21.1.Клас-я дис-х систем. Харак-ка р-ров. Способы выражения С растворов. 2. Ме, их хим. И физ. Св-ва.

---

Дисперсная система — это система, в которой мелкие частицы одной или нескольких веществ равномерно распределены между частицами другого вещества.Дисперсной фазой называют мелкие частицы вещества которое распределено в системе.

Дисперсийной средой называют вещество в котором распределена дисперсная фаза.

Гомогенная (однородная) дисперсная система – это система в которой между дисперсной фазой и дисперсионной средой нет поверхности раздела.

Гетерогенная (неоднородная) дисперсная система – это система в которой частицы дисперсной фазы имеют размер больше чем 1·10^-9м и составляют отдельную фазу от дисперсионной среды.

Классификация дисперсных систем.

1. Классификация по степени дисперсности. В зависимости от размеров частиц дисперсные системы разделяют на такие типы:

а) грубодисперсные (d= 10^-3-10^{-5 м) к ним принадлежат грубые суспензии, эмульсии, порошки.}

б) средней дисперсности (d= 10^-5-10^{-7 м) к ним принадлежат тонкие суспензии, дым, пористые тела.}

в) высокодисперсные (d= 10^-7-10^{-9 м) это коллоидные системы.}

 

2. Классификация по агрегатному состоянию. В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды (газообразное- Г, жидкое- Ж, твердое-Т) можно разделить 9 типов дисперсных систем.

Таблица 1. Основные типы дисперсных систем

3. Классификация по межфазовому взаимодействию. У дисперсных системах на границе раздела фаз действуют силы взаимодействия между частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды. В зависимости от их интенсивности системы разделяют на лиофобные и лиофильные.

а) лиофобные это системы, в которых слабые силы межмолекулярного взаимодействия. К ним принадлежат лиозоли, аэрозоли, эмульсии, пены. Лиофобные золи это коллоидные растворы.

 б) лиофильные это системы, в которых интенсивное взаимодействие между фазой и средой. К ним принадлежат растворы высокомолекулярных соединений.

  Грубодисперсные системы – системы, размер частиц дисперсной фазы в которых превышает 10^-7 м.

Коллоидные системы – системы, размер частиц дисперсной фазы в которых составляет 10^-7 – 10^{-9 м. Коллоидные системы характеризуются гетерогенностью, т.е. наличием поверхностей раздела фаз и очень большим значением удельной поверхности дисперсной фазы. Это обусловливает значительный вклад поверхностной фазы в состояние системы и приводит к появлению у коллоидных систем особых, присущих только им, свойств.} 

Иногда выделяют молекулярно(ионно)-дисперсные системы, которые, строго говоря, являются истинными растворами, т.е. гомогенными системами, поскольку в них нет поверхностей раздела фаз.

 Коллоидные системы, в свою очередь, подразделяются на две группы, резко отличные по характеру взаимодействий между частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды – лиофобные коллоидные растворы (золи) и растворы высокомолекулярных соединений (ВМС), которые ранее называли лиофильными коллоидами. К лиофобным коллоидам относятся системы, в которых частицы дисперсной фазы слабо взаимодействуют с дисперсионной средой; эти системы могут быть получены только с затратой энергии и устойчивы лишь в присутствии стабилизаторов.

Растворы ВМС образуются самопроизвольно благодаря сильному взаимодействию частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой и способны сохранять устойчивость без стабилизаторов. Лиофобные коллоиды и растворы ВМС различаются также и структурой частиц, составляющих дисперсную фазу. Для лиофобных коллоидов единицей структуры является сложный многокомпонентный агрегат переменного состава – мицелла, для растворов ВМС – макромолекула.

 

2. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

В зависимости от содержания растворенного вещества растворы бывают разбавленные, концентрированные, насыщенные и перенасыщенные. Количественная характеристика способности вещества растворяться до образования насыщенного раствора называется  растворимостью. Растворимость определяется как:

а) количество вещества в граммах, которое необходимо растворить в 100 г растворителя для получения насыщенного раствора (m(г) / 100 (г));

б) количество молей растворенного вещества, которое содержится   в 1 л насыщенного раствора (моль / л).

В химической практике применяются растворы с различным содержанием растворенного вещества.  Для таких растворов используют следующие способывыражения концентрации растворенного вещества: массовая доля и  мольная доля растворенного вещества, молярная и моляльная концентрации, молярная концентрация эквивалента. 

2.1 Массовая доля (С_%)

или процентная концентрация определяет, какую часть масса растворенного вещества  составляет от массы раствора (обычно в процентах), и рассчитывается как отношение

2.2 Молярная концентрация (С_м)

или молярность определяет, сколько молей растворенного вещества содержится в каждом литре данного раствора, и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях  n_м(х), содержащегося в растворе, к объему этого раствора:

      2.3 Моляльная концентрация  (C_m)

или  моляльность определяет, сколько молей растворенного вещества приходятся на каждый килограмм растворителя, и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях  n(х)  к массе растворителя:                              

2.4   (С_N)

или нормальность определяет, сколько молей эквивалента растворенного вещества содержится  в каждом литре раствора, и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях эквивалента n_э(х), содержащегося в растворе, к объему этого раствора:

2.5 Мольная доля (Сm)

показывает, какую часть число молей растворенного вещества составляет от суммы числа молей растворенного вещества и растворителя в растворе. Для двухкомпонентного раствора состоящего из растворителя и одного растворенного вещества  мольная доля рассчитывается по уравнению:

 

---

2 МЕТАЛЛЫ-в-ва, облад-е в обыч усл харак-ми,ме-ми, св-ми-высокими электрич. проводимостью и теплопроводностью, отрицат. температурным коэф. электрич. проводимости, способностью хорошо отражать световые волны (блеск), пластичностью.

Физические свойства металлов

Агрегатное состояние и температуры плавления. Температуры плавления металлов меняются в очень широких пределах. Самый легкоплавкий из металлов – ртуть – при комнатной температуре является жидкостью. Металл галлий плавится от теплоты человеческого тела.  Наибольшую температуру плавления имеет вольфрам, Металлы с температурой плавления выше 1000oC1000oC принято называть тугоплавкими.

Объясняются особым строением кристаллической решетки - наличием свободных электронов ("электронного газа").

1)     Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду ––Au,Ag,Cu,Sn,Pb,Zn,Fe® уменьшается.

2)     Блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света.

3)     Электропроводность.

Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. В ряду ––Ag,Cu,Al,Fe® уменьшается.

При нагревании электропроводность уменьшается, т.к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение "электронного газа".

4)     Теплопроводность. Закономерность та же. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность - у висмута и ртути.

5)     Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло); самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.

6)     Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и чем больше радиус его атома (самый легкий - литий (r=0,53 г/см³); самый тяжелый – осмий (r=22,6 г/см³).Металлы, имеющие r < 5 г/см³ считаются "легкими металлами".

7)     Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т.пл. = -39°C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t°пл. = 3390°C).

Металлы с t°пл. выше 1000°C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими

В химических реакциях металлы выступают в роли восстановителей и повышают степень окисления, превращаясь из простых веществ в катионы. 

Химические свойства металлов различаются в зависимости от химической активности металла. По активности в водных растворах металлы расположены в ряд напряжений. 

В этот ряд, составленный русским химиком Н.Н. Бекетовым, включен также неметалл водород. Активность металлов убывает слева направо:

Общие химические свойства металлов

1) Многие металлы вступают в реакцию с типичными неметаллами – галогенами, кислородом, серой. При этом образуются соответственно хлориды, оксиды, сульфиды и другие бинарные соединения:

2) Следует обратить внимание на особенности взаимодействие металлов с водой: 

 

• Активные металлы, находящиеся в ряду активности металлов до Mg (включительно), реагируют с водой с образованием щелочей и водорода:Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2↑Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2↑
• Активные металлы (например, натрий и литий), взаимодействуют с водой со взрывом.
• Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

  6Cr+6H2O−→−t,∘C2Cr2O3+3H2↑6Cr+6H2O→t,∘C2Cr2O3+3H2↑

  Неактивные металлы (Au, Ag, Pt) - не реагируют с водой.

3) С разбавленными кислотами реагируют металлы, стоящие в ЭХР до водорода: происходит реакция замещения с образованием соли и газообразного водорода. При этом кислота проявляет окислительные свойства за счет наличия катиона водорода:

4) Взаимодействие азотной кислоты (любой концентрации) и концентрированной серной кислоты протекает с образованием других продуктов: кроме соли и водорода в этих реакциях выделяется продукт восстановления серной (или азотной) кислоты. Подробнее см.тему "Взаимодействие азотной кислоты с металлами и неметаллами.

5) Активность металлов также влияет на возможность протекания простого вещества металла с оксидом или солью другого металла. Металл вытесняет из солей менее активные металлы, стоящие правее его в ряду напряжений. 

Например, для вытеснения меди из водного раствора сульфата меди подходит железо,

но не подходят свинец – так как он образует нерастворимый сульфат. Если опустить кусочек  свинца в раствор сульфата меди, то с поверхности металла покроется тонким слоем сульфата, и реакция прекратится

Другой пример: цинк легко вытесняет серебро из раствора нитрата серебра, однако реакция цинка со взвесью сульфида серебра, нерастворимого в воде, практически не протекает. 

Общие химические свойства металлов обобщены в таблице:

Уравнение реакции	Продукты реакции	Примечания
с простыми веществами - неметаллами
с кислородом
4Li+O2=2Li2O4Li+O2=2Li2O	оксиды O−2O−2
2Na+O2=Na2O22Na+O2=Na2O2	пероксиды (O2)−2(O2)−2	только натрий
K+O2=KO2K+O2=KO2	надпероксиды(O2)−2(O2)−2	надпероксиды при горении образуют K, Rb, Cs
с водородом
Ca+H2=CaH2Ca+H2=CaH2	гидриды	щелочные металлы 0 при комнатной температуре; остальные металлы - при нагревании
с галогенами
Fe+Cl2=Fe+3Cl3Fe+Cl2=Fe+3Cl3	хлориды и др.	при взаимодействии с хлором и бромом (сильные окислители) железо и хром образуют хлориды в степени окисления +3
с серой
Fe+S=FeSFe+S=FeS	сульфиды	при взаимодействии с  серой и иодом железо приобретает степень окисления +2
с азотом и фсофоромжелезо
3Mg+N2=Mg3N23Mg+N2=Mg3N2	нитриды	* при комнатной температуре с азотом реагируют только литий и магний
3Ca+2P=Ca3P23Ca+2P=Ca3P2	фосфиды
с углеродом
4Al+3C=Al4C34Al+3C=Al4C3	карбиды
с водой
2Na0+2H2O=2NaOH+H22Na0+2H2O=2NaOH+H2	Основание + H2H2	щелочные металлы
Zn0+H2O=ZnO+H2Zn0+H2O=ZnO+H2	Оксид + H2H2	среднеактивные металлы, при нагревании
Au,Ag,Pt+H2O/neAu,Ag,Pt+H2O/ne	не реагируют	неактивные металлы (после Н)
с окисдами менее активных металлов
2Al+3ZnO=Al2O3+2Zn2Al+3ZnO=Al2O3+2Zn	др оксид + др.металл
с солями менее активных металлов
Fe+CuSO4=Cu+FeSO4Fe+CuSO4=Cu+FeSO4	Др. соль + др. металл	Более сильный металл вытесняют более слабый из его соли. Соли, как вступающие в реакцию, так и образующиеся в ходе нее, были растворимы в воде.
Cu+AlCl3≠Cu+AlCl3≠
с кислотами
Fe+2HCl=FeCl2+H2Fe+2HCl=FeCl2+H2 6Na+2H3PO4=2Na3PO4+3H26Na+2H3PO4=2Na3PO4+3H2	Др. соль +водород	Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H реагируют с разбавленными кислотами (кроме HNO3HNO3)