Горячая линия бесплатной юридической помощи:
Москва и область:
Москва И МО:
+7(499) 322-06-74 (бесплатно)
Санкт-Петербург и область:
СПб и Лен.область:
+7 (812) 407-24-18 (бесплатно)
Регионы (добавочный обязательно):
8 (800) 550-71-06 (доб. 112, бесплатно)

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

Общие понятия о растворах

Такого
рода системы называются дисперсными
системами. Размеры частиц включения
определяют ее степень дисперсности и
удельную поверхность. По возрастанию
величины степени дисперсности различают
взвеси и растворы, подразделяемые далее
на коллоидные системы и истинные
растворы.

Истинные
растворы в жидкой фазе подразделяются
на растворы неэлектролитов и электролитов.
Различают идеальные и реальные растворы.
Содержание растворенного вещества в
растворе задается его концентрацией,
имеются различные способы выражения
концентрации растворов.

7.2. Растворы неэлектролитов

Растворы
неэлектролитов не диссоциируют на ионы
при растворении. В реальных растворах
неэлектролитов происходит изменение
свойств раствора и его термодинамических
характеристик, связанное среди прочего
с сольватацией, а в случае воды — с
гидратацией атомов или молекул
растворенного вещества.

В частности,
понижается давление насыщенного пара
над раствором (I
закон Ф. Рауля), изменяются температуры
кипения (II
закон Ф. Рауля) и плавления (III
закон Ф. Рауля) раствора по сравнению с
чистым растворителем.

7.2. Растворы неэлектролитов

По
значению степени диссоциации они могут
быть отнесены или к слабым или к сильным
электролитам. В растворах сильных
электролитов происходит взаимодействие
сольватированных ионов между собой,
обусловливая кажущееся пониженное
значение эффективной концентрации,
или активности.

Это связано с тепловыми
эффектами при сольватации (гидратации)
ионов и с изменениями энтропии при
взаимном упорядочении сольватированных
ионов и сольватной оболочки. Слабые
электролиты характеризуются низкими
значениями константы диссоциации
(ионизации).

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

Они подчиняются закону
разбавления В. Оствальда. Вода представляет
собой очень слабый электролит, поэтому
способность ее к диссоциации нередко
характеризуют не константой диссоциации,
а ионным произведением воды.

Численно,
характер среды в растворе определяется
водородным показателем рН. Среда в
растворе может быть охарактеризована
также гидроксильным показателем рОН.
Нейтральные среды имеют рН = рОН = 7,
кислые и основные — рН < 7 и рН >

7,
соответственно. Для рОН эти неравенства
имеют обратный знак. Способность
соединений, в частности, солей, к
растворению может задаваться растворимостью
S
и произведением растворимости ПР. При
растворении некоторых солей наблюдается
явление гидролиза, сопровождаемое
изменением характера среды и,
соответственно, значений рН и рОН.

8.1. Фотофизические процессы.

Поглощение
света количественно характеризуется
уменьшением интенсивности светового
потока послев результате его прохождения
через среду вследствие перехода энергии
квантов света во внутреннюю энергию
вещества — в энергию возбуждения атомов
и молекул, в энергию кристаллической
решетки и проч.

Основ­ной
закон поглощения света веществом — это
закон Бугера—Ламберта—Бера (Б-Л-Б): It
= I0
e
– 
С l,
или ln
(I0/
It)
= ·С·l,

где
It
— интенсивность светового потока после
прохождения слоя вещества;

I0—
интенсивность падающего на образец
вещества светового потока.

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

Закон
Б-Л-Б может быть записан так: D
= ’·С·l
, где D
– оптическая плотность. Из этого
уравнения следует, что оптическая
плотность D
пря­мо пропорциональна концентра­ции
С поглощающего свет вещества в системе,
в частности, в растворе.

Существует
система закономерностей зависимости
между химическим строением соединений
и их цветом, описываемая теорией
цветности.

Причиной
избирательного поглощения квантов
света веществом является дискретный
характер значений энергий, которыми
электрон может обладать, находясь на
атомных или молекулярных орбиталях.
Поглотившая квант света возбужденная
частица пребывает в этом состоянии
несколько наносекунд или менее, после
чего возвращается на одну из свободных
орбиталей с более низкой энергией,
испуская при этом квант света
соответствующей энергии и длины волны.

Важнейшие
физические процессы, приводящие к потере
молекулой энергии: излучение флуоресценции
и фосфоресценции, безызлучательные
процессы внутримолекулярной конверсии
и интеркомбинационной конверсии.

Фотохимическая реакция – это химическая реакция, протекающая под действием квантов света. Первый закон фотохимии: только поглощаемый веществом свет может вызвать в нем фотохимическую реакцию.

В
отличие от изучения фотофизических
процессов, предметом фотохимии являются
химические изменения, происходящие в
результате взаимодействия молекулы с
квантом света.

Фотохимия
базируется на двух основных законах.
Первый закон фотохимии был сформулирован
в 1818 году X. Гротгусом и почти в той же
форме общее ут­верждение было дано
Дж. Гершелем (1842) и Дж. Дрейпером (1843).

Второй
закон фотохиии — химическое изменение
одной молекулы вещества может быть
вызвано поглощением только одного
фотона, т.е.

R


R*,

где
R
и R*
— означает молекулу в основном и в
возбужденном состояниях, соответственно.
Этот закон назван законом квантовой
эквивалентности А. Эйнштейна (1912).

Выделяют
следующие три стадии фотохимической
реакции: I
— поглощение молекулой кванта света
актиничного излучения и переход ее в
возбужденное состояние; II
— реакции с участием возбужденных частиц;

Эффективность
фотохимического взаимодействия
количественно характеризуется так
называемым квантовым выходом фотохимической
реакции. Значения 
могут изменяться в весьма широких
преде­лах.

Предлагаем ознакомиться:   Понятие значительного ущерба в ук рф

Реакции
с высокими (до 100 и выше) квантовыми
выходами протекают по цепному механизму,
когда на II
и III
стадиях без участия квантов света
происходят множественные химические
взаимодействия между частицами.

По
результатам фотохимического взаимодействия
различают реакции следующих типов:
фоторазложение и фотосинтез, фотохимическое
окисление-восстановление,фотоионизация,
фотостереоизомеризация, фототаутомеризация,
фотополимеризация, фотоконденсация и
многие другие.

Второй
закон фотохимии:
химическое изменение одной молекулы
вещества может быть вызвано поглощением
только одного фотона актиничного
излучения.

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

Актиничное
излучение –
это излучение, квант света которого
способен инициировать фотохимическую
реакцию в данной химической системе.

Стадии
фотохимической реакции:
I
— поглощение молекулой кванта света
актиничного излучения и переход ее в
возбужденное состояние; II
— реакции с участием возбужденных частиц;
III
— реакции с участием промежуточных и
исходных частиц, но без участия квантов
света (темновые реакции).

Квантовый
выход фотохимической реакции определяется
как отношение количества молекул одного
из продуктов реакции к количеству
квантов света, поглощенных системой: γ
= Nмолек
/ Nкв.

Цепные
фотохимические реакции – это
реакции, в которых на II
и III
стадиях без участия квантов света
происходят множественные химические
взаимодействия между частицами. Квантовый
выход цепной фотохимической реакции
значительно выше единицы — до 100 и выше.

Фотосинтез
–это
фотохимическая реакция соединения двух
или более веществ под действием квантов
света.

Фотоприсоединение
– фотохимическая реакция, приводящая
к увеличению числа атомов в основной
цепи.

Фотодимеризация

фотохимическая реакция, приводящая к
образованию димеров (двойных ассоциатов)
исходного вещества.

Фотоконденсация
– фотохимическая
реакция, приводящая к образованию более
сложных, чем исходные реагенты, химических
систем.

Фотогидролиз

фотохимическая реакция взаимодействия
веществ с водой под действием света.

Фотосенсибилизированные
реакции
– окислительно-восстановительные
реакции, в которых поглощающее свет
вещество (фотосенсибилизатор) в результате
простых или сложных процессов обеспечивает
реакцию между другими не поглощающими
свет веществами, при этом само вещество
остается неизменным.

Фотораспад,
или фотолиз-
реакции
разложения вещества, находящегося в
любом агрегатном состоянии, под действием
света.

Фотодиссоциация—
диссоциация
вещества под действием квантов света
на молекулы с меньшим числом атомов,
свободные радикалы или атомы.

Фотоионизация—
распад
молекул вещества под действием света
на противоположно заряженные ионы или
положительно заряженный ион и свободный
электрон.

Двухквантовыефотохимическиереакции
реализуются в результате последовательного
поглощения первого кванта, необходимого
для заселения триплетного уровня, и
второго кванта, возбуждающего
триплет-триплетный переход.

Фотоперегруппи­ровка–
фотохимическая
реакция, в которой в результате поглощения
молекулой кван­та света происходят
изменения конфигурации или строения
молекул.

Фотостереоизомеризация
(фотоизомеризация) – фотохимическая
реакция, в которой в результате поглощения
молекулой кван­та света происходят
изменения в стереометрической конфигурации
молекулы без изменения ее состава.

Фототаутомеризация
— молекулярная
перегруппировка под действием света,
которая приводит к внутримолекулярному
перемещению атома водорода.

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

Флуоресценция
– испускание
молекулами квантов света, происходящее
в результате релаксации возбужденных
квантами актиничного излучения молекул
без изменения суммарного спина
(мультиплетности) электронов на
молекулярных орбиталях.

Фосфоресценция

испускание молекулами квантов света,
происходящее в результате релаксации
возбужденных квантами актиничного
излучения молекул, сопровождаемое
обращением значения суммарного спина
(мультиплетности) электронов на
молекулярных орбиталях.

Внутримолекулярная
конверсия – безызлучательный
переход между двумя электронными
состояниями одинаковой спиновой
мультиплетности: S2

S1.

Интеркомбинационная
конверсия — один
из процессов безызлучательной релаксации
синглетно-возбужденного состояния:
переход в основное триплетное
(метастабильное) состояние, сопровождающееся
изменениями суммарного спина
(мультиплетности) электронов.

Реакция
фотопереноса электрона –
окислительно-восстановительный процесс,
протекающий под действием квантов
света.

D
= lg (I0/
It).

Отношение
интенсивности светового потока,
прошедшего через раствор, It
к интенсивности падающего светового
потока I0
называют оптическим
пропуска­нием и
обозначают буквой Т: Т = It/
I0.

Оптическое
поглощение
определяется как разность относительных
интенсивностей излучения, падающего
на образец вещества и пропущенного им:
А = 1 – Т.

Существует
система закономерностей зависимости
между химическим строением соединений
и их цветом, описываемая теорией
цветности.
Среди принципов этой теории основными
являются нижеследующие.

Поглощение
света различно на разных длинах волн,
чем определяется спектр поглощения
среды. Отсюда следует, что с длиной волны
изменяется и пропускание образца. В
спектре пропускания образца воспринимаются
зрением или регистрируются приборами
только те участки спектра, которые не
поглотились веществом.

Причиной
избирательного поглощения квантов
света веществом является дискретный
характер значений энергий, которыми
электрон может обладать, находясь на
атомных или молекулярных орбиталях.
Электрон может поглотить квант света
только той энергии, которая соответствует
разности между энергиями возможных
состояний электрона (орбиталей) в атоме
или в молекуле.

Поглотившая
квант света возбужденная частица
пребывает в этом состоянии несколько
наносекунд или менее, после чего
возвращается на одну из свободных
орбиталей с более низкой энергией,
испуская при этом квант света
соответствующей энергии и длины волны.
Такой
процесс называется люминесценцией.

Предлагаем ознакомиться:   Общая система налогообложения днр детальное описание

Термины и определения

Закон
Бугера—Ламберта—Бера: lg
(I0/
It)
= ’·С·l,

I0

интенсивность падающего на образец
вещества светового потока;

’
— молярный коэффициент поглощения
света веществом;

С
— концентрация поглощающего свет
вещества в системе;

l
— длина пути светового потока в веществе.

Молярный
коэффициент поглощения — есть
удельная характеристика поглощения
света веществом, отнесенная к концентрации
поглощающего свет вещества с концентрацией
1 моль/л при длине оптического пути света
в образце вещества толщиной 1 см на
определенной длине волны падающего
света, при стандартной температуре
раствора.

4.1. Энергетика химических процессов

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

Предметом
термодинамики химических процессов,
или термохимии, является экспериментальное
измере­ние или теоретический расчет
изменений энергетического состояния
термодинамических систем в ходе
химических реакций или физико-химических
процессов, протекающих в системе.

Любая
термодинамическая система может быть
охарактеризована термодинамическими
параметрами (p,
V, T, ν, илиcконц)
и термодинамическими функциями состояния
(U,
H,
cp,
cv,
S,
G).
Термодинамические параметры и функции
связаны между собой определенными
соотношениями.

В
результате протекания химических
реакций эти термодинамические функции
претерпевают изменения. Изменение
энтальпии ΔН в ходе реакции называется
тепловым эффектом химической реакции.
Положительное значение теплового
эффекта соответствует эндотермической
реакции ΔН >

0, а отрицательное —
экзотермической реакции ΔН < 0. Поскольку
термодинамические функции, в частности,
энтальпия, зависят от термодинамических
параметров системы, значения энтальпии
реакции и других термодинамических
функций приводят к стандартным условиям:
ΔНº, ΔUº,
ΔSº,
ΔGº.

Одно
из важнейших понятий термохимии — это
стандартная энтальпия образования
сложного вещества из простых. Это понятие
входит в формулировку первого закона
термохимии Лавуазье-Лапласа.

4.2. Нахождeниe значений энтaльпии химичeской рeaкции

Для
планирования и прогнозирования химических
процессов необходимо определять значения
их тепловых эффектов. Нахождение тепловых
эффектов реакций базируется на втором
законе термохимии Г.И. Гесса и следствиях
из него.

Конкретно, первое следствие
устанавливает правило нахождения
энтальпии реакции по значениям стандартных
энтальпий образования веществ-участников
реакции. Второе следствие позволяет
находить энтальпию реакции по стандартных
энтальпиям сгорания веществ.

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

Поскольку
энтальпия включает в себя внутреннюю
энергию системы, она зависит более или
менее сложным образом от температуры,
при которой протекает реакция.
Температурно-зависимой является и
энтальпия реакции.

Если
в системе в ходе химической реакции
происходит изменение агрегатного
состояния участников реакции, то в общий
тепловой эффект реакции входит и
изменение энтальпии при фазовых переходах
ΔНф.п
.

5.1.Электродные потенциалы

Aэл
= G
= nFЕ,

где
n
— заряд иона; Е
— разность потенциалов между металлом
и раствором; F
— число Фарадея.

Благодаря
переходу катионов в раствор на поверхности
металла остается равный по величине,
но противоположный по знаку заряд за
счет избыточных электронов, таким
образом, поверхность металла становится
отрицательно заряженной.

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

Она начинает
притягивать к себе катионы из раствора
и удерживать их на поверхности. Катионы,
находящиеся в растворе в приповерхностном
слое, также теряют свободу перемещения.
Так на границе металла с раствором
возникает двойной электрический слой
и появляется разность потенциалов между
металлом и раствором.

Металл,
погруженный в раствор, принято называть
электродом. В этом случае потенциал,
возникающий на нем, называется электродным
потенциалом. Электродные потенциалы
металлов зависят от типа металла, состава
электролита, соотношения концентраций,
точнее, активностей окисленной формы
(ОФ) и восстановленной формы (ВФ) вещества,
а также от температуры, природы
растворителя, рН среды и др.

Зависимость
электродного потенциала данного металла
от концентрации окисленной и восстановленной
форм и температуры выражается уравнением
Нернста.

5.2. Гальванические элементы

В
электрохимии принято измерять электродные
потенциалы металлов по отношению к
некоторому электроду сравнения. По
между­народному соглашению в качестве
электрода сравнения, потенциал которого
условно принят за нуль, при­меняется
стандартный водородный электрод, а
условной величиной, характеризующей
потенциал рас­сматриваемого электрода,
принимают электродвижущую силу
гальванического эле­мента (ЭДС),
составленного из определяемого элек­трода
и стандартного водородного электрода.

Эту величину называют стандартным
электрод­ным потенциалом данного
электрода и обозначают буквой Е.
Ряд металлов, ранжированных по возрастанию
значений их стандартных электрод­ных
потенциалов, называется рядом активности.

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

Потенциал
водородного электрода может характеризовать
величину водородного показателя рН
раствора. Измеряя
Е° соответствующего гальваниче­ского
элемента, можно определить рН раствора:
Е° = 0 (0,059/2) [Н ]2
= –0,059 рН.

Гальванический
элемент, или гальваническая ячейка, это
система, состоящая из двух электродов,
погруженных в растворы электролитов,
между которыми устанавливают контакт
с помощью электролитического мостика.

Полуэлемент
1 Полуэлемент 2

 ВФ1
|
ОФ1
|| ОФ2
|
ВФ2

поверхность
раздела фаз металл — раствор

контакт
двух растворов через солевой мостик

Различают
химические гальванические элементы и
концентрационные гальванические
элементы.

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

Электроды
классифицируются на электроды: а) первого
рода, б) второго рода; в)
окислительно-восстановительные (иначе
редокс-электроды).

Все
химические реакции можно разделить на
два типа: протекающие без изменения
степени окисления атомов, входящих в
состав реагирующих веществ и реакции,
с изменением степени окисления атомов
(окислительно-восстановительные
реакции).

Предлагаем ознакомиться:   Подлежит ли возврату электрическая зубная щетка

1.
межмолекулярные

2.
внутримолекулярные

3.
диспропорционирования

Окислительно-восстановительный
процесс, при кото­ром металл
самопроизвольно переходит в свою
окис­ленную форму, называется коррозией.

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах


Химическая


Электрохимическая

1.
Защитные поверхностные покрытия: а)
металлические анодные и катодные (Zn,
Sn,
Ni,
Cr
и др.), б) неметаллические — лак, краска,
эмаль и др.

2.
Создание сплавов с антикоррозионными
свойствами: введение в состав стали
добавок (Сu,
Ni,
Со).

3.
Электрозащита и протекторная защита;
соединение кон­струкций с протектором.

4.
Изменение состава среды: введение в
электролит веществ, замедляющих коррозию
(ингибиторов).

5.3.
Элeктрoлиз.

Если
в раствор (расплав) электролита опустить
инертные электроды и пропустить
постоянный электрический ток, то ионы
будут двигаться к электродам, при этом
на катоде происходит разряд положительно
заряженных ионов— катионов (восстановление),
а на аноде разряд отрицательных
ионов—анионов,
или
растворение анода (окисление). Этот
процесс называется электролизом.

Для
осуществления некоторых электродных
процессов необходимо, чтобы ионы подо­шли
к электродам, адсорбировались на них,
после раз­рядки объединились в молекулы
и десорбировались. Эти процессы протекают
с определенными скоростями и на их
осуществление требуется затрата
дополнительной энергии, т. е.

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

Чтобы
определить, какой из возможных процессов
действительно бу­дет иметь место,
нужно руководствоваться правилами для
восстановительного процесса, протекающего
на катоде. Характер реакций при электролизе
водных растворов электролитов, протекающих
на аноде, зависит как от присутствия
молекул воды, так и от вещества, из
которого сделан анод.

Различают
растворимые и нерастворимые (инертные)
аноды. Количественное описание процессов,
протекающих при электролизе, дано в
30-х годах XIX в. английским физиком и
химиком М. Фарадеем (законы Фарадея).

Все
источники электрической энергии,
основанные на электрохимических
процессах, можно разделить на два типа:
однократного действия – элементы и
многократного – аккумуляторы.

— элементы
с жидким наполнением;

— сухие
элементы;

— аккумуляторы
(наиболее распространены на практике
кислотный (свинцовый) и щелочной
(железо-никеле­вый);

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

— топливные
элементы.

При
электролизе через каждый электрод
проходят одинаковые количества
электричества, при этом каждый вид ионов
переносит неодинаковые доли электричества
ввиду различия абсолютных скоростей
ионов, а также ионных электропроводностей
(подвижностей) ионов.

Вследствие
перемещения ионов под влиянием поля и
разряда на электродах происходит
изменение количества электролита у
обоих электродов. По этому изменению
можно найти числа переноса. Сумма чисел
переноса ионов составляет t

t-
= 1.

Электролиз
водных растворов и расплавов электролитов
имеет широкое применение в народном
хозяйстве.

Пример 10.

При
электролизе 0.5 л раствора гидроксида
натрия с массовой долей 4% (плотность
1.04 г/см3)
концентрация щелочи возросла до 5.2%.
Опреде­лите объем газа (н.у.), который
выделится на нерастворимом аноде в
про­цессе электролиза.

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

1)
катод: 2Н
2е–

H2

2

2)
анод: 4ОН –
– 4е–

2Н2О
O2

1

Сокращенно:
2H2O
элток
2Н2
O2

Это
приводит к увеличению концентрации
щелочи.

m(p-pa)
= V(p-pa) * 

m(p-pa)=
500 мл • 1.04 г/см3
=
520 г

m(NaOH)
= m(раствора)*

m(NaOH)
= 520 • 0.04 = 20.8 г

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

m(раствора)
= m(NaOH)
/ 

m(раствора)=20.8
: 0.052 = 400 г

m(Н2О)
= 520 — 400 =120 г; (H2O)
= 120 : 18 = 6.67 моль

 (O2)
= 1/2 
(Н2О)
=
6.67 : 2 = 3.33 моль

V(O2)
= 3.33 • 22.4 = 74.6 л

6.2. Зaвисимoсть скoрoсти рeaкции oт тeмпeрaтуры.

Базовым
понятием химической кинетики является
скорость химической реакции. Различают
среднюю υср
=
±Δc/Δt
и истинную υист
=
±dc/dt
скорости химической реакции.

Концентрации
участников реакции непрерывно меняются
во времени, поэтому в химической кинетике
возникает проблема экспериментального
определения текущей скорости реакции.
Изменения концентрации реагентов и
продуктов реакции во времени могут быть
зафиксированы по изменениям самых
различных физических характеристик
реагирующей смеси в ходе химической
реакции.

Общие понятия о растворах || Общие понятия о растворах

υ
= k · [A]m
·
[B]n
,

в
которое входят частные порядки реакции
m
и n
по веществам, соответственно, A
и B,
обусловливающие общий кинетический
порядок химической реакции. Коэффициент
k
есть константа скорости реакции.

В
случае простых гомогенных реакций они
могут быть описаны такой
молекулярно-кинетической характеристикой,
как молекулярность реакции.

По
значению общего кинетического порядка
различают реакции нулевого порядка,
первого порядка, второго порядка и,
очень редко — третьего. В случае реакций
первого (а в ряде случаев — второго
порядков) используется такая кинетическая
характеристика, как период полупревращения
реагента (реагентов), в частности, период
полураспада.

k
= Â · exp(–ΔEa
/
RT),

в
которое входит важная энергетическая
характеристика процесса — энергия
активации реакции ΔEa.
Эта энергия определяет скорость
химической рeaкции. Энергия активации
может быть понижена, если в реагирующую
систему ввести специальное вещество,
называемое катализатором.

Важна,
однако, не только энергия взаимодействующих
частиц, но и их взаимная ориентация при
взаимодействии, характеризуемая
энтропией активации ΔSа.

В
случае достижения оптимальных значений
энергии и энтропии активации возникает
промежуточное состояние взаимодействующих
частиц, называемое активированным
комплексом, из которого система выходит
с образованием новых частиц продукта
реакции.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Юрист поможет
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector