рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

По дисциплине Химия КУРС ЛЕКЦИЙ

По дисциплине Химия КУРС ЛЕКЦИЙ - раздел Химия, Воронежский Институт Высоких Технологий   Факультет За...

ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

Факультет заочного обучения

 

Е. В. Семенова

 

КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Химия»

 

Воронеж 2011

Лекция № 1 (2ч)   Введение

Основные количественные законы химии

К основным количественным законам химии относятся:закон постоянства состава, закон кратных отношений и закон эквивалентов. Эти законы были открыты в… Вещества молекулярного строения, которые подчиняются закону постоянства… Современная формулировка закона постоянства состава позволяет уточнить такие важные понятия химии как валентность,…

Литература

1. Коровин Н.В. Общая химия. - М.: Высш. шк. – 1990, 560 с.

2. Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Высш. шк. – 1983, 650 с.

3. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк. – 1997, 550 с.

 

Лекция 2 (2 ч)

 

Тема 1. Строение вещества. Периодическая

система элементов Д. И. Менделеева

 

Изучаемые вопросы:

1.1. Современная модель строения атома

1.2. Квантовые числа

1.3. Строение многоэлектронных атомов

1.4. Периодические свойства элементов

1.5. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева

Современная модель строения атома

Современная модель строения атома базируется на четырех положениях: 1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную… 2. Положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в ядре атома.

Квантовые числа

 

Главное квантовое число (n) определяет энергию и размеры электронных орбиталей, удаленность уровня от ядра. Принимает целые значения (n = 1, 2, 3... до ¥) и соответствует номеру периода. Число n показывает, сколько подуровней имеет каждый уровень, и какой энергетический уровень является внешним. Чем больше n, тем выше энергия. Оболочки (уровни) имеют буквенные обозначения

n = 1 2 3 4 5 6 7

K L M N O P Q

Пример. Элемент кадмий Cd расположен в пятом периоде, значит n = 5. В его атоме электроны раcпределены по пяти энергетическим уровням (n = 1, n = 2, n = 3, n = 4, n = 5); внешним будет пятый уровень (n = 5).

Орбитальное (побочное или азимутальное (l)) квантовое число определяет форму атомной орбитали и характеризует энергетические подуровни. Величина l принимает целочисленные значения от 0 до (n – 1) и может обозначаться буквами.

Подоболочка (подуровень) s р d f g

Орбитальное квантовое число 0 1 2 3 4

В одной и той же оболочке энергия подуровней возрастает в ряду Es < Ep < Ed < Ef < Eg. В первой оболочке (n = 1) может быть одна s-; во… Магнитное квантовое число (ml) характеризует ориентацию орбиталей в… Так при l = 0 ml = 0 – это s-подоболочка, имеющая одну орбиталь шарообразной формы; при l = 1 ml = -1; 0; +1 – это…

Строение многоэлектронных атомов

Подобно любой системе, атомы стремятся к минимуму энергии. Это достигается при определенном состоянии электронов, т.e. при определенном… Принцип минимальной энергии: электроны в невозбужденном атоме распределяются… Правило В. Клечковского. Увеличение энергии и соответственно заполнение орбиталей происходит в порядке возрастания…

Периодические свойства элементов

Первой энергией ионизации I1 называетсяэнергия, необходимая для удаления одного моля электронов от одного моля атомов какого-либо элемента. В… Энергия ионизации характеризует восстановительную способность элемента. Чем… Кроме первой энергии ионизации, элементы с многоэлектронными атомами могут характеризоваться второй I2, третей I3, и…

Периодическая система элементов Д.И.Менделеева

Структура периодической системы. Периодическая система элементов состоит из периодов, групп и подгрупп. Периодом называется последовательный ряд… В системе имеется восемь групп, что соответствует максимальному числу… Рассмотрим связь между положением элемента в периодической системе и электронным строением его атомов. У каждого…

Лекция 3 (2 ч)

Тема 2. Химическая связь и взаимодействия между молекулами

 

Вопросы:

2.1. Общая характеристика химической связи.

2.2. Типы химической связи.

2.3.Типы межмолекулярных взаимодействий.

2.4. Пространственная структура молекул.

Общая характеристика химической связи

Только благородные газы в природных условиях находятся в состоянии одноатомного газа. Свободные атомы остальных элементов образуют более сложные… По своей природе химическая связь представляет собой взаимодействие между… Образование устойчивой химической связи возможно, если:

Типы химической связи

Ковалентной связью называют химическую связь, образованную путем обобществления пары электронов двумя атомами неметаллов. Если связь образована… Особенностями ковалентной химической связи является насыщаемость,… Насыщаемость ковалентной связи обусловлена ограниченными валентными возможностями атомов, т.е. их способностью к…

Типы межмолекулярных взаимодействий

При сближении молекул появляется притяжение, что обуславливает возникновение конденсированного состояния вещества (жидкого, твердого с молекулярной… а) ориентационное взаимодействие, которое проявляется между полярными… б) индукционное, которое возникает между индуцированными диполями, причина образования которых является взаимная…

Пространственная структура молекул

Пространственная структура молекул зависит от пространственной направленности перекрывания электронных облаков числом атомов в молекуле и числом… После образования между двумя атомами σ-связи, для остальных электронных… Связь, образованная перекрыванием d-орбиталей всеми четырьмя лепестками, называется δ-связью (дельта-связь).…

Общая характеристика агрегатного состояния вещества

Для газов характерно большие расстояния между молекулами и малые силы притяжения. Молекулы газов находятся в хаотичном движении. Это объясняет то,… В жидком состоянии молекулы более сближены, силы межмолекулярного притяжения… В твердых телах частицы (молекулы, атомы, ионы) сближены настолько друг с другом, что силы притяжения уравновешиваются…

Газообразное состояние вещества. Законы идеальных газов. Реальные газы

В технике находят применение свыше 30 различных газов. Особенно часто употребляемым является природный газ – почти чистый метан, а также воздух,… В физике, в физической химии и термодинамике часто употребляют термины… Существующий в природе газ называется реальным. Молекулы реальных газов обладают (хотя и очень малым) собственным…

Рис. 3. Изотерма реального газа

Характеристика жидкого состояния вещества

Наличие «ближнего порядка» жидкостей связано с особенностями теплового движения частиц в них: жидкости обладают более рыхлой структурой по сравнению… Жидкости не подчиняются законам идеальных газов, каждая жидкость… Некоторые вещества в жидком состоянии обладают высокой степенью упорядоченности – это кристаллические…

Таблица 3.

Характеристики некоторых веществ

  Аморфные тела могут переходить в кристаллическое состояние с течением времени.…  

Общие понятия термодинамики

Термодинамика – наука, изучающая превращения различных форм энергии друг в друга и устанавливающая законы этих превращений. Как самостоятельная… Термодинамика рассматривает лишь тела, состоящие из большого числа молекул,… Термодинамический метод исследования базируется на опытных данных, оперирует макроскопическими понятиями и…

Термохимия. Тепловые эффекты химических реакций

Любые химические процессы, а также ряд физических превращений веществ (испарение, конденсация, плавление, полиморфные превращения и др.) всегда… Тепловым эффектом химической реакции называется теплота, которая выделяется… Экзотермические – это реакции, при которых происходит выделение теплоты в окружающую среду. При этом запас внутренней…

Закон Гесса и следствия из него

На основе многочисленных экспериментальных исследований русским академиком Г. И. Гессом был открыт основной закон термохимии (1840 г.) – закон… Справедливость данного закона можно проиллюстрировать на примере образования… а) непосредственным сжиганием углерода до СО2;

Принцип работы тепловой машины. КПД системы

Тепловой машинойназывается такое устройство, которое преобразует теплоту в работу. Первая тепловая машина была изобретена в конце XVIII века… Любая тепловая машина состоит из трех частей: теплоотдатчика, рабочего тела и… А = Q1 – Q2 (4.8)

Свободная и связанная энергии. Энтропия системы

Известно, что любая форма энергии может полностью преобразовываться в теплоту, но теплота преобразуется в другие виды энергии лишь частично, условно… U = F + ТS, (4.11) где F – полезная часть внутренней энергии, которая способна произвести работу, и которая, по предложению Гельмгольца,…

Уравнение (4.17) является условием возможности самопроизвольного течения реакции в прямом направлении.

Химическая реакция не может протекать самопроизвольно, если свободная энергия возрастает

DG (DF) > 0 (4.18)

Уравнение (4.18) является условием невозможности самопроизвольного течения реакции в прямом направлении, но служит термодинамическим условием возможности самопроизвольного протекания обратной реакции. Наконец, если

DG (DF) = 0 (4.19)

То реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлениях, то есть, реакция обратима.

Таблица 4.

Влияние температуры на направление химических реакций

  Направление химических реакций зависит от их характера. Так, условие (4.17)… Наоборот, эндотермическая реакция (DH > 0), в результате которой уменьшается число молей газообразных веществ (DS…

Понятие о химической кинетике

Химической кинетикой называется учение о скорости химических реакций и ее зависимости от различных факторов – природы и концентрации реагирующих… Вопрос о скорости химических реакций имеет исключительно большое практическое… Различают два вида скоростей: среднюю и истинную. Средняя скорость представляет собой отношения изменения концентрации…

Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Закон действующих масс

На скорость химических реакций оказывают влияние следующие факторы: природа и концентрации реагирующих веществ; температура, природа растворителя,… Зависимость скорости химических реакций от концентрации устанавливает закон… Для гомогенной реакции общего вида

Кинетические уравнения реакци первого и второго порядка

 

К реакциям первого порядка относятся такие, которые описывают уравнением вида u = kС или

(5.9)

Если обозначить через а – начальную концентрацию вещества до реакции, а через (а – х) концентрацию вещества в момент времени t от начала реакции и х – количество прореагировавшего вещества, то

или

(5.10)

Интегрируя уравнение, получим

- ln(а – х) = kt + const, (5.11)

где const – постоянная интегрирования, которая определяется из условия, что в начале опыта t = 0 и x = 0. Подставив эти значения в уравнение (5.11), найдем: const = - ln a. Подставляя эту величину в уравнение (5.11), получим:

- ln(а – х) = kt - lnа, (5.12)

Откуда

 

или (5.13)

Это уравнение дает возможность вычислить концентрацию реагирующего вещества в любой момент времени по известной величине константы скорости, или найти константу скорости реакции при заданной температуре путем определения концентрации в любой момент времени.

Из уравнения (5.13) следует, что размерность константы скорости реакции первого порядка будет t-1 (например, мин-1 или с -1).

Скорость реакции первого порядка не зависит от объема (разбавления), в котором протекает реакция. Иными словами, в единицу времени превращению подвергается одна и та же часть вещества.

Наряду с константой скорости, реакции характеризуют периодом полураспада (t1/2) – временем, за которое прореагировало половина вещества:

(5.14)

Из уравнения (5.14) следует, что константа скорости реакции первого порядка обратно пропорциональна периоду полураспада.

По закону реакций первого порядка протекают в основном физические процессы: диффузия, растворение, радиоактивный распад; и некоторые химические реакции: гидролиз полисахаридов и т.д.

К реакциям второго порядка относятся реакции соединения типа А + В → С или обмена А + В → С + D, а так же реакции разложения и др. Скорость реакции второго порядка определяется уравнением:

(5.15)

где k – константа скорости, a и b – число молей веществ А и В в начальный момент времени, х – число прореагировавших молей.

Здесь возможны два случая. Первый случай, когда вещества а и b вступают в реакцию в эквивалентных количествах (a = в) и второй, когда (a ≠ в). Рассмотрим оба случая.

Первый случай (a = в). Уравнение (5.15) принимает вид

(5.16)

Разделяя переменные и проводя интегрирование, получим

(5.17)

Откуда

1/(а – х) = kt + const. (5.18)

При t = 0, x = 0

const = 1/а (5.19)

Подставив уравнения (5.19) в (5.18), получим

(5.20)

Размерность константы скорости реакции первого порядка [мин-1(моль/дм3)-1]. В данном случае скорость реакции зависит от разбавления раствора или его концентрации.

Второй случай (a ≠ в). Если для реакции взяты неэквивалентные количества реагирующих веществ, то

(5.21)

После разделения переменных получим это уравнение в другом виде:

(5.22)

Выражение, стоящее в левой части уравнение (5.22), можно представить как

.

После подстановки этого выражения в уравнение (5.22) получим

 

(5.23)

Поле интегрирования

(5.24)

Поскольку при t = 0, x = 0, постоянная интегрирования равна

(5.25)

Таким образом, подставляя это выражение в уравнение (5.24), найдем

Откуда

k = 1/t • 2,303/(а – в)[ln(в(а – х)/а(в – х)] (5.26)

Это и есть кинетическое уравнение реакции второго порядка при условии (a ≠ в).

Определить, какого порядка данная реакция можно, используя метод подстановки. Для этого из реакционной смеси отбирают пробы через определенный промежуток времени и анализируют на содержание исходных веществ. Затем полученные значения подставляют в кинетические уравнения первого или второго порядка. И тем уравнением, где константа скорости в ходе процесса не меняется, определяется и порядок реакции.

Теория активизации молекул. Уравнение Аррениуса

Скорость любой химической реакции зависит от числа столкновений реагирующих молекул, так как число столкновения пропорционально концентрациям… Очевидно, что скорость реакции зависит не только от числа столкновений, но и… Величина энергии активации зависит от того, в какую реакцию эта молекула вступает. Иными словами, каждая химическая…

Особенности каталитических реакций. Теории катализа

Скорость химической реакции можно регулировать с помощью катализатора. Вещества, которые участвуют в реакциях и изменяют (чаще всего увеличивают) ее… Если от добавления катализатора к реагирующей смеси скорость реакции… Катализаторами могут быть самые разнообразные вещества в любом из трех агрегатных состояний: кислоты, соли, основания,…

Лекция 9 (2 ч)

Тема 6. Химическое равновесие

Вопросы:

6.1. Обратимые и не обратимые реакции. Признаки химического равновесия.

6.2. Константа химического равновесия.

6.3. Факторы, влияющие на химическое равновесие. Принцип Ле-Шателье.

6.4. Правило фаз Гиббса. Диаграмма состояния воды.

6.5. Понятие о химическом сродстве веществ. Уравнения изотермы, изобары и изохоры химических реакций.

 

Обратимые и не обратимые реакции. Признаки химического равновесия

1) в момент химического равновесия скорость протекания прямой реакции равна скорости протекания обратной реакции, а концентрации всех участвующих… 2) химическое равновесие подвижно, т. е. незначительное изменение внешних… 3) к одному и тому же химическому равновесию можно подойти с двух сторон: осуществляя процесс слева направо и…

Константа химического равновесия

Рассмотрим обратимую химическую реакцию общего вида, в которой все вещества находятся в одном агрегатном состоянии, например, жидком: аA + вB D сC + dD, где A и B – исходные вещества прямой реакции; C и D – продукты прямой реакции; а, в, с, и d – стехиометрические…

Правило фаз Гиббса. Диаграмма состояния воды

Фаза(Ф) – это совокупность гомогенных частей системы, обладающих одинаковыми термодинамическими свойствами (твёрдая, жидкая или газообразная… Компонент(K) – это химически однородная часть системы, которая при выделении… Число степеней свободы (С) – это число условий, которые можно в системе менять произвольно (давление, температура,…

Правило фаз для воды имеет вид

если Ф = 1, то С = 2 (система бивариантна) Ф = 2, то С = 1 (система одновариантна) Ф = 3, то С = 0 (система безвариантна)

Понятие о химическом сродстве веществ. Уравнения изотермы, изобары и изохоры химических реакций

DG = RT(ln– lnKР), (6.16) a для газовых смесей и растворов: DF = RT(ln– lnKС), (6.17)

Лекции 10-12 (6 ч)

Тема 7. Растворы. Дисперсные системы

 

Вопросы:

7.1. Сольватная (гидратная) теория растворения.

7.2. Общие свойства растворов.

7.3. Типы жидких растворов. Растворимость.

7.4. Свойства слабых электролитов.

7.5. Свойства сильных электролитов.

7.6. Классификация дисперсных систем.

7.7. Получение коллоидно-дисперсных систем.

7.8. Устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция. Пептизация.

7.9. Свойства коллоидно-дисперсных систем.

Сольватная (гидратная) теория растворения

Растворами называются гомогенные системы, состоящие из двух или более веществ, состав которых может меняться в довольно широких пределах, допустимых… Компонент– это однородная по химическим свойствам часть термодинамической… Растворитель – это компонент, концентрация которого выше концентрации других компонентов в растворе. Он сохраняет свое…

Общие свойства растворов

В конце XIX века Рауль, Вант-Гофф, Аррениус установили весьма важные закономерности, связывающие концентрацию раствора с давлением насыщенного пара… Растворы, которые подчиняются этим законом, получили название идеальных… Рассмотрим законы идеальных растворов неэлектролитов.

Откуда

p = CRT, (7.11)

где p – осмотическое давление, Па; С – молярная концентрация раствора, моль/дм3.

Осмотическое давление – это давление, которое наблюдается в растворах и вызывается ударами частиц растворенного вещества о стенки сосуда. Его измеряют с помощью приборов, называемых осмометрами. Простейший осмометр состоит из широкого сосуда с растворителем и осмотической ячейки с раствором, дно ячейки затянуто полупроницаемой мембраной. Мембраны способны пропускать частицы растворителя и задерживать частицы растворенного вещества.

В осмометре действуют две противоположно направленные силы: сила осмотического давления, которая способствует всасыванию растворителя внутрь осмометра, и гидростатическое давление столба жидкости в осмометре, которая препятствует, и в конечном счете, прекращает осмотическое всасывание растворителя. В момент равновесия осмотическое давление можно рассчитать по уравнению:

p = rh, (7.12)

где r – плотность раствора; h – высота поднятия коллоидного раствора в осмометре.

Для растворов электролитов осмотическое давление, определенное на осмометре всегда больше, чем рассчитанное по уравнению (7.11). Это связано с тем, что в электролитах молекул диссоциируют на ионы, то есть, увеличивается общее число частиц в растворе, а, следовательно, и осмотическое давление. Поэтому Вант-Гофф ввел изотонический коэффициент (i), который показывает во сколько раз осмотическое давление, определенное опытным путем больше рассчитанного:

i = pоn/pвыч. (7.13)

Вычисляют изотонический коэффициент по уравнению Аррениуса:

i = 1 + (k – 1)a, (7.14)

где k – число ионов, на которое диссоциирует электролит (например, для AlCl3 = Al+3 + 3Cl-, k = 4); a – степень диссоциации электролита, которая показывает долю продиссоциированных молекул электролита.

a = число частиц, подвергнутых диссоциации

общее число частиц в растворе

Изотонический коэффициент меняется в пределах от 1 до 5 и относится только к растворенному веществу. Для разбавленных растворов электролитов уравнения (7.8; 7.9 и 7.11) имеют вид:

(7.15)

Dtз = iEкСm и Dtк = iEэСm, (7.16)

p = iCRT. (7.17)

Законы Рауля и Вант-Гоффа соблюдаются лишь в разбавленных растворах. По мере повышения концентрации растворенного вещества возрастают отклонения от законов идеальных растворов. Эти отклонения обусловлены различного вида взаимодействиями между частицами растворенного вещества, а также растворенного вещества и растворителя. Учет влияния на свойства растворов этих взаимодействий очень сложен и не всегда практически осуществим. Поэтому было предложено сохранить для описания свойств растворов все общие закономерности, применимые к идеальным растворам, но вместо входящих в них концентраций компонентов ввести активность. Активность (а)связана с концентрацией следующим соотношением:

а = gС, (7.18)

где g – коэффициент активности, который формально учитывает все виды взаимодействия частиц в данном растворе, приводящие к отклонению от свойств идеального раствора. Его вычисляют по экспериментальным данным или, используя теоретические методы расчета, с некоторыми из них познакомимся далее.

Таким образом, общие свойства растворов выражаются законами Рауля и Вант-Гоффа. В реальных растворах вместо концентраций используется активность.

 

Типы жидких растворов. Растворимость

Процесс растворения – самопроизвольный процесс, идущий с убылью свободной энергии. Жидкие растворы можно разделить на: растворы газов в жидкостях;… Растворы газов в жидкостях.Газы при соприкосновении с жидкостями способны… Посторонние электролиты, содержащиеся в воде, как правило, уменьшают растворимость газов; неэлектролиты, склонные к…

Свойства слабых электролитов

Слабыми электролитами называют электролиты, диссоциирующие в растворах не полностью, т.е. не на сто процентов. В их растворах устанавливается… НА D Н+ + А- Константа равновесия КС в общем виде равна

Свойства сильных электролитов

В растворах слабых электролитов взаимодействие между ионами относительно невелико вследствие их незначительной концентрации. Сильные электролиты… Подобные несоответствия объясняет теория сильных электролитов, разработанная… Все это обуславливает довольно сложные взаимоотношения между компонентами раствора, которые не могут не сказываться на…

Классификация дисперсных систем

Дисперсные системыпредставляют собой гетерогенную систему, в которой одно вещество в более или менее раздробленном состоянии равномерно распределено в массе другого вещества. Раздробленное вещество в этом случае называется дисперсной фазой, а среда, в которой оно распределено – дисперсионной средой. Например, взмученная в воде глина состоит из взвешенных мелких частиц глины – дисперсной фазы и воды – дисперсионной среды.

Дисперсные системы характеризуются степенью дисперсности – величиной обратной величине размера (диаметра) дисперсных частиц. Чем больше размер частиц, тем меньше степень дисперсности.

Дисперсные системы классифицируются по следующим признакам: по степени дисперсности (или размеру частиц); агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды; интенсивности взаимодействия частиц на поверхности раздела между фазами.

Рассмотрим классификацию по степени дисперсности (или размеру частиц). В зависимости от размера частиц (степени дисперсности) все дисперсные системы делятся на три группы:

1) грубодисперсные или микрогетерогенные системы, имеющие размер частиц 10-5 – 10-7 м и более. Такие системы гетерогенны, неустойчивы, не проходят через тонкие бумажные фильтры; сравнительно быстро оседают (или всплывают); не диализируют и не диффундируют, видимы в обычный микроскоп. Примеры: суспензии, эмульсии, пены;

2) полидисперсные или ультрамикрогетерогенные системы, имеющие размер 10-7 – 10-9 м. Такие системы гетерогенны, довольно устойчивы, проходят через самые тонкие фильтры, но задерживаются в ультрафильтрах, заметно не оседают, не диализируют и очень слабо диффундируют, невидимы в обычный микроскоп, но обнаруживаются при помощи ультрамикроскопа. Примеры: коллоидные системы (золи);

3) истинные или молекулярные растворы, имеющие размер частиц менее 10-9 м. Эта группа делится на две подгруппы: растворы высокомолекулярных соединений (ВМС) и растворы низкомолекулярных соединений (НМС). Такие системы гомогенны, довольно устойчивы, образуются путем самопроизвольного растворения, проходят через все фильтры; не оседают, хорошо диализируют и диффундируют, не обнаруживаются и в ультрамикроскопе.

Суспензии – это грубодисперсные системы, в которых дисперсная фаза состоит из твердых частиц, взвешенных в жидкой среде. Для получения стабильной суспензии вводят подходящий стабилизатор – различные поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Эмульсии – это грубодисперсные системы, которые состоят из двух несмешивающихся жидкостей. В качестве стабилизатора используют эмульгаторы: органические кислоты, спирты и др. ПАВ.

Пены– это грубодисперсные системы газов (или воздуха) в жидкости. В качестве стабилизатора применяют пенообразователи: мыло, органические кислоты, спирты и др. ПАВ.

Классификация по отсутствию или наличию взаимодействия между частицами в дисперсной фазе делит дисперсные системы на две группы:

1) свободнодисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы не связаны между собой и могут свободно перемещаться по дисперсионной среде (суспензии, эмульсии, золи и др.);

2) связнодисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы закреплены в определенных точках пространства и не могут свободно перемещаться по дисперсионной среде: твердые пены, студни, твердые растворы.

Классификация по степени взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной среды делит дисперсные системы на две группы:

1) лиофильные (гидрофильные) растворы – системы, в которых частицы фазы взаимодействуют со средой – растворы мыл, некоторых белков, полисахариды, латекс;

2) лиофобные (гидрофобные) растворы – системы, в которых частицы фазы и среды не взаимодействуют – коллоидные растворы (гидрозоли), эмульсии масел в воде. (В переводе с греческого «лио» – растворитель; «филе» – люблю; «фоба» – ненавидеть).

Классификация по агрегатному состоянию фазы и среды включает восемь типов систем (табл. 7.7).

Получение коллоидно-дисперсных систем

Размеры коллоидных частиц настолько велики по сравнению с молекулами дисперсионной среды, что между ними образуется поверхность раздела, т. е. коллоидные системы гетерогенны и их получение возможно при соблюдении следующих условий:

1) размеры частиц данного вещества должны быть доведены до коллоидных размеров (10-7 – 10-9 м), что возможно методом раздробления (дисперсионные методы) или укрупнением молекул, атомов или ионов до частиц коллоидного размера (конденсационные методы);

2) необходимо присутствие стабилизаторов (ионов электролитов, которые на поверхности коллоидной частички образуют ионно-гидратную оболочку, препятствующую слиянию частиц при их взаимном столкновении в растворе);

3) коллоидные частицы (дисперсная фаза) должны обладать плохой растворимостью в дисперсионной среде, хотя бы в момент их получения.

При соблюдении этих условий коллоидные частицы приобретают электрический заряд и гидратную оболочку, что препятствует выпадению их в осадок.

Таблица 7.7 Классификация по агрегатному состоянию фазы и среды   Дисперсная фаза Газообразная Жидкая Твердая Дисперсионная …

Устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция. Пептизация

Под устойчивостью коллоидного раствора понимают постоянство основных свойств этого раствора: сохранение размеров частиц (агрегативная устойчивость)… Лиофобные золи термодинамически неустойчивы, с течением времени происходит… Процесс коагуляции происходит в две стадии: скрытая коагуляция – при этом происходит укрупнение частиц, но не…

Свойства коллоидно-дисперсных систем

Рассмотрим молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов, к ним относят: Броуновское движение– непрерывное хаотичное движение частиц по всему объему.… Другое молекулярно-кинетическое свойство – это диффузия. Диффузия– это самопроизвольный процесс выравнивания…

Рис 9. Схема устройства

для демонстрации электрофореза

 

Коллоидные растворы в природе и технике. В природной воде содержится часть примесей в коллоидном состоянии. Поэтому воду, используемую для коммунальных нужд, электростанций, строительства подвергают обработке, вызывающей коагуляцию коллоидных частиц. Дымовые газы электростанций, металлургических заводов и других предприятий представляют собой аэрозоли. Для их коагуляции применяется электрогазоочистка методом электрофореза при очень высоких напряжениях поля. Можно разделить коллоидные частицы и ионы через мембрану, проницаемую для молекул и ионов и непроницаемую для коллоидных частиц. Такой метод разделения называется диализом.Он, например, лежит в основе аппарата «искусственная почка».

Вместе с тем, коллоидные растворы находят очень широкое применение в технике, медицине и сельском хозяйстве. Многие лекарственные вещества, пищевые продукты, парфюмерные товары, средства борьбы с сельскохозяйственными вредителями и сорняками применяются в коллоидном состоянии. В коллоидном состоянии находятся многие составные части живых организмов: кровь, лимфа, внутриклеточная жидкость. Поэтому для лечения некоторых болезней широко используется введение в организм лекарств методом электрофореза.

Таким образом, в коллоидном состоянии могут находиться многие вещества. Электрический заряд и гидратная (сольватная) оболочка коллоидных частиц обеспечивает устойчивость коллоидных систем, а также придает им особые электрические и кинетические свойства. Снятие электрического заряда и удаление гидратной оболочки частиц приводит к разрушению коллоидных систем.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое раствор? Как взаимосвязаны различные виды концентраций (массовая доля растворенного вещества, молярная, нормальная, моляльная, мольная доля) между собой?

2. В чем состоит современная теория растворения?

3. Как формулируется первый закон Рауля для неэлектролитов и электролитов?

4. Как формулируется второй закон Рауля для неэлектролитов и электролитов?

5. Что такое осмотическое давление? Как формулируется закон Вант-Гоффа для неэлектролитов и электролитов?

6. Каким уравнением связаны между собой изотонический коэффициент, число частиц, на которые диссоциирует электролит и степень диссоциации?

7. Как охарактеризовать растворимость газов в жидкостях? Как формулируется закон Генри?

8. Виды систем, образуемых при растворении жидкостей в жидкостях?

9. Что представляет собой распределение вещества между двумя несмешивающимися жидкостями? Как формулируется закон Нернста-Шилова?

10. Что представляет собой растворимость твердых веществ в жидкостях? Какие виды систем, образуемых при этом?

11. Что представляет собой константа диссоциации? Как формулируется закон разбавления Оствальда?

12. Что представляет собой ионное произведение воды. Что такое водородный показатель?

13. Что представляет собой произведение растворимости?

14. Как проводят классификацию дисперсных систем по размеру частиц?

15. Как проводят классификацию дисперсных систем по агрегатному состоянию?

16. Как проводят классификацию по отсутствию или наличию взаимодействия между частицами в дисперсионной фазе?

17. Как проводят классификацию по степени взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной среды?

18. Какие дисперсионные методы получения коллоидных растворов вы знаете?

19. Какие конденсационные методы получения коллоидных растворов? Охарактеризуйте строение мицелл золей.

20. Что представляет собой кинетическая и коллоидная устойчивость коллоидных систем?

21. Что такое коагуляция, пептизация? В чем заключается правило Шульце-Гарди?

22. Каковы молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов?

23. Каковы оптические свойства коллоидных растворов?

24. Каковы электро-кинетические свойства коллоидных растворов?

25. Какие коллоидные растворы используются в природе и технике?

 

Литература:

1. Коровин Н.В. Общая химия. - М.: Высш. шк. – 1990, 560 с.

2. Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Высш. шк. – 1983, 650 с.

3. Глинка Н.Л. Сборник задач и упражнений по общей химии. – М.: Высш. шк. – 1983, 230 с.

4. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.:Высшая шк. – 2003, 743 с.

5. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк. – 1997, 550 с.

 

Лекция 13 (2ч)

 

Тема 8. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства вещества

 

Вопросы:

8.1. Особенности обменных процессов.

8.2. Особенности окислительно-восстановительных процессов.

Особенности обменных процессов

Типы обменных химических процессов в водной среде: реакции нейтрализации – процесс между кислотой и щелочью: HCl + NaOH → NaCl + H2O, взаимодействие между кислотой и солью:

Особенности окислительно-восстановительных процессов

При окислительно-восстановительных реакциях происходит изменение степени окисления вещества. Реакции можно разделить на те, которые проходят в одном… 1. Степень окисления (СО) элемента в простом веществе равна нулю (H2, N2, O3,… 2. СО элемента в виде одноатомного иона в соединении, имеющим ионное строение, равна заряду иона (Na+1I-1; Al+3F3-1;…

Электродвижущая сила гальванического элемента.

9.5. Классификация электродов.

9.6. Поляризация и перенапряжение.

9.7. Электролиз. Законы Фарадея.

9.8. Коррозия металлов.

 

Общие понятия электрохимии. Проводники первого и второго рода

Электрохимические процессы можно разделить на две основные группы: процессы превращения химической энергии в электрическую (в гальванических… По электрической проводимости, т.е. способность веществ пропускать… К проводникам первого рода относятся металлы, сплавы, уголь и графит. Электропроводность проводников первого рода…

Понятие об электродном потенциале

Гальваническим элементомназывают электрохимическую систему, в которой за счет протекания химических процессов совершается электрическая работа.… Полуэлемент – это металл, погруженный в раствор своей хорошо растворимой соли,… Рассмотрим самопроизвольно текущие процессы, протекающие при погружении металла в воду или раствор собственных ионов.…

Гальванический элемент Даниэля-Якоби

  - ē ē +

Электродвижущая сила гальванического элемента

Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента, называется электродвижущей силой… ЭДС любого гальванического элемента возникает за счет протекания в нем… При обратимом протекании химической реакции в гальваническом элементе в условиях постоянства температуры и давления…

Классификация электродов

 

Все электроды можно разделить на шесть групп:

1. Электроды первого рода – это металл, погруженный в раствор своей хорошо растворимой соли, он обратим относительно катионов металла. При этом протекает обратимая электрохимическая реакция следующего вида:

Me D Men+ + ne.

Схема полуэлемента Men+/Me. Например: Zn2+/Zn и Cu2+/Cu. При расчете потенциала используют уравнение Нернста в общем виде (9.8).

2. Электроды второго рода – это металл, покрытый своей труднорастворимой солью и обратим относительно аниона. Такие электроды используют как электроды сравнения, поскольку они обладают малым температурным коэффициентом и равновесие в системе устанавливается достаточно быстро. Реакция, протекающая при этом, имеет вид MeX D Men+ + X+ ne, схема полуэлемента Me/MeX,X. Например, хлорсеребряный электрод Ag/AgCl,Cl; каломельный электрод Hg/Hg2Cl2,KCl; ртутно-кадмиевый электрод Hg/Hg2SO4,CdSO4. Потенциал рассчитывают по уравнению:

(9.9)

3. Газовые электроды состоят из металлического проводника, который не должен посылать в раствор собственный ионы (платина и платиновые металлы), контактирующего одновременно с газом и раствором, содержащим ионы этого раствора. Чаще всего газовые электроды используют в качестве электродов сравнения, и к ним относятся водородный и кислородный электроды.

Равновесие на водородном электроде выражается равновесием 2H+ + 2e D H2, а схема полуэлемента имеет вид H2(Pt)/2H+. Так как в реакции участвует газообразный водород, то электродный потенциал зависит от давления газа

или . (9.10)

На кислородном электроде в щелочной среде протекает реакция O2 + 2H2O + 4e D 4OH, а схема полуэлемента имеет вид O2(Pt)/OH. Выражение равновесного потенциала имеет вид:

или при T = 298 K.

. (9.11)

4. Амальгамные электроды. Амальгама – это раствор металла в ртути. Электроды подобного типа используют для металлов химически активных, те которые в чистом виде химически взаимодействуют с водой. Например, кадмиевый амальгамный электрод Cd(Hg)/CdSO4. Реакция Cd D Cd2+ + 2e. При расчетах используют уравнение Нернста в общем виде (9.8).

5. Окислительно-восстановительные электроды. Строго говоря, любая электрохимическая реакция является окислительно-восстановительной. Однако при более тонкой классификации к окислительно-восстановительным электродам относят только те электроды, в реакциях которых не принимают непосредственного участия металлы и газы. Такие электроды состоят из металлического проводника, контактирующего с раствором, содержащим окислители и восстановители. Например, Fe3++e D Fe2+(Fe3+/Fe2+) или в общем виде Ox + ne D Red, а схема Pt/Ox, Red.

Уравнение Нернста имеет вид

(9.12)

6. Мембранные электроды, например стеклянный, который представляет собой тонкостенный стеклянный шарик, заполненный раствором электролита. Содержащиеся в стекле ионы натрия () обмениваются в растворе с ионами водорода: +H+ D + Na+, схема полуэлемента – стекло ()/H+. Поскольку стеклянный электрод обратим относительно катионов водорода, то его используют в качестве индикаторного электрода и электродный потенциал рассчитывают по уравнению

E = Eo – 0,0002 pH. (9.13)

Используя другой подход, классификацию электродов можно провести по-другому.

Поляризация и перенапряжение

При самопроизвольных процессах устанавливается равновесный потенциал электродов. При прохождении электрического тока потенциал электродов… DE = Ei – Ep, (9.14) где DE – поляризация; Ei – потенциал электрода при прохождении тока; Ep – равновесный потенциал.

Электролиз. Законы Фарадея

При электролизе на электродах непрерывно протекают окислительно-восстановительные реакции. На катоде (К(-)) происходит процесс восстановления, на… Первый закон Фарадея: масса вещества m, выделяемая на электроде электрическим… m = kQ, но Q =It (9.16)

Коррозия металлов

По механизму протекания коррозионные процессы разделяют на химические и электрохимические. Химическая коррозия характерна для сред, не проводящих электрический ток. При… Электрохимическая коррозия характерна для сред, имеющих ионную проводимость. При этом происходит анодное растворение…

Методы получения полимеров

Полимеры – высокомолекулярные соединения, которые характеризуются молекулярной массой от нескольких тысяч до многих миллионов. Молекулы полимеров,… Различают неорганические, органические и элементоорганические полимеры.… Получают полимеры из мономеров путем синтеза методами полимеризации или поликонденсации. Отдельную группу также…

Строение полимеров

Линейные полимеры – это полимеры, которые построены из длинных цепей одномерных элементов, т. е. атомы углеродов расположены друг за другом и… Разветвленные полимеры – это полимеры, которые имеют боковые разветвления. Они… Сетчатые полимеры – это полимеры, представляющие собой трехмерную сетку. Они образуются в результате сшивки цепей при…

Свойства полимеров

Свойства полимеров условно можно разделить на химические и физические. И те, и другие свойства связаны с особенностями строения полимеров, способом… Химические свойства полимеров зависят от состава, молекулярной массы и… Химические превращения, при которых происходит изменение химического состава без изменения степени полимеризации,…

Применение полимеров

Волокна получают путем продавливания растворов или расплавов полимеров через тонкие отверстия (фильеры) в пластине с последующим затвердеванием. К… Полимерные пленки получают из расплавов полимеров методом продавливания через… Каландрование–обработка полимеров на каландрах, состоящих из двух или более валков, расположенных параллельно и…

Таблица 9.

Некоторые реагенты для идентификации катионов

Анионы можно обнаружить дробным анализом. Для этого групповой реагент ступенчато приливают к анализируемому раствору, первыми выпадают в осадок… CO32- + 2H+ D H2CO3 D H2O + CO2 Как и для катионов, имеются реагенты на те или иные анионы (табл. 11).

Инструментальные методы анализа

Условно инструментальные методы анализа можно разделить на три группы: спектральные и оптические, электрохимические и хроматографические методы… Спектральные и оптические методы анализа основаны на взаимодействии… Атомно-эмиссионная спектроскопия – группа методов анализа, основанных на измерении длины волны и интенсивности…

– Конец работы –

Используемые теги: дисциплине, Химия, курс, лекций0.082

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: По дисциплине Химия КУРС ЛЕКЦИЙ

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

КУРС ЛЕКЦИЙ по дисциплине Железобетонные конструкции Курс лекций. Для специальностей «Архитектура» и «Промышленное и гражданское строительство»
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ... ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ...

Курс офтальмологии КУРС ЛЕКЦИЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ 1. Введение. Офтальмология и ее место среди других медицинских дисциплин. История офтальмологии. Анатомо-физиологические особенности органа зрения. 2. Зрительные функции и методы их исследования
Курс офтальмологии... КОРОЕВ О А...

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по курсу Архитектурное материаловедение Конспект лекций по курсу Архитектурное материаловедение
ФГОУ ВПО ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ... ИНСТИТУТ Архитектуры и искусств... КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНО строительных ДИСЦИПЛИН...

МАСТЕРСКАЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ПСИХОЛОГА КУРС ЛЕКЦИЙ Введение в общую психодиагностику. Курс лекций
ИНСТИТУТ ИНФОРМАТИЗАЦИИ СОЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ... МАСТЕРСКАЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ПСИХОЛОГА...

Организационный этап выполнения курсовой работы 2.1 Примерная тематика курсовой работы . 3 Основной этап выполнения курсовой работы 3.1.1 Назначение и место ученого предмета дисциплины
стр Введение... Введение Реформирование национальной системы высшего образования связанное с введением нового перечня специальностей общегосударственного классификатора...

Курсовое проектирование по дисциплине Технология разработки программных продуктов является неотъемлемой частью подготовки специалистов в среднем профессиональным образованием. Курсовое проектирование является завершающим этапом в изучении дисциплины Техно
Актуальность данной темы обусловлена тем что студенту предоставляется... Курсовое проектирование по дисциплине Технология разработки программных продуктов является неотъемлемой частью...

Методические указания По курсовому и дипломному проектированию по дисциплине Ремонт автомобилей Методические указания предназначены для оказания практической помощи учащимся при выполнении курсового проекта по дисциплине Ремонт автомобилей . 1 Общая часть
Методические указания... По курсовому и дипломному проектированию... раздел Технологическая часть...

Краткий курс механики в качестве программы и методических указаний по изучению курса Физика Краткий курс механики: Программа и методические указания по изучению курса Физика / С
Федеральное агентство железнодорожного транспорта... Омский государственный университет путей сообщения...

Курс лекций по дисциплине Отечественная история Тема 1. История как наука и учебная дисциплина. В.О. Ключевский
Автор составитель В Н Фридкин к ист н доцент... Тема История как наука и учебная дисциплина...

КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ФИНАНСОВАЯ МАТЕМАТИКА Раздел 1. Операции начисления процентов
Раздел Операции начисления процентов... Тема Операции с простыми процентными ставками... Время как фактор в финансовых расчетах...

0.048
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам