10. Какой физико-химический процесс лежит в основе действия ПАВ?

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 6

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

11. К какому типу дисперсных систем относится мыльная вода: а) по агрегатному состоянию; б) по степени раздробленности?

Упражнения

1. Расположите в ряд следующие дисперсные системы по степени возрастания размеров дисперсной фазы: мыльная вода, мыльная пена, титановые белила.

2. Условно примем, что на голове у человека 25000 волос. Средняя длина волоса 20 см. Диаметр цилиндрической формы волоса 0.08 мм. Рассчитайте площадь поверхности волосяного покрова головы, принимая во внимание только боковую поверхность цилиндрических волос.

ТЕМА 3

РАСТВОРЫ

Растворами называют гомогенные системы, состоящие из двух или большего числа компонентов.

Метаболические процессы, протекающие в живых организмах (растениях, животных, микробах), осуществляются при участии водных растворов органических и неорганических соединений и катализаторов. Например, в клетках растений под действием энергии солнечного излучения инициируется цепь последовательных химических реакций, позволяющая превратить водный раствор углекислого газа в глюкозу (фотосинтез):

h n

6СО₂(р-р) + 6Н₂О(ж) ® С₆Н₁₂О₆(р-р) + 6О₂(г).

глюкоза

Человек состоит примерно на 70 мас. % из воды, входящей в состав клеток и внеклеточной жидкости. Водные растворы неорганических ионов и органических соединений в составе клеток, плазмы крови, спинномозговой жидкости и лимфы обеспечивают нормальное функционирование человеческого организма.

В растворах химические реакции идут быстрее, чем в гетерогенной системе, в которой контакт между реагентами ограничен поверхностью раздела фаз (рис. 26, а). Молекулярная, ионная и атомная степень раздробленности соединений, составляющих раствор, позволяет вступать им в химические реакции во всем объеме раствора (рис. 26, б). Если требуется исключить взаимодействие реагентов, например защитить металл от коррозии, поверхность покрывают лаками, красками, разнообразными полимерными материалами, предотвращая непосредственный контакт металла с кислородом и влагой воздуха.

Наряду с жидкими растворами и газовыми смесями, в промышленности широко используются твердые растворы (рис. 27). Твердые растворы часто обладают более ценными механическими и физическими свойствами по сравнению с чистыми металлами. К твердым растворам относится бронза (Cu – Sn), латунь (Cu – Zn), сплавы серебра с золотом и медью (Au – Ag, Ag – Cu), мельхиор – сплавы меди с никелем (Cu – Ni). Последние обладают высокой коррозионной стойкостью, используются в морском судостроении, для изготовления медицинских инструментов, столовых приборов, посуды, монет, оболочек пуль.

					б)
	а)

Рис. 26. Модель взаимодействия реагентов: а) в гетерогенной системе молекулы реагентов сталкиваются между собой только на поверхности раздела фаз; б) в растворе (гомогенной системе) молекулы реагентов находятся в одной фазе, поэтому число столкновений между реагентами увеличилось.

Рис. 27. Различные типы растворов: а) жидкий раствор CuSO₄ с молекулярной и ионной степенью раздробленности: Н₂О, Cu²⁺, SO₄^2-; б) твердый раствор (сплав металлов Au в Ag,) с атомной степенью раздробленности; в) газообразный раствор (смесь газов)

Деление раствора на растворитель и растворенное вещество – условный прием. Компонент раствора, присутствующий в большем количестве, принято называть растворителем. Вода всегда является растворителем независимо от количества растворенных веществ: соли, кислоты, щелочи.

Сталь – важнейший материал современной техники представляет собой твердый раствор углерода (~ 2 %) в железе. Для газов используется термин газовая смесь и не акцентируется внимание на том, «что в чем» растворено.

3.1. Способы выражения концентрации раствора

Количественный состав раствора определяется концентрацией, т.е. относительным содержанием компонентов, составляющих систему. Наиболее употребительными являются следующие концентрации растворов:

Молярность с – отношение количества n моль растворенного вещества, содержащегося в V л раствора:

с = n / V , моль/л.

Молярная доля N (безразмерная величина) – отношение количества n_i моль вещества данного компонента к суммарному количеству моль всех веществ (Sn_j), составляющих раствор:

.

Массовая доля w (безразмерная величина) – отношение m_i кг массы данного растворенного вещества к массе раствора (Sm_j) кг. Массовая доля может быть выражена в долях единицы или в процентах:

,

.

Между молярной концентрацией (с), массовой долей растворенного вещества (w), плотностью раствора (r) и молярной массой (М) существуют следующие соотношения:

,

.

Ниже приведены некоторые примеры вычисления концентрации растворов.

Пример 1. В мерную колбу на 1 литр поместили m = 34.23 г сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ (М = 342.3 г/моль), растворили в воде и добавили воды до метки, соответствующей объему, равному 1 л. Вычислить молярную концентрацию раствора сахарозы.

Решение

моль/л

Пример 2 . 34.23 г сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ (М = 342.3 г/моль), растворили в 180 г воды. Вычислить мольную долю сахарозы и воды в растворе.

Решение

n(сах.) = m_сах г / М_сах. г/моль = 34,23 г / 342,2 г/моль = 0.1 моль

n(вода) = m_вода г / М_вода г/моль =180 г /18 г/моль = 10 моль

N_сах. = n_сах. / (n_сах + n_вода) = 0,1 / (0.1 + 10) = 0.0099

N_вода = n_вода / (n_сах.+ n_вода) = 10 / (0.1 + 10) = 0.9901

Следует помнить, что сумма мольных долей всех компонентов раствора равна 1:

N_сах + N_вода = 0,0099 + 0,9901 = 1,0

Пример 3. 34.23 г сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ (М = 342.3 г/моль), растворили в 180 г воды. Вычислить массовую и процентную долю сахарозы и воды в растворе.

Решение

w_сах. = m_сах. г / (m_сах+m_вода) г = 34,23 / (34,23 + 180) = 0,16

или 16% сахарозы в водном растворе.

w_вода = m_вода г / (m_сах+m_вода) г = 180 / (34,23 + 180) = 0,84

или 84% воды в водном растворе.

Растворимость

Растворимость ( s ) определяется количеством вещества, способного раствориться в данном количестве растворителя при постоянной температуре и давлении (p , T = const). Для индивидуального соединения давление и температура являются определяющими факторами, влияющими на растворимость. Существует предел растворимости соединения при p , T = const. Раствор, содержащий наибольшее количество растворенного вещества в данных условиях, называется насыщенным раствором.

Используют различные единицы выражения растворимости. Для твердых веществ растворимость s имеет размерность г/100 г растворителя, или г/л растворителя.

Для газов растворимость выражается мл/100 г растворителя, мл/л раствора, или моль/л раствора.

3.2. Термодинамика процесса растворения

Растворение – самопроизвольный процесс. Кристалл сахара или поваренной соли в стакане с водой медленно разрушается, а молекулы (сахароза) или ионы (Na⁺, Cl^-) равномерно распределяются по всему объему жидкости. Хотя растворение – самопроизвольный процесс, но это не означает, что все вещества растворяются. Одни вещества хорошо растворяются в воде, другие – в органических растворителях, а некоторые соединения не растворяются ни в тех, ни в других.

Объяснение самопроизвольного растворения вещества опирается на положение: процесс растворения термодинамически разрешен, если он сопровождается уменьшением функции Гиббса:

△G_раств. = △H_раств. – T△S_раств. < 0 (3.1)

Знак и величина △G_раств определяются энтальпийным (△H_раств.) и энтропийным (△S_раств) факторами.