19.Как |
влияет |
знак |
изменения |
энергии |
Гиббса |
на |
||
самопроизвольность протекания процесса? |
|
|
|
|||||
20. Что изучает химическая кинетика? |
|
|
|
|||||
21. |
Какие реакции называются гомогенными, а какие |
|||||||
гетерогенными? Приведите примеры. |
|
|
|
|||||
С |
|
|
|
|
|
|
||
22. |
Что такое скорость химической реакции? Запишите |
|||||||
математическое выражение для определения скорости гомогенной и |
||||||||
гетерогенной реакц . |
|
|
|
|
|
|||
23. |
От как х факторов зависит скорость реакции? Сформулируйте |
|||||||
физическ |
|
|
|
|
||||
закон, определяющ й зависимость скорости реакции от концентрации |
||||||||
реагирующ х веществ. Запишите математическое выражение этого закона |
||||||||
для гомогенных |
гетерогенных |
реакций. Сформулируйте физический |
||||||
смысл константы скорости реакции. |
|
|
24. |
бА |
|
формул руйте правило Вант-Гоффа, запишите математическое |
||
уравнен |
зав с мости скорости реакции от температуры. |
Объясните |
|
й смысл температурного коэффициента. |
|
25. |
Что называется механизмом химической реакции? |
Что такое |
«энергия акт вац »? Как зависит скорость реакции от величины энергии активации? Запишите уравнение ррениуса и объясните физический смысл всех входящих в него величин.
26.Какие вещества называются катализаторами? Влияют ли катализаторы на тепловой эффект реакции, на константу равновесия? Может ли катализатор изменить вероятность протекания химической реакции? Что называют гомогенным и гетерогенным катализом?
27.Объясните механизм гомогенной каталитической реакции. За счет чего происходит увеличение скорости реакции?
28.Объясните механизм гетерогенной каталитической реакции.
Какие стадии появляются в гетерогенном катализе по сравнению с гомогенным? Приведите примеры применения каталитических реакций.Д
4. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫИ
Дисперсная система – это гетерогенная система, в которой одно вещество находится в мелкораздробленном состоянии и равномерно распределено в другом [1, 2]. Вещество, которое находится в мелкораздробленном состоянии, называют дисперсной фазой. Сплошная среда, в которой равномерно распределена дисперсная фаза, называется дисперсионной средой.
36
Фаза считается дисперсной, если вещество раздроблено хотя бы в одном направлении. Вещество, раздробленное по высоте, образует пленки. Вещество, раздробленное по высоте и ширине, образует нити, волокна, капилляры. Вещество, раздробленное по всем трем направлениям пространства, состоит из мелких дискретных частиц.
Классификация дисперсных систем:
1. По размеру частиц дисперсной фазы различают:
– грубод сперсные системы – размер частиц более 10−3см;
– м крогетерогенные системы – размер частиц составляет от 10−5 до
10−3см;
– тонкод сперсные системы (коллоидные растворы) – размер частиц
|
−7 |
|
−5 |
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|||
|
от 10 |
до 10 см. |
|
|
|
|
|
|
В |
|
нных растворах размер частиц (молекул, ионов) не превышает |
||||
|
10−7см, так е с стемы являются гомогенными. |
|
|
||||
|
ист |
|
|
|
|||
|
|
|
бА |
|
|||
|
2. В зав с мости от агрегатного состояния |
дисперсной фазы и |
|||||
|
дисперс онной среды ывают дисперсные системы, указанные в табл. 9. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 9 |
|
Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы |
||||||
|
|
|
|
и дисперсионной среды |
|
|
|
|
Агрегатное состояние |
грегатное состояние дисперсной фазы |
|
||||
|
дисперсионной среды |
Газ |
Жидкость |
Твердое вещество |
|||
|
Газ |
|
|
Не образует |
эрозоль, туман |
Аэрозоль, дым, пыль |
|
|
Жидкость |
|
Пены |
Эмульсии |
Золи, суспензии |
||
|
Твердое вещество |
Твердые пены |
Твердые эмульсии, |
Сплавы,цветныестекла |
|||
|
|
|
|
|
минералы, почвы, |
|
|
|
|
|
|
|
сорбенты |
|
|
В лиофобных системах дисперснаяИфаза не способна взаимодействовать с дисперсионной средой. Это неустойчивые, необратимые дисперсные системы. Из-за стремления системы к снижению общей энергии мелкие частицы стремятся соединиться в более крупные, поэтому такая система не может долго существовать без добавления специальных веществ, называемых стабилизаторами. Если лиофобная система была разрушена, то есть дисперсная фаза отделена от дисперсионной среды, то нельзя получить вновь дисперсную систему смешиванием частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды, поэтому лиофобные системы являются необратимыми.
3. По межфазному взаимодействию дисперсные системы делятся на |
|
лиофобные и лиофильные. |
Д |
|
|
37
В лиофильных системах дисперсионная среда взаимодействует с дисперсной фазой, поэтому такие системы образуются самопроизвольно (они обратимы) и являются устойчивыми во времени. Избыточная
энергия, |
обусловленная |
большой |
межфазной |
поверхностью, |
компенсируется энергией, выделяющейся при взаимодействии дисперсной |
||||
С |
|
|
|
|
фазы и дисперсионной среды. |
|
|
|
|
4. В зависимости от способности фаз свободно перемещаться друг относительно друга д сперсные системы делятся на свободнодисперсные и связнод сперсные.
дисперсной фазы не связаны между собой и способны свободно перемещаться в д сперс онной среде.
системеВ свободнод сперсных системах отсутствует структура, частицы
В связнод сперсной частицы дисперсной фазы связаны друг
с другом заколебательныесчет межмолекулярных сил, образуя пространственную сетку
(структуру). В так х с стемах частицы дисперсной фазы не могут свободно перемещаться относительно дисперсионной среды, а только
совершают |
движения. |
|
|
|
Колло дными |
растворами, |
или |
золями, |
называют |
|
А |
|
||
тонкодисперсную систему, в которой твердые частицы размером от 10−7 |
||||
до 10−5см равномерно распределены в жидкой дисперсионной среде. |
||||
В зависимости от о разующих их веществ золи подразделяются на |
||||
три вида: суспензоиды, ассоциативно-мицеллярные и |
молекулярные |
|||
коллоидные растворы.
Суспензоиды – это лиофобные (то есть плохо взаимодействуют с растворителем) необратимые коллоидные растворы, образованные металлами, оксидами, гидроксидами и солями, нерастворимыми в
дисперсионной среде. Они похожи на суспензии, только размер частиц |
|
|
И |
дисперсной фазы меньше. Примерами могут служить золь гидроксида |
|
железа и золь иодида серебра. |
Д |
Ассоциативно-мицеллярные коллоидные растворы образованы молекулами поверхностно-активных веществ (ПАВ). Молекулы ПАВ образуют в дисперсионной среде ассоциаты, или мицеллы. Такие золи лиофильные (хорошо взаимодействуют с растворителем) и обратимые, то есть могут быть получены вновь после разделения дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Молекулярные коллоидные растворы получают растворением молекул высокомолекулярных веществ (ВМС). По своей сути это истинный раствор, но по размерам частиц дисперсной фазы его можно отнести к золям.
38
Дисперсные системы можно получать диспергационными и конденсационными методами.
Диспергационные методы заключаются в измельчении крупных |
||
частиц. Измельчать можно механическим методом – в шаровых и |
||
коллоидных мельницах, с помощью ультразвука, а также электрическим |
||
С |
|
|
методом (распыление металла в вольтовой дуге). |
||
Конденсационные методы заключаются в создании условий для |
||
укрупнен я |
онов |
молекул до коллоидных размеров. К |
конденсац онным методам относятся прямая конденсация (конденсация
|
коллоидные |
|
|
||
из паров), метод замены растворителя и химическая конденсация. В ходе |
|||||
реакций г |
дрол за, |
онного |
обмена |
и окисления-восстановления |
|
образуются |
част цы коллоидных размеров. Чтобы полученные золи |
||||
( |
|
растворы) |
ыли |
устойчивы, |
добавляют стабилизаторы – |
|
|
бА |
|||
поверхностно-акт вные вещества или электролиты. |
|||||
|
Пр мером реакц й, в которых получают коллоидные растворы, |
||||
являются: |
|
|
|
|
|
|
1. Ок сл тельно-восстановительная реакция |
||||
|
|
|
2H2S + SO2 = 3S (золь) + Н2О. |
||
|
2. Реакция гидролиза |
|
|
||
|
|
FeCl3 + 3H2O = (100 oC) Fe(OH)3 (золь) + 3HCl. |
|||
|
3. Реакция ионного обмена |
|
|
||
|
|
AgNO3 + KI = AgI (золь) + KNO3. |
|||
|
|
|
|
|
И |
|
Некоторые коллоидные растворыДможно получать методом |
||||
пептизации – осадок, состоящий из частиц коллоидного размера, |
|||||
промывают небольшим количеством раствора, содержащего специальное |
|||||
вещество – |
пептизатор. При пептизации происходит нарушение связей |
||||
между слипшимися частицами. Получать коллоидные растворы методом пептизации можно только из рыхлых, студенистых осадков. Плотные, тяжелые осадки пептизации не поддаются.
Мицеллой называется коллоидная частица с прилегающим к ней слоем ионов. Мицелла в целом электронейтральна, а коллоидная частица заряжена. Формироваться мицелла может по одному из двух механизмов.
39
1. Образование мицеллы за счет избирательной адсорбции избыточных ионов.
При получении золей с помощью химических реакций один из электролитов обязательно должен быть в избытке (ионы этого электролита будут стабилизаторами). Нерастворимые частицы, образующиеся в ходе реакции, обладают большой поверхностью, следовательно, большой избыточной энергией. На такой поверхности будет легко проход ть адсорбция, причем в первую очередь адсорбироваться (пр тягиваться из раствора и удерживаться на
поверхности) будут |
збыточные ионы, одноименные с ионами, |
входящими в состав ядра. Таким образом, мельчайшие нерастворимые |
|
С |
|
частицы оказываются окруженными слоем ионов. Эти ионы называются |
|
|
ми (ПОИ). К слою ПОИ будут притягиваться |
ионы прот воположного заряда – противоионы (ПИ). На поверхности |
|
нераствор мой част цы формируется двойной электрический слой. Из-за |
|
теплового дв жен |
онов в растворе под действием диффузии часть ПИ |
потенциалопределяющ |
|
перейдет в раствор. |
Заряд ПОИ удет не полностью скомпенсирован |
зарядом ПИ, колло дная частица окажется заряжена. Заряд коллоидной |
|
частицы называется электрокинетическим потенциалом. ПИ, ушедшие в |
|
раствор под действием диффузионных сил, образуют вокруг коллоидной |
|
частицы диффузный слой. Суммарный заряд ионов диффузного слоя |
|
равен по величине и противоположен по знаку заряду коллоидной |
|
бА |
|
частицы.
Д Если в избытке взять раствор KI, то на поверхностиПОИядра мицеллы
Рассмотрим строение мицеллы золя AgI. Золь образуется в ходе
реакции
AgNO3 + KI = AgI + KNO3.
AgI будут адсорбироваться одноименные с ионами, входящими в состав ядра, избыточные ионы I−. К образовавшемуся слою отрицательно
заряженных ионов будут притягиваться противоположно заряженные ионы К+. Диффузный слой будет состоять тоже из ионов К+, а заряд коллоидной частицы будет определяться зарядом и равен (–x).
[m(AgI) nI− (n-x) K+]−x xK+.
Если в избытке взять раствор AgNO3, то на поверхности ядра будут адсорбироваться ионы серебра, а слой ПИ образуют нитрат-ионы. Строение мицеллы в этом случае следующее:
40