Органічна і фізколлоїдная хімія: опис, завдання та особливості

Фізколлоїдная хімія - це наука, яка вивчає хімічні та фізичні властивості поверхневих явищ і дисперсних систем.

визначення

Фізколлоїдная хімія пов`язана з дисперсними системами. Під ними прийнято розуміти такі стани, в яких одне або більше речовин знаходяться в диспергованому (роздробленому) стані по масі другого речовини. Роздроблену фазу називають дисперсною фазою. Дисперсійним середовищем називають середу, в якій в роздробленому вигляді знаходиться дисперсна фаза.

Адсорбція і поверхневі явища

Фізколлоїдная хімія розглядає поверхневі явища, які протікають на поверхні розділу дисперсних систем.

Серед них відзначимо:

• змочування;
• поверхневий натяг;
• адсорбцію.

Фізколлоїдная хімія аналізує важливі технічні процеси, що стосуються стічних вод і очищення повітря, збагачення корисних копалин, зварювання металів, фарбування різних поверхонь, мастила, чищення поверхонь.

Відео: Завдання з органічної хімії. Вуглеводи. урок 90

Поверхневий натяг

Органічна і Фізколлоїдная хімія пояснюють явища, що відбуваються на поверхні розділу фаз. Проаналізуємо систему, яка складається з газу і рідини. На молекулу, яка знаходиться всередині системи, діють сили тяжіння з боку найближчих молекул. На молекулу, яка розташовується на поверхні, також надають дію сили, але вони не компенсовані.

Причина в тому, що в газоподібному стані відстані між молекулами досить великі, сили практично мінімальні. Внутрішній тиск намагається затягнути всередину молекули рідини, в результаті відбувається стиснення.

Для створення нової поверхні розділу фаз, наприклад, розтягування в плівку, необхідно зробити роботу проти внутрішнього тиску. Між витрачається енергією і внутрішнім тиском існує пряма залежність. Енергію, зосереджується в молекулах, розташованих на поверхні, вважають вільної поверхневою енергією.

основи термодинаміки

В основні завдання Фізколлоїдная хімії входить обчислення по термодинамічних рівнянь. Залежно від розглянутої реакції, можна визначити можливість її самовільного протікання.

Через нестійкості термодинамічних систем протікають процеси, які пов`язані з укрупненням частинок, що супроводжується зниженням поверхні розділу фаз.

Причини зміни термодинамічної стану

Які фактори впливають на величину поверхневого натягу?

В першу чергу важливо виділити природу речовин. Величина поверхневого натягу безпосередньо пов`язана з особливостями конденсованої фази. При збільшенні полярності зв`язку в речовині відбувається зростання сили натягу.

На стан на кордоні розділу фаз впливає і температура. У разі її підвищення зменшуються в речовині сили, що діють між окремими частинками.

Відео: Анна Карцова. Кислотно-основні властивості органічних сполук

Концентрація речовин, розчинених в аналізованої рідини, також впливає на стан термодинамічної системи.

Існує два різновиди речовин. ПІВ (поверхнево-інактивні речовини) підвищують величину натягу розчину в порівнянні з ідеальним розчинником. Такими речовинами є сильні електроліти. ПАР (поверхнево-активні речовини) знижують величину натягу на межі поділу в образующемся розчині. При збільшенні цих речовин в розчині спостерігається їх концентрація в поверхневому шарі розчину. Полярними органічними сполуками є кислоти, спирти. Вони мають в своєму складі полярні групи (амино-, карбоксильну, гідроксо-), а також неполярну вуглеводневий ланцюг.

особливості сорбції

Фізколлоїдная хімія (СПО) включає в себе розділ, що стосується сорбційних процесів. Адсорбція - це процес мимовільного зміни в поверхневому шарі концентрації речовин щодо їх кількості в обсязі фаз.

Адсорбентом є речовина, на поверхні якого здійснюється осадження. Адсорбтів - це речовина, здатне до осадження. Адсорбат - обложене речовина. Десорбція - це процес, зворотний адсорбції.

види сорбції

Викладач Фізколлоїдная хімії розповідає про двох видах адсорбції. У разі фізичного осадження відбувається виділення незначної кількості енергії, яку можна порівняти з теплотою конденсації. Цей процес звернемо. У разі підвищення температури адсорбція знижується, збільшується швидкість зворотного процесу (десорбції).

Відео: Урок № 12 Прості ефіри

Хімічний варіант адсорбції незворотній, з поверхні витрачається не адсорбтів, а поверхневе з`єднання. При хемосорбції теплота висока, вона порівнянна з розміром теплового ефекту хімічної реакції. При підвищенні показника температури зростає хемосорбция, підвищується взаємодія між речовинами.

В якості прикладу хемосорбції відзначимо адсорбцію поверхнею металу кисню з повітря, його вивчає Фізколлоїдная хімія. Завдання і рішення часто пов`язані з визначенням величини натягу, що виникає на межі поділу двох середовищ.

Щоб кількісно описати яскраво виражену адсорбцію, використовують абсолютну адсорбцію. Вона характеризує кількість адсорбата (в моль), що припадає на одиницю площі взятого адсорбенту. У плани Фізколлоїдная хімії входить кількісне визначення даної величини.

характеристика адсорбентів

Фізична і колоїдна хімія особливу увагу приділяє аналізу типів адсорбентів, їх практичного застосування. Залежно від розміру поверхні адсорбенту, можливо різна кількість адсорбованого речовини. Найрезультативнішими адсорбентами вважають речовини, що мають розвинену поверхню: колоїди, порошки, пористі реагенти.

В якості основних кількісних характеристик адсорбентів виділяють питому поверхню і об`ємну пористість. Перша величина показує відношення поверхні адсорбенту до маси. Друга характеристика передбачає особливості його структури.

У колоїдної хімії виділяють два різновиди адсорбентів. Непористі речовини створені суцільними частинками, що утворюють пористу структуру «порошкової діафрагми» при щільній упаковці. Як пір між ними виступають проміжки між крупинками речовини. Структура може мати мікро- або макропористі структуру. Пористими адсорбентами є структури, які складаються із зерен, що мають внутрішню пористість.

У фізичної хімії особлива увага приділяється характеристиці грубодисперсних систем. Ними є порошкові склади, які утворюються з зерен порошку при пресуванні або щільної упаковки їх в трубки. Отримані системи мають певні термодинамічні характеристики, вивчення яких і є основним завданням Фізколлоїдная хімії.

Існує підрозділ процесу (з урахуванням природи адсорбтива) на іонну, молекулярну, колоїдну адсорбцію. Молекулярний процес пов`язаний з розчинами слабких електролітів або діелектриків. Відбувається адсорбція розчинених речовин на поверхні твердого адсорбенту.

Частина активних центрів на поверхні адсорбенту займають молекули розчинника. При проходженні процесу осадження молекули розчинника і адсорбтива виступають конкурентами.

Відео: Зміст шкільного курсу хімії

висновок

Фізична і колоїдна хімія є важливими розділами хімії. Вони пояснюють основні процеси, що відбуваються в розчинах, дозволяють проводити розрахунки кількостей теплоти, що виділяється (поглинається) при утворенні нових речовин. Основним законом, що використовуються при проведенні кількісних розрахунків, є закон Гесса. Він пов`язує між собою кілька термодинамічних характеристик, притаманних речовинам: ентальпію, ентропію, енергію. Термодинамічний процес утворення складних речовин з простих (вихідних) компонентів можна розглянути з точки зору закону Гесса. Проведені розрахунки дозволяють визначити ефективність процесу.