26 Билет

Ио́нное произведе́ние воды́ — произведение концентраций ионов водорода Н⁺ и ионов гидроксила OH⁻ в воде или в водных растворах, константа автопротолиза воды.

Вода, хотя и является слабым электролитом, в небольшой степени диссоциирует:

H₂O + H₂O ↔ H₃O⁺ + OH⁻

или

H₂O ↔ H⁺ + OH⁻

Равновесие этой реакции сильно смещено влево. Константу диссоциации воды можно вычислить по формуле:

,

(1)

где:

• [H⁺] — концентрация ионов гидроксония (протонов);

• [OH⁻] — концентрация гидроксид-ионов;

• [H₂O] — концентрация воды (в молекулярной форме) в воде;

Водоро́дный показа́тель, pH (произносится «пэ аш», английское произношение англ. pH — piː'eɪtʃ «Пи эйч») — мера активности (в очень разбавленных растворах она эквивалентнаконцентрации) ионов водорода в растворе, и количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифмактивности водородных ионов, выраженной в молях на литр:

 В. п. служит количественной характеристикой кислотности растворов, которая оказывает существенное влияние на направление и скорость многих химических и биохимических процессов. При обычных температурах (точнее, при 22 °С) pH = 7 для нейтральных, pH < 7 для кислых и pH > 7 для щелочных растворов. Точное измерение и регулирование pH необходимо как при лабораторных химических и биохимических исследованиях, так и в многочисленных промышленных технологических процессах, а также при оценке свойств почвы и проведении мероприятий по повышению её плодородия.

27 Билет

При образовании насыщенного водного раствора малорастворимой соли в воде между твердой солью и перешедшими в раствор ионами устанавливается равновесие, например: CaSO₄ ↔ Ca²⁺ + SO₄^2-

Константа равновесия для этого процесса:

Знаменатель дроби – концентрация твердого вещества – постоянная величина, разделив на нее обе части уравнения, получаем:

В насыщенном растворе слабого электролита произведение концентраций его ионов при данной температуре величина постоянная, называемая произведением растворимости (ПР) данного электролита.

Если электролит дает при диссоциации несколько одинаковых ионов, то их концентрации возводятся в это число.

Например: PbI₂ ↔ Pb²⁺ + 2I^-

Произведение растворимости для сильного электролита требует учета электростатического взаимодействия между находящимися в растворе ионами. Это взаимодействие учитывается введением в формулу для коэффициентов активности i.

28 Билет

В растворах сахара или хлорида натрия растворенное вещество раздроблено до размеров молекул или ионов, составляющих с другими компонентами системы одну фазу. Такие растворы называют истинными, а также молекулярными или ионными.

Однако наряду с истинными, существуют растворы, в которых частицы растворенного вещества слагаются из многих атомов и ионов и образуют свою фазу. Их называют дисперсными системами. Дисперсные системы состоят из дисперсионной среды и находящихся в ней частиц дисперсной фазы.

По размерам частиц дисперсной фазы различают следующие дисперсные системы (размеры частиц измеряют в мм или микрометрах, 1 мкм = 10^-6 м): грубодисперсные, предельно-высокодисперсные, молекулярные и ионные (см. таблицу 8).

Таблица 8. Классификация дисперсных систем по степени раздробленности частиц дисперсной фазы

Системы	M Раздробленн-ость вещества	Поперечник частиц, см	Число атомов в одной частице
Грубодисперсные	Макроскопи-ческая	1-10^-2	›10^18
	Микроскопи-ческая	10^-2-10^-3	›10^9
Предельно- высокодисперсные	Коллоидная	10^-5-10^-7	10^9-10^3
Молекулярные и ионные	Молекулярная и ионная	10^-7-10^-8	‹ 10^3

По агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды различают следующие дисперсные системы (табл.9):

Таблица 9. Классификация дисперсных систем по агрегатным состояниям дисперсной фазы и дисперсионной среды

Дисперсионная среда	Дисперсная фаза
	Твердая	Жидкая	Газообразная
Жидкая	Золи, суспензии, гели, пасты	Эмульсии	Газовые эмульсии, пены
Твердая	Твердые золи, сплавы	Твердые эмульсии	Твердые пены
Газообразная	Дым, пыль	Туманы	Отсутствуют

Аэрозоли представляют собой системы с газообразной дисперсионной сре­дой. Они делятся на туманы — аэрозоли с жидкой дисперсной фазой, пыли и дымы — аэрозоли с твердой дисперсной фазой (пыли образуются при измельчении твердых веществ, а дымы при конденсации твердых веществ из газовой фазы).

Дисперсии в жидкой среде делятся на пены (дисперсная фаза газ), эмульсии (дисперсная фаза жидкость), суспензии или взвеси (грубодисперсные системы твердых частиц в жидкостях) и коллоидные растворы или золи (тонкодисперсные системы твердых частиц в жидкостях).

Слово «золь» произошло от латинского слова (solutio), обозначающего раствор.

Дисперсии в твердых телах представляют собой системы с твердой дисперсионной средой. К ним относятся твердые пены (дисперсная фаза газ, например, пенобетоны, пенопласт, хлеб и т.п.), твердые эмульсии (дисперсная фаза жидкость, например, жемчуг, где в твердом карбонате кальция диспергирована вода), а также системы типа твердое в твердом: например, рубиновое стекло, в котором в силикатном стекле находятся частички золота размером 4-30 мкм.

В зависимости от того, одинаковы или нет размеры частиц, различают соответственно монодисперсные и полидисперсные системы. Подавляющее большинство реальных систем полидисперсны.

Дисперсные системы подразделяют также по характеру взаимодействия между частицами дисперсной фазы на свободнодисперсные и связаннодисперсные.

Свободнодисперсные системы - дисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы свободны и могут независимо друг от друга перемещаться в дисперсионной среде. Такие системы обладают текучестью.

Примеры: золи, суспензии, аэрозоли…

Связаннодисперсные (структурированные) системы - дисперсные системы, в которых частицы связаны между собой межмолекулярными силами, образуя трехмерную пространственную структуру.

Примеры: гели, студни…

Получение дисперсных систем

Гетерогенные дисперсные системы, в том числе и золи, могут быть полу­чены:

1. Диспергированием, т.е. измельчением крупных тел

2. Конденсацией молекул или ионов из растворов.

Диспергирование осуществляется посредством ударов, давления, трения, воздействия ультразвуком, электрораспыления и др. Диспергирование приводит к увеличению поверхности частиц, которое можно оценить с помощью так называемой удельной поверхности.

Удельная поверхность – отношение поверхности частиц диспесной фазы (S) к их массе (m):

S_уд. = S/m [м²/кг, м²/г]

Чем мельче частицы дисперсной фазы, тем больше их удельная поверхность.

Полная поверхностная энергия дисперсной системы:

G = σ∙S

σ (сигма) – поверхностное натяжение дисперсной фазы (работа увеличения поверхности на 1 м²), [Дж/м²];

S – поверхность частиц дисперсной фазы, м².

Таким образом работа диспергирования затрачивается на увеличение частиц дисперсной фазы и тем больше, чем больше удельная поверхность и поверхностное натяжение материала дисперсной фазы.

Рис. 11. Коллоидная мельница для получения частиц дисперсной фазы путем механического диспергирования

Эффект Ребиндера

Петр Александрович Ребиндер (1898-1972) в 20-х годах прошлого века обнаружил, что так называемые адсорбционно-активные вещества способны адсорбироваться на поверхности твердых тел и резко снижать их поверхностностное натяжение. При этом снижается работа диспергирования, следовательно тела измельчаются легче.

29билет Электрофорез (от электро- и греч. φορέω — переносить) — это электрокинетическое явление перемещения частиц дисперсной фазы (коллоидных или белковых растворов) в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля. Впервые было открыто профессорами Московского университета П. И. Страховым и Ф. Ф. Рейссом в 1809 году.

С помощью электрофореза удаётся покрывать мелкими частицами поверхность, обеспечивая глубокое проникновение в углубления и поры. Различают две разновидности электрофореза: катафорез — когда обрабатываемая поверхность имеет отрицательный электрический заряд (то есть подключена к отрицательному контакту источника тока) ианафорез — когда заряд поверхности положительный.

Электрофорез применяют в физиотерапии, для окраски автомобилей, в химической промышленности, для осаждения дымов и туманов, для изучения состава растворов и др. Электрофорез является одним из наиболее важных методов для разделения и анализа компонентов веществ в химии, биохимии и молекулярной биологии.

Электроосмос — это движение жидкости через капилляры или пористые диафрагмы при наложении внешнего электрического поля. Электроосмос — одно из основных электрокинетических явлений.

Явление электроосмоса впервые было открыто в Москве в 1807 году профессором Московского университета Φ. Φ. Рейссом. В 1809 году, в Записках Московского общества испытателей природы (Memoires de la Societe Imperiale des Naturalistes de Moscou, Москва, 1809, т. И, стр. 327—337.) была опубликована его работа «О новом действии гальванического электричества», в которой он подробно описал опыты, приведшие его к открытию нового, до того времени не известного явления.

Электроосмос используют для удаления избыточной влаги из почв при прокладке транспортных магистралей и гидротехническом строительстве, для сушки торфа, а также для очистки воды, технических жидкостей и др.

Явление электроосмоса используется в физиологических экспериментах для введения веществ через микроэлектрод внутрь отдельной клетки^[1].

Практическое применение. Электроосмос используют для обезвоживания пористых тел - при осушке стен зданий, сыпучих материалов и т. п., а также для пропитки материалов. Все шире применяют электроосмотич. фильтрование, сочетающее фильтрование под действием приложенногодавления и электроосмотич. перенос жидкости в электрич. поле. Использование электрофореза связано с нанесением покрытий на детали сложной конфигурации, для покрытия катодов электроламп, полупроводниковых деталей, нагревателей и т. п. Этот метод применяется также для фракционирования полимеров, минеральных дисперсий, для извлечения белков, нуклеиновых к-т. Лекарств, электрофорез - метод введения ворганизм через кожу или слизистые оболочки разл. лек. средств. Эффект возникновения потенциала течения используется для преобразования мех. энергии в электрическую в датчиках давления.

Мицеллы (уменьшительное от лат. mica — частица, крупинка) — частицы в коллоидных системах, состоят из нерастворимого в данной среде ядра очень малого размера, окруженного стабилизирующей оболочкой адсорбированныхионов и молекул растворителя. Например, мицелла сульфида мышьяка имеет строение:

{(As₂S₃)_m•nHS⁻•(n-x)H⁺}^x-•хН⁺

Средний размер мицелл от 10⁻⁵ до 10⁻⁷см.

К мицеллам относят также частицы в растворах поверхностно-активных веществ (ПАВ), называемых лиофильными коллоидами. Например, мицеллы додецилсульфата в воде. В лиофильных золях мицелла представляет собой ассоциат молекул (агрегаты, состоящие из десятка и сотен амфильных молекул). В каждой молекуле длинный гидрофобный радикал связан с полярной (гидрофильной) группой.