Значение адсорбции

Наибольшее практическое значение имеет адсорбцияповерхностно-активных веществ и адсорбция примесей из газа либо жидкости специальными высокоэффективными адсорбентами. В качестве адсорбентов могут выступать разнообразные материалы с высокой удельной поверхностью: пористый углерод (наиболее распространённая форма — активированный уголь), силикагели, цеолиты а также некоторые другие группы природных минералов и синтетических веществ.

Адсорбция (особенно хемосорбция) имеет также важное значение в гетерогенном катализе. Установка для проведения адсорбции называется адсорбером.

24. Классификация дисперсным систем: по степени дисперсности, по агрегатному состоянию фаз, по силе межмолекулярного взаимодействия между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Природа коллоидного состояния. Молекулярно-кинетические свойства коллоидно- дисперсных систем.

Дисперсные системы - системы, состоящие из дисперсной фазы – совокупности раздробленных частиц и непрерывной дисперсионной среды, в которой во взвешенном состоянии находятся эти частицы.

Классификация д.с.
1. По степени дисперсности:

· Грубодисперсные (размер частиц от 10^-7 до 10^{-5 м)}

· Коллоидно-дисперсные (размер частиц от 10^-9 до 10^{-7 м)}

2. По агрегатному состоянию фаз:

Коллоидно-дисперсные:

· Системы с твердой дисперсионной средой – солидозоли

· Системы с жидкой дисперсионной средой - лиозоли (золи)

· Системы с газообразной дисперсионной средой – аэрозоли

3. По интенсивности межмолекулярного взаимодействия:

· Лиофобные – со слабым взаимодействием. Являются необратимыми: частицы дисперсионной фазы не способны самопроизвольно диспергироваться в дисперсионной среде. Характерны существенные отличия в химическом составе и строении граничащих фаз.(золи металлов, оксидов металлов, труднорастворимых солей в воде)

· Лиофильные – с сильным взаимодействием. К ним относятся растворы высокомолекулярных веществ (мыло,алкалоиды,красители и т.д.)

Природа коллоидного состояния. Свойства коллоидно-дисперсных систем.

1. Все коллоидные растворы способны рассеивать свет или опалесцировать.2. Диффузия частиц в коллоидных растворах протекает весьма медленно.3. Коллоидные растворы имеют очень малое осмотическое давление, которое часто даже трудно обнаружить.

4. Коллоидные растворы способны к диализу, т. е. с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны) могут быть отделены от растворенных в них примесей низкомолекулярных веществ. При диализе молекулы растворенного низкомолекулярного вещества проходят через мембрану, а коллоидные частицы, неспособные проникать через полупроницаемую перегородку остаются за ней в виде очищенного коллоидного раствора.

5. Коллоидные растворы обычно обнаруживают явление электрофореза

25. По способу достижения коллоидной степени дисперсности различают методы:

1)диспергационные — получение частиц дисперсной фазы путем дробления более крупных частиц.2)конденсационные — получение частиц дисперсной фазы путем объединения атомов,молекул,ионов.

Суспензии – гетерогенные системы, в которых частицы твердой дисперсной фазы распределены в жидкой дисперсионной среде. Это, например, взвесь крахмала в воде, раствор кофе, известковый и цементный раствор. Эмульсии образуются двумя несмешивающимися жидкостями. Примерами эмульсий служат молоко, майонез, маргарин, эмульсия бензола в воде. Коллоидные растворы обычно называют золями. В зависимости от природы дисперсионной среды золи называют гидрозолями – дисперсионная среда – жидкость, аэрозолями – дисперсионная среда воздух. Диализ — удаление с помощью мембран низкомолекулярных соединений из коллоидных растворов и растворов ВМС. Электродиализ — увеличение скорости диализа низкомолекулярных электролитов. Ультрафильтрация — очистка систем,содержащих частицы коллоидных размеров(золи,растворы ВМС,взвеси бактерий и вирусов)

Физико-химические принципы функционирования иск.почки:.Рассмотрим работу блока гидравлики аппарата «искусственная почка» Fresenius -4008 B. Блок гидравлики данного аппарата построен по принципу закрытого контура диализирующей жидкости, протекающей через диализатор. Балансировочная камера состоит из двух идентичных и герметичных камер, объем которых разделен эластичной непроницаемой мембраной. Каждая камера имеет 2 входа и 2 выхода для диализирующей жидкости, каждый из которых коммутируется соответствующим клапаном. Аппарат может функционировать в сл.режимах: преддиализная промывка,самотестирование,подготовка к диализу,режим диализа,режим окончания диализа,дезинфекция диализа,технический режим. В процессе диализа с применением ультрафильтрации из крови б ольного удаляется некоторое количество жидкости, проходя при этом через гидравлику аппарата.

Молекулярно-кинетические свойства — свойства,обусловленные хаотическим тепловым движением частиц.

Броуновское движение - это тепловое движение частиц в коллоидных системах, которое имеет молекулярно-кинетическую природу. Установлено, что движение коллоидных частиц является следствием беспорядочных ударов, наносимых им молекулами дисперсионной среды, находящихся в тепловом движении. В результате коллоидная частица часто меняет свое направление и скорость. За 1 с коллоидная частица может изменить свое направления свыше 1020раз.

Диффузией называется самопроизвольно протекающий процесс выравнивания концентрации коллоидных частиц в растворе под влиянием их теплового хаотического движения. Явление диффузии необратимо. описывается законом Фика: скорость диффузии прямо пропорциональна площади поверхности,через которую проходит вещество,и градиенту его концентрации dm/dt = -Ds * dc/dx, где dm — масса вещества, dt — время, s-площадь, D — коэффициент диффузии, dc/dx — градиент концентрации.

D = R_бT/6пrn, где Т-температура, r- радиус диффундирующей частицы,n-вязкость. Уравнение позволяет объяснить малую скорость диффузии коллоидных частиц. Экспериментально определив коэф.диффузии,с помощью уравнения можно вычислить размеры диффундирующих частиц.

Осмотическое давление — избыточное гидростатическое давление на раствор,отделенный от чистого растворителя полупроницаемой мембраной,при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану. Оно подчиняется закону Вант-Гоффа: Посм = R_бCvT, где Cv — частичная концентрация. Cv = m_д/mV, где mд-масса дисперсной фазы,m-масса коллоидной частицы,V-объем. Осмотическое давление пропорционально числу частиц дисперсной фазы в единице объема и абсолютной температуре. Посм = 3m_дR_бT/4пVr³p Осмотическое давление коллоидного раствора при прочих равных условиях обратно пропорционально кубу радиуса коллоидной частицы.В результате агрегации коллоидных частиц их размер возрастает,а частичная концентрация соответственно уменьшается,ускоряется оседание частиц.

Седиментационное равновесие. Седиментация. На распределение частиц оказывает влияние не только диффузия, но и гравитационное поле. Кинетическая устойчивость коллоидной системы зависит от действия двух факторов, направленных взаимно противоположно: силы тяжести, под действием которой частицы оседают, и силы, при которой частицы стремятся разойтись по всему объему и противодействовать оседанию.

Для истинных растворов характерно пропускание, они являются оптически прозрачными. Грубодисперсные – оптически мутные (размеры больше длины волны). Для золей характерно рассеивание света в результате огибания частиц световой волной. Луч света в таких растворах становится видимым (явление конуса Тиндаля). Закон светорассеивания(закон Рэлея):

I=I0k * (Cчаст V2/ λ 4),Где I – интенсивность рассеянного,I0– интенсивность падающего света,K – константа Рэлея, зависящая от соотношения показателей преломления среду и фазы,.Cчаст – частичная концентрация,V – объем частицы дисперсной фазы,Λ – длина волны падающего света

Выводы Рэлея: 1) интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна концентрации частиц.2) интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна квадрату объема частицы..3) в большей степени при прохождении через золи рассеивается коротковолновое излучение.

Электрофорез – движение частиц в электрическом поле, т.е. перемещение частиц дисперсной фазы относительно неподвижной дисперсионной среды под действие внешнего электрического поля. Электроосмос – движение растворителя в электрическом поле, т.е. перемещение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы в электрическом поле.

Электроосмо с и электрофорез обусловлены наличием двойного электрического поля на поверхности частицы золя. Электрофорез применяется для разделения аминокислот и белков, нуклеиновых кислот, антибиотиков, ферментов, антител, форменных элементов крови и т.д. В клинических исследованиях электрофорез используют для диагностики заболеваний, сопровождающихся изменением состава белков. Двойной электрический слой состоит возникает на границе раздела фаз: твердое вещество– раствор электролита. Он состоит из достаточно прочно связанных с поверхностью дисперсной фазы потенциалопределяющих ионов и противоионов,находящихся в дисперсной среде. Потенциалообразующие ионы вместе со связанными противоионами образуют адсорбционный слойю Возникает разность потенциалов.

26. Устойчивость любой дисперсной системы определяется способностью дисперсной фазы сохранять исходную степень диссоциации и равномерное распределение в дисперсионной среде. Различают кинетическую,седиментационную и агрегативную устойчивость: Седиментационная устойчивость - устойчивость частиц дисперсной системы к оседанию под действием сил тяжести. Кинетическая устойчивость - способность дисперсной фазы коллоидной системы находиться во взвешенном состоянии, и противодействовать силам тяжести. Высокодисперсные системы-кинетически устойчивы.

Агрегативная устойчивость – способность системы к сохранению степени дисперсности. Это возможно только при наличии стабилизатора.Причиной агрегативной устойчивости является наличие у коллоидных частиц электрического заряда, который препятствует слипанию частиц.

Факторы устойчивости лиозолей: 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),адсорбционно-структурирующие свойства систем.

Процесс объединения коллоидных частиц в более крупные агрегаты, и в конечном итоге выпадение их в осадок, называется коагуляцией. Она может быть вызвана: действием тепла, излучений, электролитов или другого коллоидного раствора с частицами противоположного заряда. Различают скрытую и явную коагуляцию.При скрытой коагуляции происходит некоторое уменьшение общего числа коллоидных частиц, но осадок не выпадает, видимых изменений нет. В результате скрытой коагуляции происходит изменение вязкости золя, степени дисперсности.При явной коагуляции каждое соударение частиц приводит к слипанию, образуется осадок.

Основные причины коагуляции под действием электролитов вызваны вследствие: 1) сжатия диффузного слоя2) адсорбции на коллоидной частице ионов добавленного электролита, имеющих заряд, противоположный заряду гранул.

Процессы коагуляции имеют большое значение в жизнедеятельности организма. Для сохранения постоянства физико-химических условий в организме необходимо соблюдать постоянство не только концентрации электролитов, но и их качественного состава

27. Для определения направления и полноты протекания окислительно-восстановительных реакций между окислительно-восстановительными системами в водных растворах используются значения электродных потенциалов этих систем. Механизм возникновения электродных потенциалов, их количественное определение, процессы, которые сопровождаются возникновением электрического тока или вызваны электрическим током, изучаются особым разделом химии – электрохимией. Сочетая электрод, представляющий исследуемую окислительно-восстановительную систему,со стандартным водородным электродом, определяют электродный потенциал Е данной системы. Для того, чтобы можно было сравнивать окислительно-восстановительные свойства различных систем по их электродным потенциалам, необходимо, чтобы последние также были измерены при стандартных условиях. Таковыми обычно являются концентрация ионов, равная 1 моль/л, давление газообразных веществ 101,325 кПа и температура 298,15 К. Потенциалы, измеренные в таких условиях, носят название стандартных электродных потенциалов и обозначаются Ео. Они часто называются также окислительно-восстановительными или редокс-потенциалами. Стандартный электродный потенциал – это потенциал данного электродного процесса при концентрациях всех участвующих в нем веществ, равных единице. Эти системы записаны в форме уравнений полуреакций восстановления, в левой части которых находятся атомы, ионы или молекулы, принимающие электроны. Электрохимический ряд напряжений характеризует свойства металлов в водных растворах: чем меньше электродный потенциал металла, тем легче он окисляется и труднее восстанавливается из своих ионов; металлы, имеющие отрицательные электродные потенциалы, т.е. стоящие в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из разбавленных растворов кислот. При условиях, отличающихся от стандартных, численное значение равновесного электродного потенциала для окислительно-восстановительной системы определяется по уравнению Нернста:

Е_ох/Red = Е⁰_{ох/Red —} RT/nF * ln C(Red)/C(Ox)

где Е_ох/Red = Е⁰_ох/Red - соответственно электродный и стандартный потенциалы системы; R – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура; F – постоянная Фарадея; n – число электронов, участвующих в окислительно-восстановительном процессе.С(Red) и C(Ox) – молярные концентрации соответственно восстановленной и окисленной форм соединения.

Отличительным признаком окислительно-восстановительных реакций является перенос электронов между реагирующими частицами - ионами, атомами, молекулами и комплексами, в результате чего изменяется степень окисления этих частиц.Окислительно-восстановительный потенциал(редокс-потенциал) — мера способности химического вещества присоединять электроны (восстанавливаться). Окислительно-восстановительный потенциал выражают в милливольтах(мВ).

Основными процессами, обеспечивающими жизнедеятельность любого организма, являются окислительно-восстановительные реакции, т.е. реакции, связанные с передачей или присоединением электронов. Энергия, выделяемая в ходе этих реакций, расходуется на поддержание гомеостаза (жизнедеятельности организма) и регенерацию клеток организма.. Гальвани́ческий элеме́нт— химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. В состав гальванического элемента входят электроды. Электроды бывают::1)Электроды 1-го рода — электроды, состоящие из металла, погруженного в раствор его соли;2)Электроды 2-го рода — электрод, состоящий из металла, погруженного в раствор его нерастворимой соли, который содержит общий анион с нерастворимой солью (металл-оксидные электроды);3)Электроды 3-го рода — электроды, состоящие из двух нерастворимых осадков электролитов, в менее растворимом есть катион, который образуется из металла электрода, а в более растворимом есть общий анион с первым осадком;4)Газовые электроды — электроды, состоящие из неактивного металла в растворе и газа (кислородный электрод, водородный электрод);5)Амальгамные электроды — электроды, состоящие из раствора металла в ртути;6)Окислительно-восстановительные электроды — электроды, состоящие из неактивного металла.

Гальванические элементы характеризуются: э.д.с., емкостью, энергией, которую он может отдать во внешнюю цепь, сохраняемостью.

28.(ПРОВЕРИТЬ)В основе определения направления самопроизвольного протекания окислительно - восстановительных реакций лежит следующее правило:

окислительно - восстановительные реакции самопроизвольно протекают всегда в сторону превращения сильного окислителя в слабый сопряженный восстановитель или сильного восстановителя в слабый сопряженный окислитель.

Сопоставляя потенциалы сопряженных пар, участвующих в окислительно - восстановленной реакции, можно заранее определить направление, в котором будет самопроизвольно протекать та или иная реакция. Это положительное значение разности потенциалов.

Работу химического источника тока рассмотрим на примере элемента Якоби-Даниэля(сосуд,разделенный пористой перегородкой на 2 части.В одной части содержится раствор Znso4,в которой опущена цинковая пластинка.В другой части раствор Cuso4,в которой медная пластинка.) Процессы переходов ионов с электрода в раствор можно рассматривать как результат окислительно-восстановительной реакции. На цинковом электроде протекает полуреакция окисления: Zn(т) = Zn²⁺(р) +2e^-;▲G = -146кДж,а на медном — полуреакция восстановления; Cu²⁺(р) + 2e^-=Cu(т);▲G= -66кДж. Особенность осуществления окислительно-восстановительной реакции в гальваническом элементе состоит в том,что электроны от восстановителя к окислителю переносятся по внешней цепи и могут совершать электрическую работу. Поэтому направление тока в цепи определяется направлением окислительно-восстановительной реакции, которое можно прогнозировать на основе 2-го начала термодинамики по изменению энергии Гиббса. Поскольку приращение энергии Гиббса реакции имеет отрицательный знак,восстановление ионов меди цинком идет самопроизвольно,цинковая пластинка является анодом,а медная пластинка — катодом источника тока. Приращение энергии Гиббса реакции позволяет рассчитать максимальную электрическую работу,которую можно получить с помощью данного источника. При растворении 1 моль Zn эта работа составит -212кДж. Элемент Якоби0Даниэля является примером обратимой гальванической цепи,так как при пропускании электрического тока от внешнего источника направление электрохимической реакции меняется на обратное: Cu(т) + Zn²⁺(р) = Cu²⁺(р) + Zn(т); ▲G⁰ = 212кДж Такая запись отвечает протеканию реакции, сопровождающейся убылью энергии Гиббса и положительной величине э. д. с.

Если реакция в гальваническом элементе проводится обратимо, то сопровождающая ее убыль энергии Гиббса полностью идет на производство электрической работы. В реальных условиях гальванические элементы работают необратимо, поэтому в работу превращается лишь часть изменения энергии Гиббса реакции, протекающей в элементе. процессы получения электрического тока в гальванических элементах и электролиза взаимно противоположны.

29. лигандообменные реакции сопровождаются переносом электронных пар и приводят к образованию или разрушению комплексных соединений.

В молекулах комплексных соединений выделяют центральный атом или ион и непосредственно связанных с ним молекул,называемых лигандами.

Основу координационной теории составляют следующие положения:

1)центральное место в комплексном соединении занимает комплексообразователь

2)вокруг комплексообразователя расположены или координированы лиганды

3)комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу комплексного соединения

4)ионы, не вошедшие во внутреннюю сферу, составляют внешнюю сферу комплексного соединения.

Число, показывающее, сколько лигандов удерживает комплексообразователь, называется координационным числом.