Физическая и коллоидная химия

Размещено на http://www.allbest.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

Дальневосточный государственный технический

рыбохозяйственный университет

ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Физическая и коллоидная химия»

ВЫПОЛНИЛ

Студент: гр.ТПб-215

Свиридова О.В.

Владивосток

2013



Что называется компонентом? Приведите примеры. Что такое тройная точка на диаграмме состояния однокомпонентной системы?

Компонент - химически однородная составная часть системы, которая может быть выделена из системы и существовать вне её. Число независимых компонентов системы равно числу компонентов минус число возможных химических реакций между ними. = К. называют не общее число составляющих систему веществ, а такое их число, которое достаточно для выражения состава любой фазы системы. Так, в системе из окиси кальция CaO и двуокиси углерода СО2 образуется соединение ? углекислый кальций по реакции CaO + CO2 Ы CaCO3. В этой системе за независимые К. можно принять CaO и CO2, а CaCO3 рассматривать как продукт их соединения. С равным правом за К. можно принять CaO и CaCO3, а CO2 считать продуктом термической диссоциации CaCO3.

В зависимости от числа К. различают системы однокомпонентные, двухкомпонентные (двойные системы), трёхкомпонентные (тройные системы) и многокомпонентные (см. Фаз правило). Понятие К. было введено в 1875?76 американским физиком Дж. У. Гиббсом.

Тройная точка- точка пересечения кривых фазового равновесия на плоской диаграмме состояния вещества, соответствующая устойчивому равновесию трёх фаз. Из Гиббса правила фаз следует, что химически однородное вещество (однокомпонентная система) в равновесии не может иметь больше трёх фаз. Эти три фазы (напр., твёрдая, жидкая и газообразная или, как у серы, жидкая и две аллотропные разновидности кристаллической) могут совместно сосуществовать только при значениях темп-ры T т и давления Р т, определяющих на диаграмме Р-Т координаты Т. т. (рис.). Для СО 2, напр., T т = 216,6 К, для Т. т. воды - основной реперной точки абс. термодинамич. температурной шкалы -

Тройные точки (1 и 2) на диаграмме состояния в координатах Р- Т (давление - температура).

При увеличении числа компонентов системы (раствора или сплава) увеличивается и число независимых параметров, характеризующих эту систему. Так, для двухкомпонентной системы, помимо Р и Г, добавляется третий параметр-концентрация с. Пространственная диаграмма состояния такой системы в координатах Р, T, с имеет уже не Т. т., а тройную пространственную кривую. Равновесие трёх фаз для такой системы будет изображаться точкой, если считать один из параметров (напр., Р )постоянным, т. е. рассматривать плоскую диаграмму равновесия. Вообще Т. т. существуют на плоских диаграммах состояния систем с любым числом компонентов, если все параметры, определяющие состояние системы, кроме двух, приняты за постоянные.

Почему растворы электролитов не подчиняются закону Вант-Гоффа для осмотического давления?

При изучении свойств растворов было замечено, что растворы солей, кислот и оснований не подчиняются законам Вант-Гоффа и Рауля. Они имеют большие, чем вычисленные по соответствующим формулам, осмотическое давление, понижение давления пара, понижение температур кристаллизации и повышение температур кипения. Эти вещества являются электролитами, то есть распадаются в растворах или расплавах на ионы, а потому проводят электрический ток. Чтобы распространить на электролиты расчетные формулы законов Рауля и Вант- Гоффа в них был введен поправочный коэффициент i, называемый изотоническим коэффициентом или коэффициентом Вант-Гоффа. Тогда для электролитов законы Вант-Гоффа и Рауля выглядят следующим образом: ДT крист=iK?m , ДT кип=iE?m , p=i?CRT , коэффициент i - показывает во сколько раз осмотическое давление в растворе электролита или изменение температуры (давления растворителя над раствором) превышает аналогичную величину для раствора неэлектролита, или показывает меру отклонения растворов электролитов от закономерностей для растворов неэлектролитов. Например, если i=2, это означает, что частиц в растворе в 2 раза больше, чем следовало ожидать, если бы не было распада на ионы.

Что такое период полупревращения и как он связан с константой скорости для реакции первого второго порядка? Зависит ли и как от исходных концентраций реагирующих веществ период полупревращения для реакции первого и второго порядка?

Порядок реакции по данному веществу -- показатель степени при концентрации этого вещества в кинетическом уравнении реакции.

Реакция нулевого порядка

График зависимости концентрации реагента A в реакции A > B от времени для нулевого порядка реакции

Кинетическое уравнение имеет следующий вид:

Скорость реакции нулевого порядка постоянна во времени и не зависит от концентраций реагирующих веществ. Нулевой порядок характерен, например, для гетерогенных реакций в том случае, если скорость диффузии реагентов к поверхности раздела фаз меньше скорости их химического превращения.

Реакция первого порядка

График зависимости концентрации реагента A для первого порядка реакции

Кинетическое уравнение реакции первого порядка:

Приведение уравнения к линейному виду даёт уравнение:

Константа скорости реакции вычисляется как тангенс угла наклона прямой к оси времени:



Период полупревращения:

Реакция второго порядка

График зависимости концентрации реагента A для второго порядка реакции

Для реакций второго порядка кинетическое уравнение имеет следующий вид:

или

В первом случае скорость реакции определяется уравнением

Линейная форма уравнения:

Константа скорости реакции равна тангенсу угла наклона прямой к оси времени:

Во втором случае выражение для константы скорости реакции будет выглядеть так:

Период полупревращения (для случая равных начальных концентраций!):

Какие параметры уравнений Ленгмюра и Шишковского связаны между собой? Как перейти от уравнения Гиббса к уравнению Ленгмюра, используя дифференциальную форму уравнения Шишковского?

Зависимость адсорбции от концентрации ПАВ, Г(с), при постоянной температуре называется изотермой адсорбции и для описания адсорбции ПАВ на границе водный раствор/воздух часто используют уравнение Ленгмюра:

Г = Гmax Aс/(Aс + 1)

где Гmax - максимальная адсорбция, А - адсорбционная активность.

Математическое описание зависимости у(С) дает уравнение Шишковского, полученное экспериментально при исследовании водных растворов жирных ки-слот:



b ln(1 + Ac)

где b и A - константы, причем b является константой для всего гомологического ряда, а A возрастает примерно в три раза при удлинении углеводородной цепи молекулы ПАВ на одну СН2-группу.

С помощью уравнений Гиббса и Ленгмюра можно прояснить физический смысл констант A и b. Константа b связана с величиной максимальной адсорбции b = RTГmax и не зависит от длины углеводородного радикала молекулы ПАВ толь-ко при условии вертикальной ориентации дифильных молекул и их плотной упа-ковки. Константа А из уравнения Шишковского совпадает с величиной поверхно-стной активности из уравнения Ленгмюра.

Проанализируйте особенности осмоса, диффузии и рассеяния света растворами ВМС

Осмос (от греч.--толчок, давление)--процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворённого вещества (меньшей концентрации растворителя).

Осмос играет важную роль во многих биологических процессах. Мембрана, окружающая нормальную клетку крови, проницаема лишь для молекул воды, кислорода, некоторых из растворённых в крови питательных веществ и продуктов клеточной жизнедеятельности; для больших белковых молекул, находящихся в растворённом состоянии внутри клетки, она непроницаема. Поэтому белки, столь важные для биологических процессов, остаются внутри клетки.

Осмос участвует в переносе питательных веществ в стволах высоких деревьев, где капиллярный перенос не способен выполнить эту функцию.

Осмос широко используют в лабораторной технике: при определении молярных характеристик полимеров, концентрировании растворов, исследовании разнообразных биологических структур. Осмотические явления иногда используются в промышленности, например при получении некоторых полимерных материалов, очистке высоко-минерализованной воды методом обратного осмоса жидкостей.

Клетки растений используют осмос также для увеличения объёма вакуоли, чтобы она распирала стенки клетки (тургорное давление). Клетки растений делают это путём запасания сахарозы. Увеличивая или уменьшая концентрацию сахарозы в цитоплазме, клетки могут регулировать осмос. За счёт этого повышается упругость растения в целом. С изменениями тургорного давления связаны многие движения растений (например, движения усов гороха и других лазающих растений). Пресноводные простейшие также имеют вакуоль, но задача вакуолей простейших заключается лишь в откачивании лишней воды из цитоплазмы для поддержания постоянной концентрации растворённых в ней веществ.

Осмос также играет большую роль в экологии водоёмов. Если концентрация соли и других веществ в воде поднимется или упадёт, то обитатели этих вод погибнут из-за пагубного воздействия осмоса.

Диффузия (лат. -- распространение, растекание, рассеивание, взаимодействие) -- процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму[1]. В некоторых ситуациях одно из веществ уже имеет выравненную концентрацию и говорят о диффузии одного вещества в другом. При этом перенос вещества происходит из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (по градиенту концентрации).

Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения. Важную роль диффузия частиц играет в физике плазмы.

Обычно под диффузией понимают процессы, сопровождающиеся переносом материи, однако иногда диффузионными называют также другие процессы переноса: теплопроводность, вязкое трение и т. п.

Рассеяние света -- рассеяние электромагнитных волн видимого диапазона при их взаимодействии с веществом. При этом происходит изменение пространственного распределения, частоты, поляризации оптического излучения, хотя часто под рассеянием понимается только преобразование углового распределения светового потока.

Пусть и -- частоты падающего и рассеянного света. Тогда

Если -- упругое рассеяние компонент реакция рассеяние осмос

Если -- неупругое рассеяние

-- стоксово рассеяние

-- антистоксово рассеяние

Рассеиваемый свет даёт информацию о структуре и динамике материала.

Виды рассеяния, свойственные для света:

Рассеяние Рэлея -- упругое рассеяние на малых частицах, размером много меньше длины волны.

Рассеяние Ми -- упругое рассеяние на крупных частицах.

Рассеяние Мандельштама -- Бриллюэна -- неупругое рассеяние на колебаниях решётки.

Рассеяние Рамана -- неупругое рассеяние на атомных колебаниях в молекуле.

Рассеяние Тиндаля -- упругое рассеяние света неоднородными средами.



Вычислите тепловой эффект химической реакции при 298К и определите, насколько при этой температуре отличается Н и U: СО2+4Н2=СН4+2Н2О

Проиллюстрируем закон Гесса на примере реакции сгорания метана:СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О (г),dH = - 802,34 кДж.Эту же реакцию можно провести через стадию образованияСО:СН4 + 3/2О2 = СО + 2Н2О (г), dH°2 = - 519,33 кДж,

СО + 1/2O2 = СО2,dH°з = - 283,01 кДж,dH=dH1 + dH°3 = (- 519,33) кДж + (- 283,01) кДж = - 802,34 кДж. тепловой эффект реакции, протекающей по двум путям, одинаков.

Так как энтальпия зависит от со. стояния системы, но не зависит от пути процесса, то, если при проведе¬нии процесса система вернулась в ис¬ходное состояние, суммарное изме¬нение энтропии системы равно нулю (dH = 0). Процессы, в которых сис¬тема после последовательных пре¬вращений возвращается в исходное состояние, называются круговыми процессами или циклами. Метод циклов широко используется в термодинамических расчетах. Рассмотрим использование метода циклов на примере реакции взаимодействия метана с водяным паром. Исходная система:СН4 + 2 Н2О (г), р = const, Т = 298 К: Сh4 + 2Н2О (г) = СО + ЗН2 + Н2О (г), dH1 ;СО + Н2О (г) = СО2 + Н2, dH2; СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О (г), dH3.В результате этих трех реакций система вернулась в исходное со стояние, поэтому: Если известны любые два значения dH данного уравнения, можно определить третье. Например, известно dH°2 = -41,2 кДж/моль, dH°3 = -164,9 кДж/моль, тогда dH1=-dH°2 - dH°3 = + 41,2 + 164,9= = +206,1 кДж/моль. Итак, закон Гесса показывает, что каким бы путем не протекала реакция, ее тепловой эффект будет одинаков, если при этом не меня¬ется конечное и исходное состояния системы.

Энтальпия химических реакций. Закон Гесса позволяет рассчитать энтальпию химических реакций. Согласно следствию из закона Гесса, энтальпия химической реакции равна сумме энтальпии образования продуктов реакций за вычетом суммы энтальпий образова¬ния веществ исходных с учетом стехиометрических коэффициентов Стандартный тепловой эффект реакции получения водорода из природного газа:

СН4 + 2Н2О(г) = СО2 + 4Н2 определяется по уравнению:

H0298 =Hco2 298 +4?HH2 - HCH4 -2 HH2O

Подставляя значения величин энтальпий образования из приложения 2 (в кДж/моль), получаем

dH°298 = -1-393,51+4-0-1(-74,85)-2(241,82) = +164,98 кДж/моль. Как видно, данная реакция является эндотермической.

Вычислите ионную силу 0,002m раствора AlCl3

Ионная сила раствора -- мера интенсивности электрического поля, создаваемого ионами в растворе. Полусумма произведений из концентрации всех ионов в растворе на квадрат их заряда. Формула впервые была выведена Льюисом:

,

где c_B -- молярные концентрации отдельных ионов (моль/л), z_B заряды ионов.

Суммирование проводится по всем типам ионов, присутствующих в растворе. Если в растворе присутствуют два или несколько электролитов, то вычисляется общая суммарная ионная сила раствора.

Для раствора AlCl3 с концентрацией 0,002 моль/л, в котором присутствуют два вида однозарядных ионов Al и Cl3^? с концентрациями также равными 0,001 моль/л, ионная сила будет вычисляться следующим образом:

AlCl3= 0,5(zІ( Al⁺)*c(Cl3⁺) + zІ(Cl3^?)*c(Cl3^?)) = 0,5(1І*c(AlCl3) + (-1)І*c(AlCl3)) = c(AlCl3)

И ионная сила соответственно будет равна концентрации раствора:

I = 0.5(1І*0,001 моль/л + (-1)І*0,002 моль/л) = 0.5(0,001 моль/л + 0,002 моль/л) = 0,003 моль/л

Диаметр капли воды в тумане равен 5*10^-5см, а в дождевых облаках 10^-3 см. Какова степень дисперсности капелек воды в тумане и дождевых облаках

Дисперсность величина обратная размеру частиц

D = 1/p

D туман = 1/5*10^-5см = 2*10⁵см^-1

D дождь = 1/10^-3см = 10³см^-1

Рассчитать величину удельной адсорбции при 25 градусов Цельсия, если на определенной массе активированного угля=5г. Адсорбировалось вещество С15Н31СООН=3,2 г. Определенной массы.

m( С15Н31СООН) =3,2 г

m(угля) =5 г

а=?

а=0,003моль/г

Рассчитать молярную массу полистирола, если осмотическое давление при 25^оС равна 120,9 Па, а массовая концентрация равна 4,170 кг/м³, К = 1

Для расчёта осмотического давления растворов ВМС используется уравнение Галлера: = сRT/M + c², где -- коэффициент, учитывающий гибкость и форму макромолекул; с -- массовая концентрация ВМС в растворе (кг/м³); М -- средняя молярная масса ВМС (кг/моль), численно равная относительной молекулярной массе. Выражаем M: M = cRT / ( - c²) По условию = 1

M = 4,170 8,314 · (25 + 298) / (120,9 - 4,170²) = 99,81 кг/моль.

Молярная масса полистирола 99,81 кг/моль.

Размещено на Allbest.ru