- •Конспект лекций*
- •Ведущий лектор:
- •1.1. Строение атома и периодическая система д.И. Менделеева.
- •2. Основные сведения по теории строения атома.
- •Экспериментально квантование энергии атомов обнаруживаегся в их
- •3. Квантово-механическая модель атома водорода.
- •4. Характеристика состояния электрона в атоме системой квантовых чисел. Атомные орбитали.
- •5. Принципы формирования электронной структуры атомов.
- •Соответственно принципу минимальной энергии и правилам Клечковского заполнение энергетических подуровней происходит в следующем порядке :
- •6. Периодическая система д.И. Менделеева как естественная классификация элементов по электронному строению.
- •6.1. Периодическая система д.И. Менделеева и электронная структура.
- •6.2. Структура периодической системы химических элементов.
- •Лекция 2. Химическая связь
- •1. Основные типы и характеристики химической связи
- •Энергия химической связи (кДж/моль) - это количество энергии, выделяющееся при образовании химической связи или затрачиваемое на ее разрыв.
- •2. Ионная связь
- •Метод валентных связей рассматривает молекулу как систему из суммы отдельных связей. Такое представление не характеризует химическую реакционную способность молекул с большим числом связей.
- •Сигма - связь (-) -это связь, образованная перекрыванием атомных орбиталей по линии, соединяющей ядра взаимодействующих атомов.
- •Например, вследствие sp- гибридизации орбиталей атома углерода многие соединения (сн4, cCl4) имеют форму тетраэдра:
- •4. Металлическая связь
- •5. Основные виды межмолекулярного взаимодействия.
- •6. Донорно-акцепторное взаимодействие
- •7. Водородная связь.
- •Раздел 2. Основные закономерности протекания химических процессов.
- •1.Основные понятия термодинамики.
- •2. Внутренняя энергия и энтальпия системы. Первый закон термодинамики. Тепловой эффект химической реакции.
- •3. Факторы, определяющие глубину и направленность химических реакций. Понятие об энтропии и энергии Гиббса. Второй и третий законы термодинамики.
- •При нормальных температурах и незначительном изменении s:
- •4. Термодинамические представления о равновесном состоянии.
- •Химическая кинетика
- •Химическое и адсорбционное равновесие
- •Лекция 5. Растворы.
- •3. Водные растворы электролитов. Теории кислот и оснований. Сильные и слабые электролиты. Активность. Свойства растворов электролитов.
- •4. Ионные реакции в растворах. Условия одностороннего протекания реакций обмена.
- •5. Произведение растворимости. Механизм накипеобразования.
- •Осадок кристаллизация раствор
- •6. Водородный показатель среды, его роль в технологических операциях на флоте. Гидролиз солей.
- •Лекция 6. Электрохимические процессы
- •1. Понятие об электродном потенциале
- •Потенциал, устанавливающийся в условиях равновесия электродной реакции, называется равновесным электродным потенциалом.
- •2. Гальванические элементы
- •3. Стандартный водородный электрод и водородная шкала потенциалов
- •Пример 2 Уравнение
- •Электролиз. Законы фарадея
- •1) Катионы металлов со стандартным электродным потенциалом, большим, чем у водорода, почти полностью восстанавливаются на катоде и выделяются в виде металла.
- •2. Химическая и электрохимическая коррозия. Виды коррозии, встречающиеся в судовой практике.
- •Коллоидные растворы.
- •Общие свойства металлов
- •Разбавленная азотная кислота восстанавливается малоактивными
- •Алканы.
- •Непредельные углеводороды.
- •Нафтены ( циклопарафины ).
- •Ароматические углеводороды.
- •Список рекомендуемой литературы
Коллоидные растворы.
Коллоидные растворы (или золи) занимают по размерам частиц (от 1 до 100 нм) промежуточное положение между грубодисперсными системами (суспензиями) и истинными растворами.
Одним из важнейших свойств коллоидных растворов является то, что их частицы несут электрические заряды. В любом устойчивом коллоидном растворе заряды частиц имеют одинаковый знак. Благодаря этому частицы не объединяются, не слипаются и не осаждаются. Возникновение заряда на частице объясняется адсорбцией поверхностью частицы ионов из раствора.
Знак заряда и его величина зависит от способа получения коллоидного раствора, концентрации ионов, температуры, природы растворителя и других фактов. Например, при реакции
АgNОз + NаС1 = АgС1↓ + NаNОз
образуются микрокристаллы хлорида серебра, которые составят ядро коллоидной частицы (АgС1)m. Ядро адсорбирует из окружающей среды те ионы, которые входят в состав ядра и имеются в растворе в избытке. Допустим, что в нашем примере в избытке взят АgNOз. Тогда ядро (АgС1)m адсорбирует ионы Аg+ (как зарядообразующие ионы), и агрегаты хлорида серебра приобретают положительный заряд. Наличие одноименных зарядов на агрегатах (АgС1)m nАg препятствуют их объединению, росту и осаждению. Адсорбированные ядром ионы называют ионами адсорбированного слоя n(Аg+).
Ядро с адсорбированными ионами притягивает из окружающего раствора ионы противоположного заряда (те, которые имеются в растворе в значительном количестве, в данном случае это ионы NO3-), и возникает адсорбционный слой (n-х)NО3- противоионов. Такая система, состоящая из ядра с адсорбированными ионами и противоионами, называется коллоидной частицей или гранулой. В ее состав входит также и вода, т.к. зарядообразующие ионы и противоионы гидратированы.
[(AgCl)m * nAg+ * (n-x) NO3- * y(H2O)]x+
Знак заряда определяется зарядом ионов, адсорбированных ядром. Таким образом, в состав коллоидной частицы входит только часть (n-х) имеющихся в системе противоионов. Их называют связанными.
Вокруг гранулы располагается диффузный слой противоионов, концентрация ионов в котором убывает по мере удаления от гранулы. Образование, состоящее из гранулы с противоионами диффузного слоя, называется мицеллой. Схематически мицелла хлорида серебра, находящаяся
в растворе нитрата серебра, будет иметь вид:
{[(АgСl)m * nАg+ (n - х)NO3- * уН2O]x+* хNO3- * zH2O}0 (1)
Мицелла же хлорида серебра, находящегося в избытке раствора NаСI:
{[(AgСl)m * nCl- (n - х)Na+* уН2O]x-* хNa+* zH2O}0
Процесс перемещения частиц коллоидного раствора в электрическом поле называется электрофорезом.
Если заряд коллоидной частицы уменьшить до некоторого минимума, то устойчивость коллоидного раствора нарушится, произойдет слипание и соединение частиц в более крупные агрегаты (этот процесс называется коагуляцией) и их осаждение (седиментация).
Коагуляцию коллоидного раствора можно вызвать:
1) прибавлением к нему электролита, уменьшающего заряд коллоидной частицы вследствие вхождения дополнительных противоионов в адсорбционный слой;
2) прибавлением другого коллоидного раствора с частицами противоположного заряда, вследствие чего нейтрализуются заряды гранул и происходит взаимная коагуляция растворов;
3) нагреванием, которое уменьшает адсорбцию ионов коллоидными частицами, что также приводит к коагуляции.
Процесс, обратный коагуляции, называется пептизацией. Он имеет место при промывании осадков воды. При этом ионы электролита - коагулятора вымываются, частицы осадка снова приобретают заряд и переходят в коллоидный раствор. Например, если в рассматриваемый нами золь хлорида серебра, содержащий мицеллы (1) добавить KNОз, то ионов NО3- становится в избытке, они проникают в адсорбционный слой, понижают заряд гранулы и приводят к коагуляции коллоидных частиц. Вымывая избыток КNОз, можно вызвать его пептизацию.
Коллоидные растворы обладают оптическими свойствами (эффект Тиндаля), вызываемыми рассеянием света частицами коллоидных систем, и электрическими (электрофорез и электроосмос), обусловленными наличием заряда у коллоидной частицы.
Коллоидная химия служит научной основой важнейших технологических процессов (технология строительных материалов и керамических производств; технология переработки полимеров и лакокрасочных защитных покрытий; процессы шлифовки и полировки; процессы обогащения полезных ископаемых и производства бумаги; почти все области пищевой промышленности и др.). Коллоидные растворы также находят широкое применение в теплоэнергетической практике (для электрогазоочистки и в процессе водоподготовки на морских судах).