Программа текущего контроля и промежуточной аттестации по дисциплине оп. 04 Физическая и коллоидная химия для специальности 18. 02. 01 «Аналитический контроль качества химических соединений»



страница3/5
Дата01.08.2016
Размер0.88 Mb.
ТипПояснительная записка
1   2   3   4   5

2. Микрогетерогенные системы - это дисперсные системы с размером частиц дисперсной фазы 10-7 - 10-5 м. По своим свойствам микрогетерогенные системы близки коллоидным растворам, но, вследствие большего размера частиц, имеют некоторые особенности.

Микрогетерогенные системы классифицируют в зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды:


1) жидкая дисперсионная среда
а) суспензии (дисперсная фаза - твердая)
б) эмульсии (дисперсная фаза - жидкая)
в) пены (дисперсная среда - газообразная)
2) газообразная дисперсионная среда 
а) аэрозоли (дисперсная среда - жидкая или твердая)
б) порошки (дисперсная среда - твердая)
3) твердая дисперсионная среда
а) твердые пены.пористые тела (дисперсная фаза - газообразная)
б) твердые эмульсии (дисперсионная среда - жидкая)
в) системы с твердой дисперсной фазой.

Наименее изученными, немотря на свое огромное практическое значение, являются системы с твердой дисперсионной средой (твердые золи).


К твердым золям с газообразной дисперсной фазой относят твердые пены, пористые вещества (пемза, пеностекла и пенобетоны, пенопласты и др.). Эти дисперсные системы природного и искусственного происхождения находят в настоящее время очень широкое применение, особенно в качестве звуко- и теплоизоляционных материалов.

Билет № 4

1.Агрега́тное состоя́ние вещества (лат. aggrego 'присоединяю') — состояние одного и того же вещества в определённом интервалетемператур и давлений, характеризующееся определёнными, неизменными в пределах указанных интервалов, качественными свойствами:



  • способностью (твёрдое тело) или неспособностью (жидкость, газ, плазма) сохранять объём и форму,

  • наличием или отсутствием дальнего (твёрдое тело) и ближнего порядка (жидкость), и другими свойствами.

Изменение агрегатного состояния может сопровождаться скачкообразным изменением свободной энергииэнтропииплотности и других физических величин.

Традиционно выделяют три агрегатных состояния: твёрдое тело ,жидкость и газ. К агрегатным состояниям принято причислять также плазму[2], в которую переходят газы при повышении температуры и фиксированном давлении. Существуют и другие агрегатные состояния, например, конденсат Бозе — Эйнштейна.

Отличительной особенностью является отсутствие резкой границы перехода к плазменному состоянию.

Определения агрегатных состояний не всегда являются строгими. Так, существуют аморфные тела, сохраняющие структуру жидкости и обладающие небольшой текучестью и способностью сохранять форму; жидкие кристаллы текучи, но при этом обладают некоторыми свойствами твёрдых тел, в частности, могут поляризовать проходящее через них электромагнитное излучение.

Для описания различных состояний в физике используется более широкое понятие термодинамической фазы. Явления, описывающие переходы от одной фазы к другой, называют критическими явлениями.

2. Устойчивость дисперсных систем чрезвычайно важна для природных и производственных процессов. Коллоиды почв должны быть устойчивы, чтобы не разрушалась их структура, но коллоиды в питьевой воде, природной или после ее очистки, недопустимы, и их следует разрушать. Поэтому очень важно знать те факторы, которые способствуют устойчивости дисперсных систем и их разрушению Устойчивость дисперсных систем понижается, и они разрушаются при разнообразных воздействиях. Самое сильное влияние на коагуляцию оказывают электролиты, что имеет большое практическое значение. Электролиты уменьшают диффузный слой ионов мицеллы до такой степени, что он перестает предохранять частицы от слипания.

Коагуляцией понимают сцепление частиц дисперсной фазы, но это равнозначно разрушению коллоидной системы при потере ею устойчивости.

Устойчивость коллоидных систем зависит от многих факторов. При повышении температуры из-за роста кинетической энергии частиц уменьшается диффузный слой ионов частиц, и при их соударениях они разрушаются или слипаются. При замораживании раствора вода из защитных гидратных оболочек частиц переходит в лед, и происходит концентрирование золя и электролита. При последующем размораживании дисперсная система может не восстановиться. Сильное повышение давления также способствует слипанию частиц.

Билет № 5

1.

2. Дисперсные системы, гетерогенные системы из двух или большего числа фаз с сильно развитой поверхностъю раздела между ними. Обычно одна из фаз образует непрерывную дисперсионную среду, в объеме которой распределена дисперсная фаза (или несколько дисперсных фаз) в виде мелких кристаллов. твердых аморфных частиц, капель или пузырьков. Дисперсные системы могут иметь и более сложное строение, например, представлять собой двухфазное образование, каждая из фаз которого, будучи непрерывной, проникает в объем другой фазы. К таким системам относятся твердые тела. пронизанные разветвленной системой каналов-пор, заполненных газом или жидкостью. некоторые микрогетерогенные полимерные композиции и др. Нередки случаи, когда дисперсионная среда "вырождается" до тончайших слоев (пленок), разделяющих частицы дисперсной фазы. 

Билет № 6

1. Газовой смесью понимается смесь отдельных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый газ (компонент) в смеси независимо от других газов полностью сохраняет все свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объем смеси.

Закон Дальтона:

– в состоянии теплового равновесия давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений этих газов.

Поверхностное натяжение — свойство жидкости противостоять силе, которая на нее действует. По сравнению с другими жидкостями, поверхностное натяжение воды одно из самых высоких. Это свойство воды вызвано ее молекулярной структурой, благодаря которой связи между молекулами намного прочнее, чем у других жидкостей.

Поверхностное натяжение зависит от самой жидкости и ее молекулярной структуры, но также и от того, с каким материалом эта жидкость соприкасается. Когда речь идет о поверхностном натяжении в животном мире и во многих других примерах, приведенных ниже, то обычно рассматривают либо систему вода-воздух, либо водные растворы различных веществ, так как это самые распространенные системы, которые встречаются в природе.

Не до конца

2. Дисперсные системы могут быть созданы природой или получены искусственно. Способы искусственного получения делятся на две группы:диспергирование - получение дисперсной фазы из крупных тел;конденсация - укрупнение мелких частиц.

http://trotted.narod.ru/collchem/lec-7.files/image017.gif

Билет № 7

1.Испарением называют парообразование с поверхности жидкости. Объяснить испарение можно следующим образом.Отделившиеся от поверхности жидкости молекулы образуют над ней пар. Некоторые из них вследствие хаотического движения возвращаются обратно в жидкость. Поэтому испарение происходит быстрее, если есть ветер, так как он уносит пар в сторону от жидкости (здесь также имеет место явление «захвата» и отрыва молекул с поверхности жидкости ветром).

Поэтому же в закрытом сосуде испарение быстро прекращается: количество «оторвавшихся» за единицу времени молекул становится равно количеству «вернувшихся» в жидкость.

Интенсивность испарения зависит от рода жидкости: чем меньше притяжение между молекулами жидкости, тем интенсивнее испарение.

Чем больше площадь поверхности жидкости, тем больше молекул имеют возможность покинуть её. Значит, интенсивность испарения зависит от площади поверхности жидкости.

При повышении температуры скорости молекул возрастают. Поэтому чем выше температура, тем интенсивнее испарение.

Кипе́ние — процесс интенсивного парообразования, который происходит в жидкости, как на свободной её поверхности, так и внутри её структуры. При этом в объёме жидкости возникают границы разделения фаз, то есть на стенках сосуда образуются пузырьки, которые содержат воздух и насыщенный пар. Кипение, как и испарение, является одним из способов парообразования. В отличие от испарения, кипение может происходить лишь при определённой температуре и давлении. Температура, при которой происходит кипение жидкости, находящейся под постоянным давлением, называется температурой кипения. Как правило, температура кипения при нормальном атмосферном давлении приводится как одна из основных характеристик химически чистых веществ. Процессы кипения широко применяются в различных областях человеческой деятельности. Например, кипячение является одним из распространённых способов физической дезинфекции питьевой воды. Кипячение воды представляет собой процесс нагревания её до температуры кипения с целью получения кипятка.

Кипение является фазовым переходом первого рода. Кипение происходит гораздо более интенсивно, чем испарение с поверхности, из-за присутствия очагов парообразования, обусловленных как более высокой температурой достигаемой в процессе кипения, так и наличием примесей.

2.По размеру частиц дисперсной фазы различают грубодисперсные системы (взвеси) с размером частиц более 500 нм и тонкодисперсные (коллоидные растворы или коллоиды) с размерами частиц от 1 до 500 нм.

Дисперсные системы классифицируют также по степени взаимодействия между дисперсионной средой и дисперсной фазой. Если такое взаимодействие выражено очень слабо, систему называют лиофобной (в случае воды - гидрофобной). Примером гидрофобной системы может служить «баритовая каша» - осадок сульфата бария, получаемый смешиванием растворов, содержащих катион бария и сульфат-анион. Если же дисперсная фаза и дисперсионная среда «тяготеют» друг к другу (например, образуют водородные связи), образуется лиофилъная (гидрофильная) дисперсионная система. Такие системы образуются самопроизвольно и очень устойчивы. К ним относятся растворы высокомолекулярных соединений, например белков. Многие глобулярные белки диспергированы в водных растворах до отдельных молекул, но, поскольку их размеры составляют десятки нанометров, раствор нельзя считать истинным - это дисперсная система



Дисперсные системы чрезвычайно широко распространены в природе, технике и используются в различных технологических процессах. Подавляющее большинство окружающих нас материалов относится к дисперсным системам почва, древесина, атмосфера, природная вода, большинство пищевых продуктов, резина, краски и т. д.

Билет №8

1.Термодинамика – это наука о превращениях различных видов энергии.

Химическая термодинамика – это раздел термодинамики, изучающий химические и физико-химические превращения, связанные с выделением или поглощением тепла. Термодинамика опирает на три фундаментальных закона или начала, которые являются обобщением многочисленных экспериментальных данных. Объектом исследования термодинамики является термодинамическая система, под которой понимается тело, группа тел, часть тела, т.е. любая область пространства, которая ограничивается физической или умозрительной поверхностью раздела. Часть системы с присущей ей химическим составом и макроскопическими свойствами называется фазой. Фазы отличаются друг от друга физическими поверхностями, при переходе через которые свойства резко меняются.

В каждый момент времени состояние системы характеризуется параметрами состояния, которые разделяются на экстенсивные и интенсивные параметры. Экстенсивные зависят от количества вещества: объём, масса, теплоёмкость, внутренняя энергия, энтропия и т.д. Интенсивные определяются лишь специфической природой системы: давление, температура, химический потенциал и т.д. Термодинамическими параметрами состояния называются параметры, которые измеряются непосредственно и выражают интенсивные свойства системы. Совокупность термодинамических параметров определяет термодинамическое состояние системы. Уравнение, связывающее параметры состояния, называется уравнением состояния системы. Пример уравнения состояния – это уравнение Менделеева-Клапейрона для идеального газа . Если термодинамические параметры со временем самопроизвольно не изменяются и сохраняют одинаковое значение в пределах каждой фазы, а энергия системы минимальна, то состояние системы называется равновесным. Условием термодинамического равновесия является равенство температуры для всех частей системы. Существование такого параметра как температура единого для всех частей системы называют нулевым началом термодинамики. Все измерения температуры базируются на нулевом начале термодинамики, которое чаще всего формулируется следующим образом: если каждая из двух систем находится в тепловом равновесии с третьей, то они находятся в тепловом равновесии и между собой. Изменение хотя бы одного из параметров изменяет состояние системы и вызывает возникновение термодинамического процесса. Процесс называется круговым или циклом, когда система после некоторых превращений возвращается в исходное состояние. В химической термодинамике большое значение имеет понятие по равновесным и неравновесным процессам. Равновесным или квазистатическим называется процесс, в котором система под действием бесконечно малых внешних воздействий или вследствие наличия бесконечно малой разности в величинах интенсивных параметров бесконечно медленно проходят непрерывный ряд состояний, как угодно мало отличающихся от равновесных. В первом приближении можно считать, что в равновесном процессе сила, действующая на систему, почти точно уравновешиваются другими силами со стороны системы.

Теплоёмкостью называется отношение количества теплоты, поглощённой однородным телом единичной массы (1 грамм или 1 моль) к повышению температуры, которым сопровождается нагревание. Поскольку теплоёмкость зависит от температуры, необходимо определять её как предел от ношения теплоты к изменению температуры. Отнесённая таким образом к температуре  теплоёмкость называется удельной (на грамм) или мольной (на моль) истинной теплоёмкостью. Её значение вычисляется из экспериментально определённой средней теплоёмкости для интервала температур . Поскольку теплота  зависит от пути процесса, необходимо указывать условия, определяющие этот путь. При постоянном объёме получают  и для постоянного давления .



2.Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении наэлектродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита

Законы электролиза Фарадея. Первый закон:

В 1832 году Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит:


Если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I. Коэффициент пропорциональности ~k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.m=k\cdot q=k\cdot i\cdot t


Второй закон:

Электрохимические эквиваленты различных веществ пропорциональны их молярным массам и обратно пропорциональны числам, выражающим их химическую валентность.Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы A иона к его валентности z. Поэтому электрохимический эквивалент



k \ = \ { 1 \over f } \cdot { a \over z },

где ~f — постоянная Фарадея.

Второй закон Фарадея записывается в следующем виде:

~m=\frac{m{\cdot}i{\cdot}{\delta}t}{n{\cdot}f},

Явление электролиза широко применяется в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного получения алюминияводорода, а также гидроксида натрияхлора, хлорорганических соединений[ , диоксида марганца, пероксида водорода. Большое количество металлов извлекается из руд и подвергается переработке с помощью электролиза (электроэкстракция,электрорафинирование). Также электролиз является основным процессом, благодаря которому функционируетхимический источник тока.

Электролиз находит применение в очистке сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции, электрофлотации). Применяется для получения многих веществ (металлов, водорода, хлора и др.), при нанесении металлических покрытий (гальваностегия), воспроизведении формы предметов (гальванопластика)

Билет №9

1. Первый закон термодинами гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена. Таким образом, энергия системы (замкнутой) - постоянна. Тем не менее, энергия может быть передана от одного элемента системы другому. Рассмотрим замкнутую систему, изолированную от остальных.

Передача энергии между различными подсистемами в ней может быть описана как:

E1 = E2  ,      где

E1 = начальная энергия

E2 = конечная энергия

Энтальпия это сумма внутренней энергии тела и произведения давления на объем.;

I = U + PV;

где: I – энтальпия; U –внутреней энергия; P – давление; V -объем.

Удельная энтальпия i это отношение энтальпии тела к его массе. Удельная энтальпия это параметр состояния. Значение удельной энтальпии пара и воды при определенном давлении и температуре можно найти в справочнике. Пользуясь этими данными, можно определить количество теплоты участвующее в процессе или работу процесса.

Основными процессами в термодинамике являются:


  • изохорный, протекающий при постоянном объеме;

  • изобарный, протекающий при постоянном давлении;

  • изотермический, происходящий при постоянной температуре;

  • адиабатный, при котором теплообмен с окружающей средой отсутствует;

  • политропный, удовлетворяющий уравнению pvn= const.

Изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы являются частными случаями политропного процесса.

При исследовании термодинамических процессов определяют:



  • уравнение процесса в p—v иT—s координатах;

  • связь между параметрами состояния газа;

  • изменение внутренней энергии;

  • величину внешней работы;

  • количество подведенной теплоты на осуществление процесса или количество отведенной теплоты.

2. Химические цепи. В зависимости от природы н свойств электродов, из которых составлена электрохимическая система,различают химические и концентрационные цепи. В химических цепях электроды отличаются друг от друга химическимисвойствами

Концентрационные цепи. Концентрационными цепями называются цепи, в которых оба электрода одинаковы по своей природе, но различаются активностью одного или нескольких участников электродной реакции. При этом электрическая энергия получается за счет выравнивания концентраций веществ в элементе. Концентрационные цепи (эл

Таким образом, работа электрического тока в концентрационных цепях — это работа диффузионного процесса, который проводится обратимо путем разделения его на несколько (в нашем случае — четыре) различных по направлению обратимых электродных процессов, каждый из которых связан с опреде- ементы) могут быть без переноса и с переносом.

Химические цепи принято разделять на простые и сложные. В простых химических цепях один из электродов обратим по отношению к катионам электролита, а другой - к его анионам. В сложных химических цепях это условие не соблюдается.  

Сопоставление ЭДС двойной химической цепи с ЭДС соответствующей его простой цепи дает возможность с большой точностью находить стандартные потенциалы их электродов и коэффициенты активности электролитов.



Билет № 11

  1. Термохимия изучает тепловые эффекты химических реакций.

Закон Гесса — основной закон термохимии, который формулируется следующим образом: Тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания.

Следствия закона из Гесса:



  • Тепловой эффект прямой реакции равен по величине и противоположен по знаку тепловому эффекту обратной реакции (закон Лавуазье — Лапласа).

  • Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования (ΔHf) продуктов реакции и исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты (ν):

\delta h^o = \sum {(\nu } _i \delta h_{f,i}^o )_{products} - \sum {(\nu } _i \delta h_{f,i}^o )_{reactants}

  • Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот сгорания (ΔHc) исходных веществ и продуктов реакции, умноженных на стехиометрические коэффициенты (ν):

\delta h^o = \sum {(\nu } _i \delta h_{c,i}^o )_{reactants} - \sum {(\nu } _i \delta h_{c,i}^o )_{products}

Таким образом, пользуясь табличными значениями теплот образования или сгорания веществ, можно рассчитать теплоту реакции, не прибегая к эксперименту. Табличные величины теплот образования и сгорания веществ обычно относятся к т. н. стандартным условиям. Для расчёта теплоты процесса, протекающего при иных условиях, необходимо использовать и другие законы термохимии, например, закон Кирхгофа, описывающий зависимость теплового эффекта реакции от температуры



  • Если начальное и конечное состояния химической реакции (реакций) совпадают, то её (их) тепловой эффект равен нулю.

  1. Раствор газа в жидкости ничем существенным не отличается от других растворов, и к нему можно применять закон Рауля.Растворенный газ в этом случае следовало бы рассматривать как пар более летучего компонента, находящийся в равновесии с раствором, а давление этого газа—как давление пара, соответствующее данному составу смеси. Трудно сжижаемые газы, как правило, плохо растворимы. Наоборот, газы с высокой температурой кипения абсорбируются достаточно хорошо. Большое влияние на растворимость газов имеют такжеполярность растворителя и его внутреннее давление.

Распределение растворенного вещества между двумя несмешивающимися жидкими фазами является равновесным процессом, который можно описать при помощи закона действующих масс. Экстракционные методы разделения основаны на громадных различиях констант экстракции растворенных веществ. Экстракцию широко применяют для разделения компонентов органических систем. Так, карбоновые кислоты легко можно отделить от производных фенола экстракцией разбавленным водным раствором гидрокарбоната натрия из неводного раствора образца. Карбоновые кислоты почти полностью переходят в водную фазу, в то время как производные фенола остаются в органической фазе.

Распределение растворенного вещества между двумя несмешивающимися или почти несмешивающимися жидкостями является основой процесса экстракции растворителями, в которых обычно двумя фазами являются водная и органическая Для случая, когда растворенное вещество не диссоциирует и не ассоциирует ни в одной из фаз, можно вывести формулу, описывающую степень экстракции растворенного вещества из одной фазы при данном сочетании условий.



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница