Реферат: Дисперсные системы, электролиты, РН показатель

Министерство общего и профессионального образованияРоссийской Федерации.

/>ОмГТУ

Кафедра Химии.

/>/>/>Реферат по курсу «Химия».

Выполнил:

Студент МСФ С-110

Проверил:

Бродовская Г.Ф.

г. Омск, 2000

   Оглавление:

1. Дисперсные системы.Истинные растворы: 3

2. Растворимость твёрдых веществ ижидкостей в жидкостях. Влияние природы веществ и температуры на растворимость. 5

3. Способы выражения концентрациирастворов: массовая – С%, молярная – См и нормальная (эквивалентная)– Сн. 7

4. Растворы электролитов.Электролитическая диссоциация кислот, оснований, солей. Ступенчатаядиссоциация. 7

5. Классификация электролитов. Степеньдиссоциации. Сильные и слабые электролиты. 8

6. Реакции обмена в растворахэлектролитов и условия их протекания. Ионные уравнения. 9

7. Ионное произведение воды.Водородный показатель рН растворов. Индикаторы. 10

Литература: 12

1. Дисперсные системы. Истинные растворы:

          Кристаллы любого вещества, например сахара или хлорида натрия,можно получить разного размера – крупные и мелкие. Каков бы ни был размеркристаллов, все они имеют одинаковую для данного вещества внутреннюю структуру– молекулярную или ионную кристаллическую решетку.

          При растворении в воде кристаллов сахара ихлорида натрия образуются соответственно молекулярные и ионные растворы. Такимобразом, одно и то же вещество может находиться в различной степенираздробленности: макроскопически видимые частицы (>0,2 мм, разрешающаяспособность глаза), микроскопически видимые частицы (от 0,2-0,1мм до 400-300нм,разрешающая способность микроскопа при освещении белым светом) и в молекулярном(или ионном) состоянии.

          Если толщина плёнок, поперечник волокон иличастиц (корпускул) меньше разрешающей способности оптического микроскопа то онине могут быть обнаружены с его помощью. Такие невидимые в оптический микроскопчастицы называют коллоидными, а раздробленное (диспергированное) состояниевеществ с размером частиц от 400-300нм до 1нм – коллоидным состояниемвещества.

          Дисперсные (раздробленные) системы являютсягетерогенными. Они состоят из сплошной непрерывной фазы – дисперсионнойсреды и находящихся в этой среде раздробленных частиц того или иногоразмера и формы – дисперсной фазы.

          Поскольку дисперсная (прерывная) фазанаходится в виде отдельных небольших частиц, то дисперсные системы, в отличиеот гетерогенных  со сплошными фазами, называют микрогетерогенными, аколлоиднодисперсные системы называют также ультрамикрогетерогенными, чтобыподчеркнуть, что в этих системах граница раздела фаз не может быть обнаружена всветовом микроскопе.

          Когда вещество находится в окружающей среде ввиде молекул или ионов, то такие растворы называют истинными, т.е. гомогеннымиоднофазными растворами.

          Обязательным условием получения дисперсныхсистем является взаимная нерастворимость диспергируемого вещества идисперсионной среды. Например, нельзя получить коллоидные растворы сахара илихлорида натрия в воде, но они могут быть получены в керосине или в бензоле, вкоторых эти вещества практически нерастворимы.

          Дисперсные системы классифицируют подисперсности, агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды,интенсивности взаимодействия между ними, отсутствию или образованию структур вдисперсных системах.

/> <td/> />
          Количественнойхарактеристикой дисперсности вещества является степень дисперсности (D) – величина, обратная размеру (а)дисперсных частиц:

          Здесь а равно либо диаметрусферических или волокнистых частиц, либо длине ребра кубических частиц, либотолщине плёнок.

          Степень дисперсности численно равна числучастиц, которые можно плотно уложить в ряд (или стопку плёнок) на протяженииодного сантиметра.

          Если все частицы дисперсной фазы имеютодинаковые размеры, то такие системы называют монодисперсными. Частицыдисперсной фазы неодинакового размера образуют полидисперсные системы.

/> <td/> />
          С повышениемдисперсности всё большее число атомов вещества находится в поверхностном слое,на границе раздела фаз, по сравнению с их числом внутри объёма частицдисперсной фазы. Соотношение между поверхностью и объёмом характеризуетудельная поверхность: Sуд=S/V,которая для частиц сферической формы равна/> <td/> />
а для частиц кубическойформы

где r  — радиус шара; d– его диаметр;l– длина ребра куба.

          Следовательно, с повышением дисперсностивещества всё большее значение имеют его свойства, определяемые поверхностнымиявлениями, т.е. совокупностью процессов, происходящих в межфазовой поверхности.Таким образом, своеобразие дисперсных систем определяется большой удельнойповерхностью дисперсной фазы и физико-химическим воздействием дисперсной средына границе раздела фаз.

          Многообразие дисперсных систем обусловленотем, что образующие их фазы могут находиться в любом из трёх агрегатныхсостояний (Ж, Г, Т).

          Дисперсные системы с газообразной дисперснойсредой называют аэрозолями. Туманы представляют собой аэрозоли сжидкой дисперсной фазой, а пыль и дым – аэрозоли с твёрдойдисперсной фазой; пыль образуется при диспергировании веществ, а дым – приконденсации летучих веществ.

          Пены – это дисперсия газа в жидкости,причем в пенах жидкость вырождается до тонких плёнок, разделяющих, разделяющихотдельные пузырьки газа. Эмульсиями называют дисперсные системы, вкоторых одна жидкость раздроблена в другой, не растворяющей её жидкость.Низкодисперсные системы твёрдых частиц в жидкостях, называют суспензиями, иливзвесями, а предельно-высокодисперсные – коллоидными растворами,или золями, часто лизолями, чтобы подчеркнуть, что дисперснойсредой является жидкость. Если дисперсной средой является вода, то такие золиназывают гидрозолями,  а если органическая жидкость – органозолями.

          Дисперсные системы могут быть свободнодисперснымии связнодисперсными в зависимости от отсутствия или наличиявзаимодействия между частицами дисперсной фазы. К свободнодисперсным системамотносятся аэрозоли, лиозоли, разбавленные суспензии и эмульсии. Они текучи. Вэтих системах частицы дисперсной фазы не имеют контактов, участвуют вбеспорядочном тепловом движении, свободно перемещаются под действием силытяжести. Связнодисперсные системы – твердообразны, они возникают при контактечастиц дисперсной фазы, приводящим к образованию структуры в виде каркаса илисетки. Такая структура ограничивает текучесть дисперсной системы и придаёт ейспособность сохранять форму. Подобные структурированные коллоидные системыназывают гелями. Переход золя в гель, происходящий в результатепонижения устойчивости золя, называют гелеобразованием (или желатинированием).Сильно вытянутая и плёночно-листочковая форма дисперсных частиц повышаетвероятность контакта между ними и благоприятствует образованию гелей при малойконцентрации дисперсной фазы. Порошки, концентрированные эмульсии и суспензии(пасты), пены – примеры связнодисперсных систем. Почва, образовавшаяся врезультате контакта и уплотнения дисперсных частиц почвенных минералов игумусовых (органических) веществ, также представляет собой связнодисперснуюсистему.

          Сплошную массу вещества могутпронизывать поры и капилляры, образующие капиллярнодисперсные системы. К нимотносятся, например, дерево, разнообразные мембраны идиафрагмы, кожа, бумага,картон, ткани.

/>2. Растворимостьтвёрдых веществ и жидкостей в жидкостях. Влияние природы веществ и температурына растворимость.

          Раствором называется твёрдая или жидкаягомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, относительныеколичества которых могут изменяться в широких пределах.

          Всякий раствор состоит из растворённых веществи растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределеныв виде молекул или ионов. Обычно растворителем считают тот компонент, который вчистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученныйраствор. Если же оба компонента до растворения находились в одинаковомагрегатном состоянии, то растворителем считается компонент, находящийся вбольшем количестве.

          Однородность растворов делает их оченьсходными с химическими соединениями. Выделение теплоты при растворениинекоторых веществ тоже указывает на химическое взаимодействие междурастворителем и растворяемым веществом. Отличие растворов от химическихсоединений состоит в том что, состав раствора может изменяться в широкихпределах. Кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства егоотдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения.Непостоянство состава растворов приближает их к механическим смесям, но отпоследних они резко отличаются своею однородностью. Таким образом, растворызанимают промежуточное положение между механическими смесями и химическимисоединениями.

          Растворимостью называется способность веществарастворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости вещества приданных условиях служит содержание его в насыщенном растворе. Поэтомучисленно  растворимость может быть выражена теми же способами, что и состав,например, процентным отношением массы растворённого вещества к массенасыщенного раствора или количеством растворённого вещества, содержащимся в 1 лнасыщенного раствора. Часто растворимость выражают также числом единиц массы безводноговещества, насыщающего при данных условиях 100 единиц массы растворителя; иногдавыраженную этим способом растворимость называют коэффициентом растворимости.

          Растворимость различных веществ в водеизменяется в широких пределах. Если в 100 г воды растворяется более 10 гвещества, то такое вещество принято называть хорошо растворимым; еслирастворяется менее 1 г вещества – малорастворимым и, наконец, практическинерастворимыми, если в раствор переходит менее 0,01 г вещества.

          Принципы, позволяющие предсказатьрастворимость вещества, пока не известны. Однако обычно вещества, состоящие изполярных молекул, и вещества с ионным типом связи лучше растворяются в полярныхрастворителях (вода, спирты, жидкий аммиак), а неполярные вещества – неполярныхрастворителях (бензол, сероуглерод).

          Растворение большинства твёрдых телсопровождается поглощением теплоты. Это объясняется затратой значительногоколичества энергии на разрушение кристаллической решётки твёрдого тела, чтообычно не полностью компенсируется энергией, выделяющейся при образованиигидратов (сольватов). Прилагая принцип Ле Шателье к равновесию между веществомв кристаллическом состоянии и его насыщенным раствором

/>Кристалл + Растворитель     Насыщенный раствор ± Q

приходим к выводу, что в тех случаях, когда веществорастворяется с поглощением энергии, повышение температуры должно приводить кувеличению его растворимости. Если же, однако, энергия гидратации достаточновелика, чтобы образование раствора сопровождалось выделением энергии,растворимость с ростом температуры понижается. Это происходит, например, прирастворении в воде многих солей лития, магния, алюминия.

          При растворении твёрдых тел в воде объём системыобычно изменяется незначительно. Поэтому растворимость веществ, находящихся втвёрдом состоянии, практически не зависит от давления.

          Жидкости также могут растворяться в жидкостях.Некоторые из них неограниченно растворимы одна в другой, т.е. смешиваются другс другом в любых пропорциях, как, например, спирт и вода, другие – взаимнорастворяются лишь до известного предела. Так если взболтать диэтиловый эфир сводой, то образуется два слоя: верхний представляет собой насыщенный растворводы в эфире, а нижний – насыщенный раствор эфира в воде. В большинствеподобных случаев с повышением температуры взаимная растворимость жидкостейувеличивается до тех пор, пока не будет достигнута температура, при которой обежидкости смешиваются любых пропорциях.

          Температура, при которой ограниченная взаимнаярастворимость жидкостей переходит в неограниченную, называется критическойтемпературой растворения.

          Как и в случае растворения твёрдых тел, взаимноерастворение жидкостей обычно не сопровождается значительным изменением объёма.Поэтому взаимная растворимость жидкостей мало зависит от давления и заметновозрастает лишь при очень высоких давлениях (порядка тысяч атмосфер).

/> <td/> />
          Если в систему, состоящую из двух несмешивающихся жидкостей, ввеститретье вещество, способное растворяться в каждой из этих жидкостей, торастворённое вещество будет распределяться между обеими жидкостямипропорционально своей растворимости в каждой из них. Отсюда вытекает законраспределения, согласно которому вещество, способное растворяться вдвух несмешивающихся растворителях, распределяется между ними так, чтоотношение его концентраций в этих растворителях при постоянной температуреостаётся постоянным, независимо от общего количества растворённого вещества:

          Здесь С1 и С2 –концентрации растворённого вещества в первом и втором растворителях; К – такназываемый коэффициент распределения.

/>3. Способы выраженияконцентрации растворов: массовая – С%, молярная – См и нормальная(эквивалентная) – Сн.

·    Массовая доля – отношение (обычно – процентное) массырастворённого вещества к массе раствора. Например, 15% (масс.) водный растворхлорида натрия – это такой раствор в 100 единицах массы которого содержится 15единиц массы NaCl и 85 единиц массы воды.

·    Молярная концентрация, или молярность – отношениеколичества растворённого вещества к объёму раствора. Обычно молярностьобозначается СМ<sub/>или (после численного значениямолярности) М. Так, 2М H2SO4 означает раствор, в каждом литре которого содержится2 моля серной кислоты, т.е. СМ=2моль/л.

·    Эквивалентная, или нормальная концентрация –отношение числа эквивалентов растворённого вещества к объёму раствора.Концентрация, выраженная этим способом, обозначается СНили(после численного значения нормальности) буквой н. Так 2н H2SO4 означаетраствор, в каждом литре которого содержится 2 эквивалента серной кислоты, т.е. СН(1/2H2SO4)=2моль/л.

/>4. Растворыэлектролитов. Электролитическая диссоциация кислот, оснований, солей.Ступенчатая диссоциация.

          Водные растворы солей, кислот и основанийобладают особенностью – они проводят электрический ток. При этом большинствотвёрдых солей и оснований в безводном состоянии, а также безводные кислотыобладают очень слабой электрической проводимостью: плохо проводит электрическийток и вода. Очевидно что при образовании растворов подобные веществапретерпевают какие-то изменения, обуславливающие возникновение высокойэлектрической проводимости. Эти изменения заключаются в диссоциациисоответствующих веществ на ионы, которые и служат переносчиками электрическоготока.

          Вещества проводящие электрический ток своимиионами, называются электролитами. При растворении в воде и в ряденеводных растворителей свойства электролитов проявляют соли, кислоты иоснования. Электролитами являются также многие расплавленные соли, оксиды игидроксиды, некоторые соли и оксиды в твёрдом состоянии.

Кислоты.

При диссоциации любой кислоты образуются ионы водорода.Поэтому все свойства, которые являются общими для водных растворов кислот, объясняютсяприсутствием гидратированных ионов водорода. Это они вызывают красный цветлакмуса, сообщают кислотам кислый вкус и т.д. С устранением ионов водорода,например при нейтрализации, исчезают и кислотные свойства. Поэтому теорияэлектролитической диссоциации определяет кислоты как электролиты,диссоциирующие в растворах с образованием ионов водорода. У сильных кислот,диссоциирующих нацело, свойства кислот проявляются в большей степени, у слабыхв меньшей. Чем лучше кислота диссоциирует, тем она сильнее.

Основания.

Поскольку общим для всех растворов оснований являетсяприсутствие в них гидроксид-ионов, то ясно, что носителем основных свойствявляется гидроксид-ион. Поэтому с точки зрения теории электролитическойдиссоциации основания – это электролиты, диссоциирующие в растворах сотщеплением гидроксид-ионов.

          Сила оснований, как и сила кислот, зависит отвеличины константы диссоциации.Чем больше константа диссоциации данногооснования, тем оно сильнее.

Соли.

Соли можно определить как электролиты, которые прирастворении в воде диссоциируют, отщепляя положительные ионы, отличные от ионовводорода, и отрицательные ионы, отличные от гидроксид-ионов. Таких ионов,которые были бы общими для водных растворов всех солей, нет; поэтому соли и необладают общими свойствами. Как правило, соли хорошо диссоциируют, и тем лучше,чем меньше заряды ионов, образующих соль.

          При растворении кислых солей в раствореобразуются катионы металла, сложные анионы кислотного остатка, а также ионы,являющиеся продуктами диссоциации этого сложного кислотного остатка, в томчисле ионы Н+.

          При диссоциации основных солейобразуются анионы кислоты и сложные катионы, состоящие из металла игидроксогрупп. Эти сложные катионы также способны к диссоциации. Поэтому врастворе основной соли присутствуют ионы ОН-.

          К равновесию, которое устанавливается врастворе слабого электролита между молекулами и ионами, можно применить законыхимического равновесия. Константа равновесия, отвечающая диссоциации слабогоэлектролита, называется константой диссоциации. Величина Кзависит от природы электролита и растворителя, а также от температуры, но независит от С раствора. Она характеризует способность даннойкислоты или данного основания распадаться на ионы: чем выше К,тем легче электролит диссоциирует.

          Многоосновные кислоты, а также основания двух- иболее валентных металлов диссоциируют ступенчато. В растворах этих веществустанавливаются сложные равновесия, в которых участвуют ионы различного заряда.

          Первое равновесие – диссоциация по первойступени – характеризуется константой диссоциации, обозначаемой К1,а второе — диссоциация по второй ступени – константой диссоциации К2.ВеличиныК, К1иК2 связаныдруг с другом соотношением

К= К1К2

          При ступенчатой диссоциации веществ распад попоследующей ступени всегда происходит в меньшей степени, чем по предыдущей.Соблюдается неравенство:

К1>К2>К3…

          Это объясняется тем, что энергия, которую нужнозатратить для отрыва иона, минимальна при отрыве его от нейтральной молекулы истановится больше при диссоциации по каждой следующей ступени.

/>5. Классификацияэлектролитов. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты.

          Если бы электролиты полностью диссоциировали наионы, то осмотическое давление (и другие пропорциональные ему величины) всегдабыло бы в целое число раз больше значений, наблюдаемых в растворахнеэлектролитов. Но ещё Вант-Гофф установил, что коэффициент i выражается дробнымичислами, которые с разбавлением раствора возрастают, приближаясь к целым числам.

          Аррениус объяснил этот факт тем, что лишь частьэлектролита диссоциирует в растворе на ионы, и ввёл понятие степенидиссоциации. Степенью диссоциации электролита называется отношениечисла его молекул, распавшихся в данном растворе на ионы, к общему числу егомолекул в растворе.

          Позже было установлено что электролиты можноразделить на две группы: сильные и слабые электролиты. Сильные электролиты вводных растворах диссоциированны практически нацело. Понятие степенидиссоциации к ним по существу неприменимо, а отклонение изотоническогокоэффициента i от целочисленных значенийобъясняется другими причинами. Слабые электролиты в водных растворахдиссоциируют только частично. Поэтому число ионов в растворах сильныхэлектролитов больше, чем в растворах слабых той же концентрации. И если врастворах слабых электролитов С ионов мала, расстояние между ними великии взаимодействие ионов друг с другом незначительно, то в не очень разбавленныхрастворах сильных электролитов среднее расстояние между ионами вследствиезначительной концентрации сравнительно мало. В таких растворах ионы не вполнесвободны, движение их стеснено взаимным притяжением друг к другу. Благодаряэтому притяжению каждый ион как бы окружен шарообразным роем противоположнозаряженных ионов, получившим название «ионной атмосферы».

          К сильным электролитам принадлежат все соли; изважнейших кислот и оснований к ним относятся HNO3,H2SO4, HClO4,HCl, HBr, HI,KOH, NaOH, Ba(OH)2, и Ca(OH)2.

          К слабым электролитам относятся большинствоорганических кислот, а из важнейших неорганических соединений к ним принадлежатH2CO3, H2S, HCN,H2SiO3 и NH4OH.

          Степень диссоциации принято обозначать греческойбуквой a и выражать либо в доляхединицы, либо в процентах.

/>6. Реакции обмена врастворах электролитов и условия их протекания. Ионные уравнения.

/>
/>          При нейтрализации любой сильной кислоты любым сильнымоснованием на каждый моль образующейся воды выделяется около 57,6 кДж теплоты.Это говорит о том, что подобные реакции сводятся к одному процессу. Еслиперепишем уравнение, записывая сильные электролиты в ионной форме, посколькуони существуют в растворе в виде ионов, а слабые – в молекулярной, посколькуони находятся в растворе преимущественно в виде молекул.

/> <td/> />
          Рассматривая получившееся уравнение, видим, что в ходе реакции ионы Na+ и Cl-  непретерпели изменений. Поэтому перепишем уравнение ещё раз, исключив эти ионы изобеих частей уравнения. Получим:

          Таким образом, реакции нейтрализации любойсильной кислоты любым сильным основанием сводится к одному и тому же процессу –к образованию молекул воды из ионов водорода и гидроксид-ионов. Ясно, чтотепловые эффекты этих реакций тоже должны быть одинаковы.

          Строго говоря, реакция образования воды из ионовобратима, что можно выразить уравнением:

/> <td/> />
          Вода — очень слабый электролит и диссоциирует лишь в ничтожно малойстепени. Равновесие между молекулами воды и ионами сильно смещено в сторонуобразования молекул. Поэтому практически реакция нейтрализации сильной кислотысильным основанием протекает до конца

/>
          При смешивании раствора какой-либо соли серебра с соляной кислотойили с раствором любой её соли всегда образуется характерный белый творожистыйосадок хлорида серебра:

/>
          Подобные реакции также сводятся к одному процессу. Для того чтобыполучить его ионно-молекулярное уравнение, перепишем уравнение первой реакции,записывая сильные электролиты в ионной форме а вещество, находящееся в осадке,в молекулярной:

/>
          Как видно, ионы Н+ и NО3-не претерпевают изменений в ходе реакции. Поэтому исключим их и перепишемуравнение ещё раз:

          Это и есть ионно-молекулярное уравнениерассматриваемого процесса.

/> <td/> />
          Здесь также надо иметь в виду, что осадок хлорида серебра находится вравновесии с ионами Ag+ и Cl-в растворе, так что процесс, выраженный последним уравнением обратим:

          Однако, вследствие малой растворимости хлоридасеребра, это равновесие очень сильно смещено вправо. Поэтому можно считать, чтореакция образования AgCl из ионов практически доходитдо конца.

          Для составления ионно-молекулярных уравненийнеобходимо знать, какие соли растворимы в воде и какие практическинерастворимы.

          Ионно-молекулярные уравнения помогают понятьособенности протекания реакций между электролитами.

/>7. Ионное произведениеводы. Водородный показатель рН растворов. Индикаторы.

          Чистая вода очень плохо проводит электрическийток, но всё же обладает измеримой электрической проводимостью, котораяобъясняется небольшой диссоциацией воды на ионы водорода и гидроксид-ионы. Дляводы и разбавленных водных растворов при неизменной температуре произведениеконцентраций ионов водорода и гидросид-ионов есть величина постоянная. Этапостоянная величина называется ионным произведением воды. Растворы,в которых концентрация ионов водорода и гидроксид-ионов одинаковы, называютсянейтральными растворами.

          Если концентрация ионов водорода в водномрастворе известна, то тем самым определена и концентрация гидроксид-ионов.Поэтому как степень кислотности, так и степень щёлочности раствора можноколичественно охарактеризовать концентрацией ионов водорода. Кислотность ищелочность раствора можно выразить другим, более удобным способом: вместоконцентрации ионов водорода указывают её десятичный логарифм, взятый с обратнымзнаком. Эта величина называется водородным показателем и обозначаетсячерез рН:

рН=-lg[H+]

          Для измерения рН существуют различныеметоды. Приближённо реакцию раствора можно определить с помощью специальныхреактивов, называемых индикаторами, окраска которых меняется взависимости от концентрации ионов водорода. Наиболее распространённый индикатор– метиловый оранжевый, метиловый красный, фенолфтолеин.

/>Литература:

1. Глинка Н.Л.

          Общая химия: — Л.: Химия 1985.-704с.

          Под ред. В.А. Рабиновича.

2. Фролов В.В.

          Химия: — М.: Высш. Шк., 1986.- 543с.