Материал к экзамену по химии. Основные понятия термодинамики
 Скачать 1.97 Mb.
|
|
Получение и свойства дисперсных систем. Свойства дисперсных систем: Молекулярно-кинетические: Диффузия – самопроизвольный процесс выравнивания концентрации молекул, ионов под влиянием их теплового движения. Броуновское движение – непрерывное беспорядочное движение частиц, не затухающее во времени. (беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием толчков со стороны молекул окружающей среды.) Осмос – процесс самопроизвольного одностороннего перехода молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из растворителя в раствор или из раствора с меньшей концентрацией вещества в раствор с большей концентрацией. Седиментация – процесс оседания частиц дисперсной фазы в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести. Оптические свойства: Опалесценция – оптическое явление, заключающееся в резком усилении рассеяния света Явление Тиндаля Электрические свойства: Электрофорез – движение частиц в электрическом поле Электроосмос – движение растворителя в электрическом поле. Прочие: Коллоидные растворы агрегативно неустойчивы (лабильны) - т. е. коллоиднорастворенное вещество способно сравнительно легко выделяться из раствора (коагулировать) под влиянием незначительных внешних воздействий. В результате в коллоидном растворе образуется осадок (коагулят) 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. Коллоидные растворы имеют очень малое осмотическое давление, которое часто даже трудно обнаружить. Получение дисперсных систем. Существуют физические и химические методы получения дисперсных систем: Физические (диспергационные) Измельчение крупных образцов вещества до частиц дисперсных размеров. При этом химический состав и агрегатное состояние не изменяется. Затрачивается внешняя работа. Данные методы используются в промышленности. К ним относят: - Механическое дробление - Измельчение с помощью ультразвука. - Электрическое диспергирование (для получения золей металлов) - Пептизация (химическое воздействие на осадок) Химические (конденсационные) Основаны на ассоциации молекул в агрегаты из истинных растворов. Используются для получения высокодисперсных систем. Не требуют внешней работы. При пересыщении среды происходит появление новой фазы. К ним относят: -Физическая конденсация - Метод замены растворителя - Химическая конденсация (использование реакций, в результате которых образуются труднорастворимые соединения) Получение суспензий, эмульсий, коллоидных растворов. Суспензии — это дисперсные системы, в которых дисперсной фазой являются частицы твердого вещества размером более 10-6 м, а дисперсионной средой — жидкость. Суспензии, так же как и любую другую дисперсную систему, можно получить двумя группами методов: со стороны грубодисперсных систем — диспергационными методами, со стороны истинных растворов — конденсационными методами. В качестве основных методов получения суспензий можно использовать коагуляцию лиозолей, взбалтывание растворяемого твёрдого вещества с использованием перемешивающих устройств и др. Получение эмульсий: Эмульсия – дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде). Эмульсии могут образовываться самопроизвольно, искусственно их можно получить в результате механического диспергирования жидкостей, гомогенизации и другими способами. Получение эмульсии 1. путём дробления капель. 2.путём образования плёнок и их разрыва на мелкие капли. Получение коллоидных растворов. Для достижения требуемой для коллоидных систем дисперсности (10-6-10-9 м) применяют: • механическое дробление с помощью шаровых и коллоидных мельниц в присутствии жидкой дисперсной среды и стабилизатора; • действие ультразвука (например, гидрозоля серы, графита, гидроксидов металлов и т.д.); • Пептизация - процесс, обратный коагуляции, процесс перехода коагулята в золь. Пептизация идет при добавлении к осадку (коагуляту) веществ, способствующих переходу осадка в золь. Их называют пепти-заторами. Обычно пептизаторами являются потенциалопределяющие ионы. • одной из разновидностей конденсационного способа является метод замены растворителя, в результате которой происходит понижение растворимости вещества дисперсной фазы. Молекулы вещества конденсируются в частицы коллоидных размеров в результате разрушения сольватных слоев молекул в истинном растворе и образования более крупных частиц. В основе химических конденсационных методов лежат химические реакции (окисления, восстановления, гидролиза, обмена), приводящие к образованию малорастворимых веществ в присутствии тех или иных стабилизаторов. Диализ, электродиализ, ультрафильтрация Диализ — очистка коллоидных растворов и субстанций высокомолекулярных веществ от растворённых в них низкомолекулярных соединений при помощи полупроницаемой мембраны. Электродиализ — процесс изменения концентрации электролита в растворе под действием электрического тока. Электродиализ применяют для опреснения воды, выделения солей из растворов. УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ - метод отделения мелких частиц из суспензии или коллоидных растворов с использованием фильтрации под давлением. Малые молекулы, ионы и вода продавливаются через полупроницаемую мембрану в направлении, противоположном градиенту концентрации. Крупные молекулы через мембрану не проходят. Физико-химические принципы функционирования искусственной почки. Искусственная почка — аппарат для временного замещения выделительной функции почек. Основной задачей аппарата искусственной почки является очищение крови от различных токсичных веществ, в том числе продуктов метаболизма. При этом объём крови в пределе организма остаётся постоянным. В основе работы аппарата лежит принцип диализа — удаление низкомолекулярных веществ из коллоидных растворов за счет диффузии и разницы осмотического давления с обеих сторон полупроницаемой целлофановой мембраны. Ионы калия, натрия, кальция, хлора, молекулы мочевины, креатинина, аммиака и др. свободно проникают через поры целлофана. В то же время более крупные молекулы белка, форменные элементы крови и бактерии не могут преодолеть целлофанового барьера. Кровь от больного поступает по катетеру при помощи насоса в диализатор, который крепится на баке, вмещающем 110 л диализирующего раствора. Проходя между целлофановыми пластинами диализатора, кровь больного через целлофановую мембрану соприкасается с протекающим навстречу диализирующим раствором. После диализатора кровь попадает в измеритель производительности и далее через фильтр и воздухоулавливатель по катетеру возвращается в венозную систему больного. Протекающая диализирующая жидкость стандартна и содержит все основные ионы крови (К·, Na· и др.), глюкозу в концентрации, соответствующей концентрации таковых в крови здорового человека. Молекулярно-кинетические свойства коллоидно-дисперсных систем: броуновское движение, диффузия, осмотическое давление, седиментационное равновесие. Броуновское движение – непрерывное беспорядочное движение частиц, не затухающее во времени. (беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием толчков со стороны молекул окружающей среды.) Броуновское движение присуще только частицам, размеры которых не превышают 10-6м. Диффузия – самопроизвольный процесс выравнивания концентрации молекул, ионов под влиянием их теплового движения. Коллоидные частиц имеют малую скорость диффузии. Осмотическое давление: осмотическое давление коллоидных растворов находится по формуле:  где  – масса дисперсной фазы;  - константа Больцмана, 1,38*10-23Дж/К; Т – температура, К; V – объём системы; r – радиус коллоидной частицы; - плотность дисперсной фазы. Осмотическое давление коллоидных растворов имеет малую величину, прямо пропорционально кубу степени дисперсности.Седиментационное равновесие: Оседание частиц дисперсной фазы под действием сил разной природы называется седиментацией. Оседание происходит с постоянной скоростью, когда сила тяжести становится равной силе трения. Частицы коллоидной степени дисперсности под действием силы тяжести почти не оседают. Уравнение скорости оседания частиц:  где r – радиус частицы дисперсной фазы, м; η – динамическая вязкость жидкости, Па*С; - плотность дисперсной фазы, кг/м3 ,  – плотность дисперсионной среды, g – ускорение силы тяжести, 9,8 м/с2Определение скорости оседания положено в основу седиментационного анализа, с помощью которого можно определить размеры частиц и их фракционный состав – число частиц разного размера. Седиментационный анализ широко используют для качественной оценки функционального состояния эритроцитов. Скорость оседания эритроцитов значительно изменяется при различных заболеваниях, что является диагностическим признаком. Оптические свойства: рассеивание света (Закон Рэлея). Теория рассеивания света разработана Рэлеем в 1871 году, который вывел для сферических частиц уравнение, связывающее интенсивность падающего света (I0) с интенсивностью света, рассеянного единицей объема системы (Ip).  где I, I0 - интенсивность рассеянного и падающего света, Вт/м2; кр - константа Рэлея, постоянная, зависящая от показателей преломления веществ дисперсной фазы и дисперсионной среды, м-3; сv - концентрация частиц золя, моль/л; λ - длина волны падающего света, м; r - радиус частицы, м. Электрокинетические свойства: электрофорез и электроосмос; потенциал течения и потенциал седиментации Перемещение дисперсной фазы или дисперсионной среды под действием внешнего электрического поля или возникновение разности потенциалов при перемещении дисперсной фазы и дисперсионной среды относительно друг друга называют электрокинетическими явлениями.  Электрофорезом называют перемещение частиц дисперсной фазы относительно неподвижной дисперсионной среды под действием внешнего электрического поля. Положительно заряженные гранулы под действием электрического поля перемещаются к катоду, а отрицательные противоионы диффузного слоя – к аноду. С помощью электрофореза можно определить знак заряда частиц дисперсной фазы и числовое значение электрокинетического потенциала. Электроосмосом называют перемещение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы под действием внешнего электрического тока. Кварцевый капилляр, заполненный водой, помещён в электрическое поле. Под действием внешнего электрического поля положительно заряженные противоионы диффузного слоя вместе с гидратной оболочкой перемещаются к катоду. В результате происходит перемещение слоя жидкости, заполняющей капилляр, к аноду.  С помощью электроосмоса можно определить числовое значение электрокинетического потенциала и знак заряда частиц дисперсной фазы. Электрофорез и электроосмос находят широкое применение в медико-биологических исследованиях. Электрофорез используется в клинических исследованиях для диагностики многих заболеваний, для разделения аминокислот, нуклеиновых кислот, антибиотиков, ферментов, антител, форменных элементов крови, бактериальных клеток, для определения чистоты белковых препаратов. Потенциал течения (протекания) – это возникновение разности потенциалов при перемещении дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы. Потенциал седиментации – это возникновение разности потенциалов при перемещении дисперсной фазы относительно неподвижной дисперсионной среды.  |