Химическая термодинамика. Растворы

Вопросы для самоконтроля

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.

1. Что такое дисперсные системы? Из каких компонентов они состоят?

2. Как классифицируют дисперсные системы по размерам частиц дисперсной фазы?

3. Что такое суспензии и эмульсии?

4. Как называются частицы дисперсной фазы в коллоидных растворах.

5. Как образуется мицелла?

6. Что такое коагуляция и чем она вызывается?

7. Объясните механизм устойчивости коллоидных систем.

8. Что такое электрофорез? Укажите области его применения.

9. Какие способы коагуляции вы знаете?

Заключение по модулю 2

Знание законов химической термодинамики позволяет рассчитывать энергетические эффекты химических реакции и фазовых превращений, предсказывать возможность или невозможность протекания химических процессов, а также находить условия химического, фазового и адсорбционного равновесий, и равновесные концентрации реагирующих веществ. Принцип Ле Шателье указывает на направление смещения химического и фазового равновесий.

Многие химические реакции протекают в растворах. Растворы характеризуются как общими (коллигативными) свойствами, так и свойствами, на которые влияет индивидуальная природа растворённых веществ. К общим свойствам относятся изменение парциального давления растворителя, температуры кипения и замерзания растворах, характеризуемые законом Рауля и его следствиями, и осмотическое давление, величина которого определяется по закону Вант-Гоффа. Законы Рауля и Вант-Гоффа справедливы для идеальных растворов, к свойствам которых приближаются разбавленные растворы. Для учёта отклонения свойств реальных растворов от свойств идеальных введено понятие коэффициента активности.

Растворы, проводящие электрический ток, получили название растворов электролитов. Они условно разделены на две группы: слабые и сильные электролиты. Слабые электролиты диссоциированы частично и подчиняются закону Оствальда. Сильные электролиты диссоциированы полностью, для их характеристики вместо концентрации используют активность. Разработана теория разбавленных электролитов, позволяющая рассчитывать активности ионов, однако теории растворов, охватывающей весь диапазон концентрации, пока не существует.

Важной характеристикой растворов является водородный показатель. Равновесие в растворах электролитов смещается в сторону образования слабых электролитов, трудно растворимых соединений и комплексов.

Наряду с гомогенными обменными реакциями, в растворах могут протекать гетерогенные обменные реакции, например реакции ионного обмена. К особой разновидности гетерогенного равновесия относится равновесие в дисперсных (коллоидных) системах, содержащих частицы фазы очень малых размеров и имеющих огромную поверхность разделов фаз. Важнейшим показателем дисперсных систем является их кинетическая и агрегативная устойчивость, обусловленная броуновским движением, электрокинетическим потенциалом и сольватацией ионов.

После изучения данного раздела студентам следует знать:

1. Термодинамические функции: внутренную энергию, энтальпию, энтропию и энергию Гиббса.

2. Теплоту и работу.

3. Первый закон термодинамики.

4. Закон Гесса.

5. Энтальпию образования химических соединений.

6. Второй закон термодинамики.

7. Условие сомопроизвольного протекания химических реакций.

8. Условие термодинамического равновесия.

9. Константа химического равновесия. Закон действующих масс. Принцип Ле Шателье.

10. Правило фаз. Фазовые диаграммы. Метод физико-химического анализа.

11. Поверхностная энергия. Адсорбция.

12. Изотермы адсорбции Лэнгмюра и Фрейндлиха.

13.Общие свойства растворов и понятие идеального раствора.

14. Законы Рауля, Вант – Гоффа и Нернста – Шилова, осмотическое давление, ко­эффициент распределения.

15. Сольватацию и гидратацию растворов электролитов и неэлектролитов, поня­тие сильных и слабых электролитов.

16. Основы термодинамики растворения.

17. Растворимость.

18. Теории кислот и оснований Аррениуса, Бренстеда и Льюиса.

19. Степени и константы диссоциации слабых электролитов. Закон Оствальда.

20. Основы теории разбавленных сильных электролитов, активность и коэффици­ент активности.

21. Ионное произведение воды и водородный показатель (рН).

22. Произведение растворимости.

23. Гидролиз солей.

24. Константу диссоциации комплексных ионов.

25. Ионный обмен.

26. Коллоидные растворы, частицы и мицеллы.

27. Электрофорез, электроосмос.

28. Коагуляцию.

Студенты должны уметь:

1.. Рассчитать: а) энтальпию, энтропию и энергию Гиббса химических реакций; б) константу равновесия; в) равновесные концентрации и парциальные давления реаги­рующих веществ.

2. Определить возможность или невозможность протекания химических процес­сов, температуру, при которой устанавливается химическое равновесие, направление смещения равновесия под воздействием тех или иных факторов.

3. Анализировать фазовые диаграммы.

4. Определять максимальную адсорбцию и константу равновесия адсорбции при построении изотермы Лэнгмюра.

5. Рассчитать давление насыщенного пара растворителя над раствором, измене­ние температур плавления и кипения и осмотическое давление раствора при извест­ной концентрации.

6. Рассчитать молярную и нормальную концентрации, молярную, массовую и объемную доли, моляльность и титр раствора.

7. Написать уравнения процессов гидратации ионов и электролитической диссо­циации электролитов.

8. Рассчитать степени диссоциации слабого электролита и концентрацию ионов в этом электролите.

9. Рассчитать ионную силу раствора и активность ионов в растворе сильного электролита.

10. Рассчитать рН растворов слабых кислот и оснований, сильных кислот и щелочей.

11. Определить рН раствора с помощью индикаторов и рН-метра.

12. Рассчитать растворимости и произведения растворимости труднорастворимых соединений.

13. Написать уравнение гидролиза той или иной соли. Рассчитать степени гидро­лиза и концентрацию ионов водорода и гидроксида.

14. Написать уравнения ступенчатой диссоциации комплексных ионов и кон­станты диссоциации.

15. Изобразить примерный состав тех или иных коллоидных частиц.

Дата добавления: 2014-01-04