Электролитическая диссоциация

Современные методы разделения и очистки веществ на примерах очистки воды, воздуха, извлечения и разделения актиноидов. Химические методы, ионообменная сорбция, экстракция.

Химические методы разделения и очистки базируются на превращении исходных гомогенных систем в гетерогенную.

В_о-основное; В_n- примеси В_о+å В_n®å В_nфаза1; В_о фаза2

D –коэф распределения D(B_n)=C(B_o)ф2/С(Вn)ф1; b- коэф. Распределения bв_о/в_n=D(B_o)/D(В_n)

Методы используют различия в константах скорости реакций.

Химические метод:

Основаны главным образом на различном взаимодействии основ. и примесных в-тв со спец. хим. реагентом, в результате чего разделяемые реагенты концентрируются в разных фазах гетероген. сис.

В_о+å В_n+ R ®B_oR фаза1; åB_nR ф2

R- спец.хим.реагент: Н2О,к-та,основание…

Химич.метод характеризуют высокой эффективностью, высокими значениями D,b,(ПР,К_н,К_т,К_g)

Наиболее часто используются методы осаждения и растворения.

1)Осаждение. (ж-тв)Метод основан на различной растворимости компонентов раствора. Процесс осаждения зависит от состава водной фазы, pH – среды, температуры, последовательности смешивания растворов. В некоторых случаях процесс осаждения осложняется образованием коллоидных растворов или осаждением примеси с основными элементами.

Требования к реакциям осаждения: Образование стехиометрически определённых соединений. Проведение реакций лишь в тех условиях, когда отсутствует соосаждение и образование коллоидных систем. Лёгкость доведения осадка для обеззараживания промышленных стоков и очистки их от примесей тяжёлых элементов. При значениях pH Î [4, 7] практически все тяжёлые металлы образуют труднорастворимые гидроксиды.

Осаждение гидроксидов различных металлов. Чем сильнее гидроксид, тем выше pH. При pH>7 Отделение металлов за счёт способности образовывать осадки.

Sc от трёхвалентных РЗ эл-тов Sc³⁺(NO₃)₃ + 3KF ® ScF₃$ + 3KNO₃ R³⁺(NO₃)₃ + 3KF ® RF₃$ + KNO₃ ScF₃ + 3KF ® K₃[ScF₆] RF₃ + KF не идёт.

Цементация — выделение металла из растворов их солей более активными металлами Электродный потенциал металла должен быть больше, чем ЭП выделяемого металла.

CdSO₄ + Zn ® Cd$ + ZnSO₄. ПДК(Cd)= 0,001 мг/л ПДК (Zn)= 3 мг/л

Отделение Еu(+3)от РЗЭ (+3)

2EuCl₃ + Zn + 3H₂SO₄ ® 2Eu$ + ZnSO₄ + 6HCl

Очистка воды от Mn(+2)

3MnSO₄ + 2KMnO₄ + 2H₂O ® 5MnO₂$ + K₂SO₄ + 2H₂SO₄.

2)Реакции растворения (тв-ж): Th⁴⁺ + C₂O₄ ® [Th(C₂O₄)₄]^4- (раствор) La⁺³ + C₂O₄^2- ® La₂(C₂O₄)₃$

Физические методы разделения

Кристаллизация, зонная плавка, термодиффузия, ретификация.

Кристаллизация — процесс образования и роста кристалла из раствора, расплава или газа. Происходит с разной скоростью за счёт создания еравновесных условий (перенасыщение или переохлаждение раствора). Отделение Zr и Hf. ногоступенчатая фракционная кристаллизация основана на растворении солей Zr и Hf (у K₂[HfF₄] растворимость в 2–4 раза выше, чем у K₂[ZnF₆].

Зонная плавка — бестигельная кристаллизация. Единственный однофазный метод.

Дистилляция (перегонка). Разделение жидких смесей, основанное на различии состава жидкости и состава равновесного с ней пара.

Физико-химический метод

В основе метода лежат обратимые гетерогенные реакции, сопровождающиеся переносом очищаемого вещества из одной температурной зоны (T₁) в другую (T₂) с более высокой температурой. в результате образования и разложения газообразных промежуточных соединений. Широко применяются газообразные иодиды металлов. Иодидное рафинирование: Me_тв + (n/2)I₂ D MeI_n(г).

Основные стадии транспортных реакций: 1) Образование летучего продукта из твёрдого металла и газообразного реагента в низкотемпературной зоне. Zr + 2I₂ ® ZrI₄ (г) 2) Транспорт летучего соединения из зоны T₁ в зону T₂. 3) Разложение летучего соединения на чистый металл и газообразный реагент, который возвращается в зону T₁: ZrI₄ (г) ® (T₂) ® Zr$ (чистый) + I₂. Достоинство метода: возможность глубокой очистки от O₂, N₂, H₂, C₂, т. к. в аналогичных условиях иод не реагирует с оксидам, нитридами, карбидами, гидридами и пр.

Экстракция (извлечение, вытягивание) — процесс извлечения вещества из одной жидкой фазы в другую. Как правило, одна фаза — вода, другая — органическая. В основе метода лежит закон распределения вещества между двумя несмешивающимися жидкостями. ТД константа распределения K = a_a(орг) / a_a(неорг) = с_a(орг) / c_a(орг) = D. В случае, когда коэффициент активности можно заменить концентрацией (растворы электролитов/предельно разбавленные растворы), в системе выполняется предельный закон Бертло-Нернста. Закон: растворённое вещество распределяется между двумя несмешивающимися жидкостями таким образом, что отношение равновесных концентраций вещества A в обеих фазах не зависит от общей концентрации растворённого вещества при условии, что в каждой фазе вещество имеет одну и ту же молекулярную массу. В случае диссоциации (ассоциации) в растворах выражение закона усложняется. В экстракции может происходить процесс комплексообразования. ТБФ (трибутилфосфат) + [UO₂(H₂O)₆]²⁺(NO₃)₂ ® [UO₂²⁺ (ТБФ)₂ (NO₃)^-₂]^- + 6H₂O.

Разделение РедкоЗемельных Элементов

Скандий. Отделение от других трёхвалентных элементов основано на том, что Sc способен образовывать комплекс с ионом F^-. ScF₃$ + 3KF ® K₃[ScF₆]^3- (раствор). (La/Y)F₃ + KF₃ ¹.

Церий. В основе отделения церия от других РЗЭ — способность обладать степенью окисления +4: Ce(OH)₄$ + HCl ® (pH» 1,5) ® 2CeCl₃ + Cl₂# + 8H₂O. Ce(OH)₃$ + HCl ® CeCl₃ + 3H₂O. R(OH)₃$ + HCl ® (pH = 6,5) ® RCl₃ + 3H₂O. Комплексообразование — один из способов отделения: церий, в отличие от других редкоземельных элементов, в степени окисления +3 способен образовывать комплексы с КЧ = 8 (растворы солей: оксолатов и карбонатов): Ce(C₂O₄)₂$ + (NH₄)C₂O₄ ® (NH₄)[Ce⁺⁴(C₂O₄)]^4-. Na₂/R₂/Ce₂(C₂O₄)₃$ + (NH₄)C₂O₄ ¹.

Европий. Отделение от других РЗЭ связано с его способностью образовывать труднорастворимый сульфат в двухвалентном состоянии: R₂(SO₄)₃ — раствор. Eu₂(SO₄)₃ + Zn (" восстановитель) ® (pH < 7) ® 2EuSO₄$ + ZnSO₄. Eu(OH)₂ + H₂SO₄ " EuSO₄ + 2H₂O. R₂SO₄ растворим.

Торий. От Ce³⁺ и R³⁺ (РЗ): Кислотно-основное: Th(OH)₄$ + 4HCl ® (pH = 3) ® ThCl₄ + 4H₂O. R(OH)₃$ + 3HCl ® (pH = 6,5) ® RCl₃ + 3H₂O. 2Ce(OH)₃$ + 8HCl ® (pH = 1) ® 2CeCl₃ + Cl₂ + H₂O. Комплексообразование (Th⁴⁺ — мощный комплексообразователь): ThCl₄ + (NH₄)₂C₂O₄ ® (NH₄)₄[Th[C₂O₄)₄] + 4NH₄Cl RCl₃ + 3(NH₄)₂C₂O₄ ® R₂(C₂O₄)₃$ + 3NH₄Cl. От (UO₂)²⁺: На образовании труднорастворимых фторидов: ThCl₄ + 4KF ® ThF₄$ + 4KCl UO₂Cl₂ + KF ® UO₂F₂ (раствор) + KCl. На комплексообразовании: ThCl₄ + 4(NH₄)₂C₂O₄ ® (NH₄)₄[Th⁴⁺(C₂O₄)₄]^4- + 4NH₄Cl. 2RCl₃ + Na₂C₂O₄ ® R₂(C₂O₄)$ + NaCl. От U⁺⁶: ThCl₄ + 4KF ® ThF₄$ + 4KCl. UO₂Cl₂ + 2KF ® UO₂F₂ (раствор) ® 2KCl. Уран. UO₂SO₄ + 3Na₂CO₃ " Na₄[UO₂(CO₃)₃] + Na₂SO₄. Fe₂(SO₄) + 3Na₂CO + 6H₂O " 2Fe(OH)₃$ + 3H₂CO₃ + 3NaSO₄. 2RCl₃ + 3Na₂CO₃ " R₂(CO₃)₃$ + 6NaCl.

1.Атом, изотоп, химический элемент, вещество ………………………………………………1
2. Способы выражения состава раствора. Концентрация ……………………………………..1
3. Квантово-механическая модель атома, квантовые числа, типы АО………………………..2
4. Основные принципы заполнения АО.Принцип Паули, правило Хунда. ………………………..2

5. Периодическая система элементов (ПСЭ). …………………………………………………..3
6. Химическая связь: природа, основные виды и свойства. ……………………………………4
7. Валентность, степень окисления атома элемента в химическом соединении. …………….4
8. Ковалентная связь. ……………………………………………………………………………..5
9. Ионная связь и ее свойства. ……………………………………………………………………6
10. Металлическая связь и ее свойства. ………………………………………………………….6
11. Типы химических превращений. …………………………………………………………….7
12. Основные законы термохимии,закон Гесса, закон Лавуазье-Лапласа……………………..7
13. Стандартная энтальпия образования вещества ……………………………………………..8
14. Стандартная энтропия вещества ……………………………………………………….........8
15. Определение направления, Энергия Гиббса и её расчет……………………………………9
16. Обратимые реакции. Химическое равновесие. ЗДМ, Кр……………………………………9
17. Равновесие. Константа диссоциации. Закон Оствальда. Расчет рН ……………………...10
18. Равновесие гидролиза солей. Гидролиз …………………………………………………….11
19. ПР. Расчет растворимости соли и концентрации ………………………………………….11
20. Уравнение скорости простой. Порядок и молекулярность реакции……………………...12
21. Энергия активации. …………………………………………………………………………..12
22. Зависимость скорости реакции от Т.ур-ие Аррениуса, правило Вант-Гоффа)…………..13
23. Катализ. ………………………………………………………………………………………13
24. Комплексные соединения. КЧ………………………………………………………………14
25. Константа нестойкости. Расчет концентрации,…………………………………………………14

26. Химические свойства комплексных солей………………………………………………….15
27. Растворы. …………………………………………………………………………………….16
28. Коллигативные свойства растворов. Осмос. Закон Вант-Гоффа.,………………………..16
29. Коллигативные свойства. Т кипения и замерзания растворов. Закона Рауля. ………….16
30. Коллоидные растворы. Дисперсные системы, …………………………………………….17
31. Строение мицеллы. Правило Пескова-Фаянса. Адсорбция……………………………….17
32. Методы получения и разрушения коллоидных систем……………………………………17
33. ОВР.степень окисления. …………………………………………………………………….18
34. УравненияОВР. Метод электронного баланса. ……………………………………………18
35. Окислительно-восстановительная двойственность на примере………………………….19
36. Электрохимические процессы.Электродный потенциал………………………………….19
37. Типы электродов.Уравнение Нернста для электродного потенциала. ………………….20
38. Гальванические элементы. ЭДС……………………………………………………………20
39. Обратимые и Необратимые гальван Эл-ты………………………………………………..21
40. Коррозия. ……………………………………………………………………………………..21
41. Методы защиты от коррозии. ……………………………………………………………….22
42. Лантаноиды (4-f элементы). …………………………………………………………………22
43. Свойства соединений церия и европия в разных степенях окисления. …………………..23
44. Актиноиды (5-f элементы). ………………………………………………………………….24
45. Свойства урана и его соединений в разных степенях окисления. ………………………..25
46. Свойства тория и его соединений. ………………………………………………………….26
47. Радиоактивность и радиохимические превращения веществ. ……………………………26
48. Основные виды ионизирующего излучения………………………………………………..27
49. Реакции радиоактивного распада. Период полураспада. Ядерные реакции……………..27
50. Современные методы разделения и очистки веществ……………………………….….………28

Растворы имеют важное значение в жизни и практической деятельности человека.Процессы усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор. Все физиологические жидкости – (кровь, лимфа)-являются растворами. Многие химические реакции протекают в растворах.

Растворы – однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух или более компонентов (составных частей) и продуктов их взаимодействия.

Есть еще одно определение:

● Растворами называют однородные системы, состоящие из молекул растворителя и частиц растворенного вещества, между которыми происходят физические и химические взаимодействия.

● По агрегатному состоянию растворы бывают жидкие, твердые и газообразные.

● Жидкие растворы – растворы солей в воде.

● Твердые растворы – сплав серебра и золота.

● Газообразные растворы – смесь газов, воздух.

Наиболее важный вид растворов – жидкие (водные) растворы, рассмотрению которых и посвящается данная лекция.

Всякий раствор состоит из растворенных веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены. Обычно растворителем считают тот компонент, который не меняет свое агрегатное состояние при растворении (в случае водного раствора соли растворителем является вода). Если оба вещества при растворении не меняют своего агрегатного состояния (z.B. спирт и вода), то растворителем считается тот компонент, которого больше.

Сходство: однородность, выделение теплоты при растворении некоторых веществ, что указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворенным веществом.

Различие: состав раствора изменяется в широких пределах, в свойствах растворов можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов.

Дата добавления: 2013-12-12