Гетерогенные системы

7.

3.

Элементы органической химии

1. Органические вещества, органические соединения — класс соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов)

2. Атомы в молекуле соединены в определённой последовательности в соответствии с их валентностью. Эта последовательность называется химическим строением.

3. Свойства вещества зависят не только от качественного и количественного состава молекулы, но и от её химического строения. Вещества, имеющие один и тот же состав, но разное строение, называются изомерами, а само их существование изомеризацией.

Виды изомерии:

· Структурная

· Пространственная

1.а) по строению углерод. скелета

C4H10

CH3-CH2-CH2-CH3

CH3-CH-CH3

CH3

б) по положению красной связи

C4H8

CH2=CH-CH2-CH3

CH3-CH=CH-CH3

В) по положению заместителя

CH3-CH2-CH2-OH

CH3-CH-CH3

OH

Г) межклассовая изомерия.

CNH_2n C_nH_{2 n-2}

Алкены циклоалканы алкины алкодиены

Карбоновые кислоты сложные эфиры

Простые эфиры сложные эфиры

2.а) кафорнационная

Б)зеркальная или оптическая изомерия

В)геометрическая или цис-транс изомерия. Обязательные условия её существования: наличие 2й связи и плоского цикла, наличие различных заместителей атомов углерода, связанных 2й связью:

CH3 CH3 H CH3

C=C C=C

H H CH3 H

4.

5.

6.

ИЗОМЕРИЯ- существование соединений (гл. обр. органических), одинаковых по составу и мол. массе, но различных по физ. и хим. св-вам. Такие соед. наз. изомерами.

Изомеры углеродной цепи:

CH₃-CH₂-CH₂- CH₂- CH₃ ß С₅H₁₂ ­ -> CH₃-CH₂- CH₂- CH₃

|

CH₃

Пространственная изомерия:

8. Реакции полимеризации- синтез ВМС из мономеров путем последовательного присоединения молекул непредельных соединений к друг другу без выделения побочного низкомолекулярного продукта;

Полиэтилен (ПП - сокр., PE - Polyethylene англ.) [-CH₂-CH₂-]_n - термопластичный полимер белого цвета, наиболее распространенный при изготовлении канализационных труб материал, характеризующийся очень высокой стойкостью к химическим реагентам и исключительно низкой шероховатостью поверхности, что снижает интенсивность образования отложений и гидравлические потери. Преимуществами являются также высокая стойкость к ударным нагрузкам и высокое относительное удлинение при разрыве при незначительном температурном влиянии.

Полистирол — продукт полимеризации стирола (винилбензола) относится к полимерам класса термопластов.

Имеет химическую формулу вида: [-СН₂-СН(С₆Н₅)-]_n-

Широкое применение полистирола (ПС) и пластиков на его основе базируется на его невысокой стоимости, простоте переработки и огромном ассортименте различных марок. Наиболее широкое применение (более 60 % производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы, представляющие собой сополимеры стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком. В настоящее время созданы и другие многочисленные модификации сополимеров стирола.

Полиметилметакрилат(ПММА, PMMA) - это линейный полимер метилметакрилата.

Химическую формулу ПММА можно представить в виде (-CH2-C(CH3)-)n COOCH3.

Применяется в автостроении, машиностроении, авиационной, медицинской промышленностях, строительстве, приборостроении и бытовых изделиях.

Остекление парников, теплиц, куполов, окон, веранд, декоративной отделки зданий, для прозрачных деталей приборов и инструментов, протезов в медицине, линз и призм в оптике, труб в пищевой промышленности, наружная световая реклама, таблички, аквариумы, сувениры, светильники,фары, фонари, детали сантехники, циферблаты часов и приборов, смотровые окна, диэлектрические детали.

1. ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА состоит из двух или неск. фаз, т.е. частей, отличающихся по св-вам и соприкасающихся по пов-стям раздела.

Молекулы, находящиеся в глубинном слое вещества полностью реализуют свои валентности

У молекул на пов-ти остаются нескомпенсированные валентности, за счёт чего пов-ный слой обладает избытком энергии- эта избыточная энергия называется свободной поверхностной энергией Гиббса. G=Ϭ*S, где Ϭ- удельная свободная поверхностная энергия применимая к единице площади.

Если в системе имеется жидкая фаза, то Ϭ называется- поверхностным натяжением- это работа затраченная на образование единицы пов-ти.

Так как все самопроизвольные процессы протекают в сторону свободной пов-ти энергии Гиббса.

G <0 она может быть уменьшена 2мя путями:

За счёт сокращения площади, при этом жидкость приобретает форму капли.

За счёт сорбции, при этом насыщаются не реализованные валентности в поверхностном слое.

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.

Классификация:

1) По фазовому составу: гомогенные и гетерогенные

2) По размеру частиц дисперстной фазы

· Грубодисперстные(размер > 100 км, видны вооруженным глазом, неустойчивы)

· Коллоидные растворы(от 1го до 100 км, видны под микроскопом, довольно устойчивы не расслаиваются)

· Истинные растворы(< 1го км, ионы, атомы, молекулы, являются гомогенными системами, способными очень долго не расслаиваться)

3) По агрегатному состоянию:

· аэродисперсные (газодисперсные) системы с газовой дисперсионной средой: аэрозоли (дымы, пыли. туманы), порошки. волокнистые материалы типа войлока.

· Системы с жидкой дисперсионной средой; дисперсная фаза может быть твердой (грубодисперсные суспензии и пасты, высокодисперсные золи и гели), жидкой (грубодисперсные эмульсии, высокодисперсные микроэмульсии и латексы) или газовой (грубодисперсные газовые эмульсии и пены).

· Системы с твердой дисперсионной средой: стеклообразные или кристаллические тела с включениями мелких твердых частиц, капель жидкости или пузырьков газа, например, рубиновые стекла, минералы типа опала, разнообразные микропористые материалы.

3. Сорбция - это процесс поглощения вещ-в из окружающей среды всем объёмом или поверхностью другого вещества.

Она делится на:

· Абсорбцию -поглощение вещ-ва из окружающей среды всем объёмом другого вещ-ва(газ в жидкости)

· Адсорбция - это сорбциальный процесс, приводящий к концетрированию вещ-ва на границе раздела фаз за счёт поглощения 1го пов-тью другого.

Абсорбция характерихуется

Г = С_{поверх.слой} - С_объёма/S(m) [Г]=моль/м²кг

Вещество, которое поглощает другое вещ-во называется адсорбент, а поглощаемое адсорбат или адсортив.

Адсобция по механизму делится на:

· Физическую (осуществляется за счёт межмолекулярных сил Ван-Дер Ваальса М<0, экзотермический процесс, обратимый, обратный-десорбция).

· Химический (происходит за счёт химических взаимодействий: молекулы адсорбата с пов-ти адсорбента, процесс необратимый, реакция экзотермическая)

· Конденсация(конденсация влаги в порах строит. Металлов. За счёт чего происходит карозия, процесс обратимый, реакция экзотермическая.)

Так как процесс адсорбции зачастую обратим, устанавливается равновесие мжду процессом адсорбции и десорбции:

_H>0

Адсорбция десорбция

^H<0

На смещение равновсия влияют внешние факторы:

· Температура(с её повышением 1 и 3 вид адсорбции понижается, равновесие смещается в сторону десорбции)

· При повышении концентрации адсорбтива величина адсорбции сначала повышается, а потом достигает определённого значения и не меняется

4. СМАЧИВАНИЕ, поверхностное явление, наблюдаемое при контакте жидкости с твердым телом в присут. третьей фазы-газа (пара) или др. жидкости. Она может эту жидкость:

· Не смачивать (вода на парафине) 180° > q0 > 90°

· Частично смачивать (вода на не зачищенном металле) 90° > q0 > 0°

· Растекаться по ней (вода на зачищенном металле) q0=(примерно)0

Степень смачивания характеризуется углом смачивания. Угол смачивания (или краевой угол смачивания) это угол, образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз.

Предельное смачивание, завершающееся прилипанием 1й пов-ти в другой называют адгезия.

Когезия- это взаимодействие частиц внутри 1й фазы. Условием смачивания является превышение работы атгезии над работой когезии.

Измерение степени смачивания весьма важно во многих отраслях промышленности (лакокрасочная, фармацевтическая, косметическая и т. д.). К примеру, на лобовые стёкла автомобилей наносят особые покрытия, которые должны быть устойчивы против разных видов загрязнений. Состав и физические свойства покрытия стёкол и контактных линз можно сделать оптимальным по результатам измерения контактного угла[2].

К примеру, популярный метод увеличения добычи нефти при помощи закачки воды в пласт исходит из того, что вода заполняет поры и выдавливает нефть. В случае мелких пор и чистой воды это далеко не так, поэтому приходится добавлять специальные ПАВ. Оценку смачиваемости горных пород при добавлении различных по составу растворов можно измерить различными приборами.

5. Кальций широко распространен, в земной коре его содержится примерно 3% по массе. В природе встречается в связанном состоянии, важнейшие соединения - карбонат кальция CaCO3 (мел, известняк, мрамор), гипс CaSO4*2H2O, силикаты.

Кальций - это твердый металл белого цвета, проявляет степень окисления +2. Свободный кальций химически активен. При нагревании легко окисляется кислородом воздуха с образованием оксида:

2Ca + O2 = 2CaO

Кальций взаимодействует со всеми неметаллами. С галогенами реакция идет уже на холоде (с иодом только в присутствии влаги):

Ca+ Cl2 = CaCl2

При нагревании кальций реагирует с серой, фосфором, углеродом, азотом. Карбид кальция является ацетиленидом и при взаимодействии с водой разлагается с выделением ацетилена:

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca (OH)2

Соединяется с водородом, образуя солеобразный гидрид CaH2. С холодной водой реагирует довольно медленно, быстрее при нагревании:

Ca + 2H2O = Ca (OH)2 + H2

Кальций бурно реагирует с разбавленными кислотами с образованием солей:

Ca + 2HCl = CaCl2 + H2

Получают кальций электролизом расплава хлорида кальция либо методом алюмотермии:

3CaO + 2Al = Al2O3 + 3Ca

Применение соединений кальция

Гидрид кальция

Нагреванием кальция в атмосфере водорода получают CaH2 (гидрид кальция), используемый в металлургии (металлотермии) и при получении водорода в полевых условиях.

Оптические и лазерные материалы

Фторид кальция (флюорит) применяется в виде монокристаллов в оптике (астрономические объективы, линзы, призмы) и как лазерный материал. Вольфрамат кальция (шеелит) в виде монокристаллов применяется в лазерной технике, а также как сцинтиллятор.

Карбид кальция

Карбид кальция CaC2 широко применяется для получения ацетилена и для восстановления металлов, а также при получении цианамида кальция (нагреванием карбида кальция в азоте при 1200 °C, реакция идет экзотермически, проводится в цианамидных печах).

Химические источники тока

Кальций, а также его сплавы с алюминием и магнием используются в резервных тепловых электрических батареях в качестве анода(например кальций-хроматный элемент). Хромат кальция используется в таких батареях в качестве катода. Особенность таких батарей — чрезвычайно долгий срок хранения (десятилетия) в пригодном состоянии, возможность эксплуатации в любых условиях (космос, высокие давления), большая удельная энергия по весу и объёму. Недостаток в недолгом сроке действия. Такие батареи используются там, где необходимо на короткий срок создать колоссальную электрическую мощность (баллистические ракеты, некоторые космические аппараты и.др.).

Огнеупорные материалы

Оксид кальция, как в свободном виде, так и в составе керамических смесей, применяется в производстве огнеупорных материалов.

Строительные материалы

Использование соединений кальция в производстве строительных материалов является самым масштабным из всех применений. Окись (и гидроокись) кальция используется и как связующее, и как пигмент в производстве строительных растворов, разного рода водорастворимых красок, побелок, при получении силикатного кирпича. Соединения кальция используются в производстве цемента, стекла. В качестве наполнителей - для приготовления замазок и шпатлёвок, красок и эмалей. Широко используется также алебастр (строительный гипс), для отливки лепных украшений, статуй и горельефов. как компонент в строительных растворах. Находит применение природный минерал мрамор - для отделки фасадов зданий, внутренних помещений, полов, для изготовления элементов интерьера, столешниц, подоконников и т.д.

Металлургия

Соединения кальция (в основном карбонат или гидрокарбонат) применяются для обмазок электродов в дуговой электросварке. Соединения кальция широко применяются для приготовления флюсов для плавки и сварки металлов.

Дата добавления: 2015-04-23