35.Как явления сорбции связаны с минеральным питанием растений?

Явление адсорбции обуславливает процесс минерального питания растений ( процесс поглощения ионов из окружающей среды, их усвоение корнями)

27. Опишите виды ионной адсорбции:

а)Эквивалентная адсорбция: происходит из растворов слабых электролитов , адсорбируются и катионы и анионы, знак заряда поверхности и велич. поверх-ти адсорбента не изменяется.

б) обменная адсорбция- происходит из растворов сильных электролитов, ионы одного знака заряда обменно(?)

сорбир. на поверх. адсорбента, при этом десорбир. ионы того же знака заряда. Знак и величина заряда поверх. не измен.

Если в обмен адсорб.участв. Н и ОН адсорбция гидролитическая(?)

В) специфическая (избирательная)- .адсорбир.только ионы одного вида,кот. Сообщают пов-ти свой знак и обуслов.велич. заряда (?)

28. Гидролитическая адсорбция-адсорбция, в которой участвуют ионы H⁺ и OH^-

29. Адсорбционная активность зависит от

А)ст.ок.ионов адс.актив ↑ с ↑ст.ок.ионов

Б)массы: адс.актив ↑ с ↑М

"30. Лиотропный ряд для одновалент.катионов

"31. Ур-е Никольского

-ст.ок.ионов

-конц.ионов

Адсорб.ионов

-конст.ионообм.равн. опред при с₁=с₂(?)

"32.а)Аниониты-выделяют ОН^- ионы, поверхность заряжена «+», поглощ. Анионы

б)катиониты-выделяют ионы Н⁺, их пов-ть заряж.отрицательно, обменно поглощ. катионы.

"33.Для чего применяют катиониты и аниониты? Катиониты и аниониты восстанавливают

Катиониты:+HCl,+H₂SO₄(5%) Аниониты:+NaOH, +KOH(5%)

Тема №6

1)Коллоидная химия изучает физико-химические свойства гетерогенных высокодисперсных систем и высокомолекулярных соединений.

классификация дисперсных систем по:

а) агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды:

-Твердая фаза, твердая дисперсионная среда: драгоценные камни, твердые стекла;

-Твердая фаза, дисперсионная среда жидкая: золи,  ил,взвесь,паста; почвенные коллоиды;

-Твердая дисперсная фаза, газообразная дисперсионная среда: Космическая, Цементная пыль, дым, смог;

-Жидкая дисперсная фаза, твердая дисперсионная среда: жемчуг;

-Жидкая фаза, жидкая среда: теплое молоко, эмульсии;

-Жидкая фаза, газообразная среда: жидкие пены;

-Газообразная фаза, твердая среда: твердые пены, пемза, пенопласт, лава;

-Газообразная фаза, жидкая среда: аэрозоль;

-Газообразная фаза, газообразная среда: гомогенные системы.

б) размерам частиц дисперсной фазы:

-Если размер дисперсной фазы более 100нм(10^-7м)- грубодисперсные системы ( суспензии, эмульсии) они не переходят через бумажный фильтр, рассеивают свет в результате преломления и отражения, неустойчивы, их частицы видны в обычный микроскоп.

-Размер частиц 1нм <a< 100нм (10^-9<а<10^-7м)- коллоиды( коллоидные растворы, золи). Фильтруются через бумажные фильтры, не проходит через биомембраны(пергамент), дают конус Тиндаля, относительно устойчивы (устойчивость увеличивается в присутствии электролитов- стабилизаторов), обнаруживаются ультрамикроскопе.

---Истинные растворы- размер частиц <1нм(10^-9м), фильтруются через биомембраны, оптически пусты, устойчивы, не обнаруживаются ультрамикроскоп (раствор NaCl в воде, строительное стекло, газовые растворы(смеси)).

в) степени взаимодействия частиц дисперсной фазы и дисперсной среды: Условия взаимодействия между частицами дисперсионной среды и дисперсной фазы: если взаимодействие среды и фазы сильно выражено и молекулы веществ дисперсионной среды образуют оболочки из молекул вещества дисперсионной среды, говорят о лиофильной системе: белки в H2O, гидратные системы;

Если взаимодействие между дисперсионной средой и дисперсной фазой отсутствует говорят о лиофобных(гидрофобных) системах: почвенные коллоиды, эмульсии, пены.

2)Методы получения коллоидов: так как коллоидные системы имеют размеры частицы дисперсной фазы от 1 до 100 нанометров, их можно получать методами конденсации из истинных растворов и методами диспергирования из грубых дисперсий. Еще одним необходимым для получения золей условием, помимо доведения размеров частиц до коллоидных, является наличие в системе стабилизаторов – веществ, препятствующих процессу самопроизвольного укрупнения коллоидных частиц.

Дисперсионные методы основаны на раздроблении твердых тел до частиц коллоидного размера и образовании таким образом коллоидных растворов. Процесс диспергирования осуществляется различными методами: механическим размалыванием вещества в т.н. коллоидных мельницах, электродуговым распылением металлов, дроблением вещества при помощи ультразвука. Методы конденсации: Вещество, находящееся в молекулярно-дисперсном состоянии, можно перевести в коллоидное состояние при замене одного растворителя другим – т.н. методом замены растворителя. В качестве примера можно привести получение золя канифоли, которая не растворяется в воде, но хорошо растворима в этаноле. При постепенном добавлении спиртового раствора канифоли к воде происходит резкое понижение растворимости канифоли, в результате чего образуется коллоидный раствор канифоли в воде. Коллоидные растворы можно получать также и методом химической конденсации, основанном на проведении химических реакций, сопровождающихся образованием нерастворимых или малорастворимых веществ. Для этой цели используются различные типы реакций – разложения, гидролиза, окислительно-восстановительные и т.д. Так, красный золь золота получают восстановлением натриевой соли золотой кислоты формальдегидом: NaAuO2 + HCOH + Na2CO3 ––> Au + HCOONa + H2O.

3)Методы очистки коллоидов: Некоторые молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем используют для очистки золей от электролитов и молекулярных примесей, которыми полученные золи часто бывают загрязнены. Наиболее распространенными методами очистки коллоидных систем являются диализ, электродиализ и ультрафильтрация.

Прибор для очистки золей методом диализа называется диализатором; простейший диализатор представляет собой сосуд, нижнее отверстие которого затянуто полупроницаемой мембраной. Золь наливают в сосуд и помещают последний в ёмкость с дистиллированной водой (обычно проточной); ионы и молекулы примесей диффундируют через мембрану в растворитель. Диализ является очень медленным процессом; для более быстрой и полной очистки золей применяют электродиализ. Электродиализатор состоит из трех частей; в среднюю часть, отделенную от двух других полупроницаемыми мембранами, за которыми помещены электроды, наливается золь. При подключении к электродам разности потенциалов катионы содержащихся в золе электролитов диффундируют через мембрану к катоду, анионы – к аноду. Преимущество электродиализа заключается в возможности удаления даже следов электролитов (необходимо помнить, что степень очистки ограничивается устойчивостью коллоидных частиц; удаление из золя ионов-стабилизаторов приведет к коагуляции). Еще одним методом очистки золей является ультрафильтрация – отделение дисперсной фазы от дисперсионной среды путем фильтрования под давлением через полупроницаемые мембраны. При ультрафильтрации коллоидные частицы остаются на фильтре (мембране).

4)Условия образования коллоидов: наличие частиц размером от 1 до 100 нм; наличие нерастворимого вещества; присутствие в среде реакций электролитов, содержащих ионы родственные ядру. Свойства коллоидных систем: Оптические свойства коллоидных систем: 1) опалесценция- явление разной окраски коллоидных растворов в отраженных в проходящих лучах вследствие рассеяния света. Большинство коллоидных растворов пропускают длинноволновую часть Спектра и отражают коротковолновую. 2) характерная окраска. Коллоидные растворы с определенным строением частиц дисперсной фазы имеют определенную окраску, причем она зависит от степени дисперсности частиц дисперсной фазы. 3) эффект Фарадея- Тиндаля: появление светящегося конуса на месте прохождения светового луча в коллоидном растворе. Чем больше длина волны падающего света,тем больше рассеивание. размер коллоидных частиц меньше половины длины световой волны, при этом наблюдается дифракция света, в результате рассеивания частицы светятся, превращаясь в самостоятельный источник света, и луч становится видимым. Теория рассеивания света разработана Рэлеем в 1871 году, который вывел для сферических частиц уравнение, связывающее интенсивность падающего света (I0) с интенсивностью света, рассеянного единицей объема системы (Ip).: уравнение Релея: I=I₀*K*(nV²/λ⁴)

I - Интенсивность проходящего света параллельно к падающему

I₀- Интенсивность падающего света

К- Константа, зависящая от частиц дисперсной фазы

n- Количество частиц дисперсной фазы в единице объема

V- Объем коллоидного раствора

λ- Длина волны падающего света.

Молекулярно-кинетические свойства коллоидов: диффузия- 1 з.Фика:

2 закон фика: . Коэффициент диффузии D

Броуновское движение- передвижение частиц дисперсной фазы под ударами частиц дисперсионной среды. Средняя перемещение частиц дисперсной фазы: D-коэффициент диффузии,t-время.,D=RT/N_A=1/6πƞr

Осмотическое давление-для коллоидных растворов: p_осмV=nRT. Перечисленные свойства в коллоидной системе проявляются в слабее, чем в истинных растворах в связи с большими размерами частиц дисперсной фазы. Седиментация-в коллоидных растворах устанавливается седиментационное равновесие, обусловленное одновременным протеканием двух противоположно направленных процессов. Оседание коллоидных частиц под действием силы тяжести и диффузии, направленной вверх описывается уравнением лапласа( барометрический закон):

h - Высота столба коллоидного раствора между точками с различной концентрацией.

C - Концентрация коллоидного раствора

M - Масса частиц дисперсной фазы

g - Ускорение движения свободного падения; 9,8м/с²

седиментанометр- прибор, который измеряет размер частиц в коллоидных растворах.

Мембранное равновесие Доннана: явление неравномерного распределения низкомолекулярного электролита- истинного раствора, по разные стороны ППМ в присутствии высокомолекулярного электролита-коллоидного раствора.

5)Закон светорассеяния: (Рэлей) Интенсивность рассеянного света (J) прямо пропорциональна интенсивности падающего света (J_O), частичной концентрации золя (С_V ), квадрату объема коллоидной частицы (V) и обратно пропорциональна длине волны падающего света (λ) в четвертой степени: где К - константа. К зависит от соотношения показателей преломления дисперсной фазы (n1 ) и дисперсионной среды (n0 ).

Интенсивность рассеянного света тем больше, чем больше различаются показатели преломления коллоидной частицы и среды (при равенстве показателей преломления рассеяние света может отсутствовать). Уравнение Рэлея справедливо при условиях: частицы имеют сферическую форму и не поглощают свет, т.е. бесцветны; коллоидный раствор является разбавленным (расстояние между частицами больше длин волн падающего света). Из уравнения Рэлея видно: Чем ↓ λ, тем ↑ рассеяние. (Поэтому сильнее рассеиваются короткие волны (голубая часть спектра). Этим объясняется голубоватая окраска многих бесцветных золей при наблюдении сбоку и желтовато-красная - в проходящем свете.

6)Структурные единицы коллоидно-дисперсных систем является мицелла- объединение электронейтральных молекул, атомов и ионов, которые в совокупности составляют дисперсную фазу Золя. Золь- коллоидно-дисперсная система с жидкой дисперсионной средой и твердой дисперсной фазой. Дисперсная среда- интермицеллярная жидкость, которая представлена жидким растворителем и ионами электролитов, не вошедшими в мицеллу. Различают две части мицеллы: твердое нерастворимое ядро и ионосфера (потенциалопределяющие ионы (адсорбционный слой); противоионы (адсорбционный слой, диффузный слой)). Мицелла образуется в том случае, если в среде реакции есть мало растворимые или нерастворимые соединения.

На поверхности нерастворимого ядра мицеллы формируется термодинамический потенциал, обусловленный разностью свободной энергии ядра и всей ионной сферы. Экспериментально установлено, что диффузный слой передвигается по поверхности гранулы, поэтому между гранулой и диффузным слоем формируется электрокинетический потенциал (дзета-потенциал).

Величина дзета определяет устойчивость золей. Величина этого потенциала определяет скорость движения мицелл во внешнем электрическом поле.

K-константа

π-число Пифагора

𝜉-дзета-потенциал

Ƞ-вязкость дисперсионной среды

D-направленность внешнего поля

U-скорость движения мицелл во внешнем электрическом поле

ε-диэлектрическая проницаемость среды.

7)Электроосмос - перемещение дисперсионной среды под действием внешнего электрического поля. Движение дисперсионной среды обусловлено притяжением разноименных зарядов. Когда дзета-потенциал отрицательный, то положительно заряженные противоионы диффузного слоя притягиваются к отрицательному электроду. Положительно заряженные противоионы увлекают за собой жидкость, составляющую дисперсионную среду . В результате этого происходит движение жидкости, причем, перемещение жидкой дисперсионной среды происходит на границе скольжения. 

Электроосмос используется, например, для обезвоживания древесины, грунта, продуктов питания. Все электрокинетические явления связаны с относительным перемещением дисперсной фазы или дисперсионной среды, осуществляемой по границе скольжения. Их интенсивность определяют значением дзета-потенциала. Поэтому данную величину используют для оценки электрокинетических явлений. Электрофорез - это перемещение под действием электрического поля частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды (рис.6.2).

1 - потенциалоопределяющий слой ионов.

2 - противоионы в адсорбционном слое.

3 - противоионы в диффузном слое.

При наложении внешнего электрического поля частицы дисперсной фазы начинают двигаться к электроду,  знак которого противоположен знаку дзета-потенциала.. Движение частиц происходит по плоскости скольжения ( ББ, рис.6.1).

В процессе электрофореза нарушается сферическая симметрия диффузного слоя противоионов, и он начинает двигаться в сторону, противоположную движению частиц. Противоположно направленный поток частиц диффузного слоя тормозит движение частиц. Этот эффект называют электрофоретическим торможением. Электрофорез  используют для получения новых материалов, нанесения покрытий, очистки веществ от примесей. В медицине электрофорез используют для введения лекарств. На кожу пациента накладывают тампон, смоченный раствором лекарственного препарата, а сверху электроды, к которым приложен безопасный для организма ток.

8)Седиментационная устойчивость - это устойчивость по отношению к силе тяжести, она позволяет системе сохранять равномерное распределение частиц в объеме, т.е. противостоять действию силы тяжести и процессам оседания или всплывания частиц. Песков ввел понятие агрегативной и кинетической устойчивости. Кинетическая устойчивость - способность дисперсной фазы коллоидной системы находиться во взвешенном состоянии, не седиментировать и противодействовать силам тяжести. Высокодисперсные системы - кинетически устойчивы.

Под агрегативной устойчивостью нужно понимать способность дисперсной системы сохранять первоначальную степень дисперсности. Это возможно только при наличии стабилизатора. Следствием нарушения агрегативной устойчивости является кинетическая неустойчивость, ибо образовавшиеся из первоначальных частиц агрегаты под действием сил тяжести выделяются (оседают или всплывают). Агрегативная и кинетическая устойчивость взаимосвязаны. Чем больше агрегативная устойчивость системы, тем больше ее кинетическая устойчивость. Устойчивость определяется результатом борьбы сил тяжести и броуновского движения. Это пример проявления закона единства и борьбы противоположностей. Факторы, определяющие устойчивость систем: броуновское движение, дисперсность частиц дисперсной фазы, вязкость и ионный состав дисперсионной среды и т.д.

Факторы устойчивости коллоидных растворов: наличие электрического заряда коллоидных частиц. Частицы несут одноименный заряд, поэтому при встрече частицы отталкиваются; способность к сольватации (гидратации) ионов диффузного слоя. Чем более гидратированы ионы в диффузном слое, тем толще общая гидратная оболочка, тем стабильнее система. Упругие силы сольватных слоев оказывают расклинивающее действие на дисперсные частицы и не дают им сближаться; адсорбционно-структурирующие свойства систем. Третий фактор связан с адсорбционными свойствами дисперсных систем. На развитой поверхности дисперсной фазы легко абсорбируются молекулы поверхностно-активных веществ (ПАВ) и высокомолекулярных соединений (ВМС). Большие размеры молекул, несущих собственные сольватные слои, создают на поверхности частиц адсорбционно-сольватные слои значительной протяженности и плотности. Такие системы по устойчивости близки к лиофильным системам. Все эти слои обладают определенной структурой, создают по П.А. Ребиндеру структурно-механический барьер на пути сближения дисперсных частичек.

9)Коагуляция - это самопроизвольный физический процесс укрупнения частиц дисперсной фазы в результате потери агрегативной устойчивости под влиянием внешних факторов. Коагуляция происходит при нагревании золей в результате десорбции стабилизатора или при замораживании; при механическом воздействии на золь, например, при перемешивании, при разбавлении или концентрировании золя и даже в присутствии чужеродной поверхности (гетерокоагуляция). Очень часто коллоидный раствор разрушается под действием электролитов. Коагуляцию вызывают все электролиты, даже стабилизаторы. Наименьшее количество электролита, необходимое для коагуляции 1 м³ коллоидного раствора, называется порогом коагуляции (γ). при V << W,  где С – концентрация раствора электролита (коагулянта), моль/л; V – его объем, вызывающий коагуляцию, м³; W – объем коллоидного раствора, м³. Чем меньше порог коагуляции, тем меньше нужно добавить коагулянта для разрушения золя.

10)Смягчающее влияние, оказываемое одним катионом на действие другого катиона, называют антагонизмом ионов. Антагонизм ионов проявляется как между разными ионами одной валентности (например, Nа⁺ и К⁺)‚ так и между ионами разной валентности (К⁺ и Са²⁺).Синергизм ионов - это положительное влияние одних ионов на поглощение других ионов растениями. Синергизм бывает положительным и отрицательным. Отрицательный синергизм проявляется тогда, когда токсическое действие одной соли усиливается токсическим действием другой. Синергизм чаще всего рассматривается как взаимоотношение противоположно заряженных ионов. Например, поступление ионов NO₃ стимулирует поступление Са. Аддитивность ионов – взаимодействие, при котором ионы не влияют друг на друга, поэтому физиологическое действие смеси ионов равно сумме действий каждого из этих ионов. Она наблюдается при осмосе; если соли не влияют на электрическую диссоциацию компонентов, то осмотическое давление равно сумме парциальных осмотических давлений солей, входящих в смесь. синергизм (в питательной смеси микроэлементов действие одного из них усиливает действие другого), антагонизм (взаимное угнетение, торможение или снижение эффективности). Синергизм и антагонизм микроэлементов зависят от вида растений, почвенно-климатических условий, форм и запасов микроэлементов в почвах.