Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2....
TRANSCRIPT
![Page 1: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/1.jpg)
Растворы (часть1) Общие понятия
![Page 2: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/2.jpg)
Нобелевские премии • 1901 г. – Вант-Гофф – первый Нобелевский лауреат, хим.
кинетика, осмос
• 1903 г. – Аррениус – электролитическая теория, диссоциация
• 1909 г. – Оствальд – закон разведения
• 1925 г. – Зигмонди – коллоидная химия
Раствор – однофазная много-(двух-)компонентная система переменного состава
![Page 3: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/3.jpg)
Кока – кола = раствор Ж+Т (сахар в воде), Ж+Ж (фосфорная кислота в воде),
Ж+Г (диоксид углерода в воде), коллоидный раствор
![Page 4: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/4.jpg)
На пути к новой фазе
4
![Page 5: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/5.jpg)
![Page 6: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/6.jpg)
6
«Раствор» квантовых точек –
золь (наноТ + Ж)
![Page 7: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/7.jpg)
![Page 8: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/8.jpg)
![Page 9: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/9.jpg)
Смешение жидкостей
![Page 10: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/10.jpg)
10
![Page 11: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/11.jpg)
Вюстит
«Односторонняя», «высокотемпературная»
фаза «FeO» (идеального состава не существует,
фаза неустойчива при комнатной температуре)
1’, 1” – вакансии, дефект по Шоттки,
2, 5 – междоузельный атом, 3 –
дефект по Френкелю, 4, 6 – дефект
замещения, 5 – дефект внедрения, 7 –
антиструктурные дефекты
![Page 12: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Рубиновый лазер (тв. р-р)
монокристалл Аl2О3, легированный
(~0,05 масс. % Сr3+ )
![Page 13: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/13.jpg)
A B
E
N M P
Бинарная конденсированная система
- полная растворимость в расплаве
- частичная растворимость в твердом состоянии
![Page 14: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/14.jpg)
2х компонентная конденсированная система с
образованием химического соединения (полная
растворимость в расплаве, полная нерастворимость
в твердой фазе)
L L
AS + ABS
BS + ABS
ABS+L
ABS+L
AS+L
BS+L
AB B A
AB
![Page 15: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/15.jpg)
Гололед
![Page 16: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/16.jpg)
L
A B
S + B
L + B
A + S
A + L
L + S
S L + A
Инконгруэнтное плавление
![Page 17: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/17.jpg)
Образование твердого раствора
Двухфазная область Nd123ss+L:
при заданных рО2 и температуре состав расплава
определяет состав (и, следовательно, свойства)
твердой фазы
![Page 18: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/18.jpg)
![Page 19: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Трехкомпонентные системы
![Page 20: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/20.jpg)
Пересыщение
1. изменение температуры (обычно - охлаждение)
2. изменение состава раствора (обычно – испарение
растворителя или добавление «высаливателя», а также
изменение ионной силы и pH)
3. кристаллизация при химической реакции
Стеклянная мозаика:
стекло как переохлажденный
расплав
• Осветлители: (NH4)2SO4, NaCl, As2O3, …
• Соединения Fe, Cr2O3 и CuO – зеленый
• CrO3, NiO, Fe2O3 – желтый, коричневый
• CuO и CoO – синий
• NiO и Mn2O3 – фиолетовый
• CoO, MnO и Se – розовый
• Коллоидные Cu и Au – красно – рубиновый
• Молочное и опалесцирующее стекло – стеклокерамика или следы расслаивания
• 0.15-0.30% AgCl – фотохромные стекла
![Page 21: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/21.jpg)
Методы химической гомогенизации
![Page 22: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/22.jpg)
Гидротермальный рост
Гидротермально выращенные
кристаллы пьезокварца
![Page 23: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/23.jpg)
Теории растворов
Физическая - идея индифферентности и подобия газовым системам
Химическая теория (Д.И. Менделеев)
T, K
P, Па
105
610
273 373
лёд вода
пар
∆tзам ∆tкип
![Page 24: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/24.jpg)
Растворимость газов в воде
Падение растворимости газов с температурой: энтальпийные эффекты слабы,
энтропия может уменьшаться! Как правило, увеличение растворимости твердых тел с
температурой: затраты энергии на разрушение кристаллической решетки за счет
возрастания энтропии
![Page 25: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/25.jpg)
Раствор как система
![Page 26: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/26.jpg)
![Page 27: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/27.jpg)
Рост кристаллов лизоцима
-Осадитель
(NH4+, K+, Mg2+)
-рН
-ПАВ
![Page 28: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/28.jpg)
Перегонка (ректификация)
![Page 29: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/29.jpg)
![Page 30: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/30.jpg)
Электролитическая диссоциация
30
• В 1887 г. С.Аррениусом и В.Оствальдом создана теория электролитической диссоциации.
• С.Аррениус: физическая теория растворов, в растворах находятся свободные ионы. • И.А.Каблуков и В.А.Кистяковский: химическая теория растворов Д.И.Менделеева -
при растворении электролита происходит его химическое взаимодействие с водой, в результате которого электролит диссоциирует на ионы.
![Page 31: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/31.jpg)
Сильные и слабые электролиты
31
![Page 32: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Степень диссоциации (число распавшихся по отношению к общему
количеству молекул) зависит от природы растворенного вещества,
природы растворителя (полярности, диэлектрической проницаемости),
концентрации раствора, температуры, наличия одноименного иона...
Слабые электролиты при ~0.1 М имеют степень диссоциации <0.3%
Сильные электролиты (почти) полностью диссоциируют на ионы, для них
степень диссоциации >0.3 (не рассматривают константу диссоциации, но
вводят кажущуюся степень диссоциации).
![Page 33: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/33.jpg)
Сильные электролиты
• - ионная сила раствора (сильные электролиты) — мера «интенсивности электрического поля», создаваемого ионами в растворе, полусумма произведений из концентрации всех ионов в растворе на квадрат их заряда. В теории сильных следует рассматривать не концентрации, а активности, в теории Дебая - Хюккеля существует связь между коэффициентом активности иона и ионной силой раствора:
где γ — коэффициент активности, А — постоянная, не зависящая от заряда иона и ионной силы раствора, но зависящая от температуры и диэлектрической постоянной растворителя: вода – 82, диметилсульфоксид – 47, ацетонитрил – 37, диметилформамид – 37, этиловый спирт – 26, аммиак - 25, ацетон – 22…
33
![Page 34: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/34.jpg)
Константа диссоциации (слабые электролиты)
34
![Page 35: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/35.jpg)
Произведение растворимости
35
![Page 36: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/36.jpg)
Гидроксилапатит
36
![Page 37: Растворы (часть1)chem.msu.su/rus/teaching/thermo/solut_2018_1.pdf · 2019-09-14 · 2. изменение состава раствора (обычно – испарение](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042911/5f42b49a916a280a6322daf5/html5/thumbnails/37.jpg)
Гуминовые кислоты – «ветвистые»
полиэлектролиты
37