Завдання для виконання самостійної роботи.
1. Що вивчає фізична хімія?
2. Назвати розділи, які вивчає фізична хімія.
3. Які технологічні процеси пояснює фізична хімія?
4. Основні відкриття М.М. Бекетова.
5. Які закони лежать в основі заходів по охороні навколишнього середовища?
6. Виникнення фізичної хімії, основні вчені, які її розвили.
7. Праця вчених: М.В.Ломоносова, Т.Грем, І.Г.Борщов.
8. Назвіть дві групи основних запитаннь, які розлядає фізична хімія.
9. Основі напрямки розвитку фізичної хімії.
10. Значення фізичної хімії для технологічного процесу х/п.
Самостійна робота № 2
Тема: Розподіл швидкості при ламінарному потоці, турбулентний потік, скло, вода.
Стислі теоретичні відомості Розподіл швидкості при ламінарному та турбулентному потоці.
Розглянемо рідини, які знаходяться між двома великими пластинками, одна з яких нерухома, а інша рухається з певною швидкістю. Рухові тонкого шару рідини, який прилягає до кожної пластини, заважає тертя. Рухома пластина заставляє рідину рухатися в одному напрямку з пластиною з приблизно рівною швидкістю, а шар, який прилягає до нерухомої пластини, рухається дуже повільно. Якщо представити, що рідина складається із великого числа шарів, то кожний шар буде пересуватися впродовж сусіднього і опір за рахунок тертя між шарами, які прилягають приведе до появи градієнта швидкості. Деформація рідини, яку викликає градієнт швидкості, називають зсувом. Ньютон показав, що сила опору між шарами f пропорційна площі шару S і градієнту швидкості між ними dv/dy:
f
= S(
)
де, називають коефіцієнтом в’язкості або в’язкістю;
f/S = F – напруга зсуву;
dv/dy = G – градієнт сзуву або швидкість зсуву.
Якщо рідина знаходиться не між пластинами, а тече по циліндричній трубі, тертя виникає біля стінок труби. В цьому випадку швидкість максимальна продовж осі трубки і мінімальна у її стінок, так що градієнт швидкості стає параболічним, а не лінійним. Умови протікання рідини відповідають ламінарному потоці, він відбувається до тих пір, поки значення градієнту зсуву не дуже велике. Велике значення градієнту зсуву пов’язано з виникненням турбулентності.
Вода.
Вода – найбільш розповсюджене і необхідне для життя хімічна речовина. Вода являється добрим розчинником, особливо для різноманітних електролітів. Багато хімічних реакцій відбуваються при участі води, як реагенту або як середовища, в якому протікає взаємодія речовин.
По фізичним властивостям вода різко відрізняється від других подібних сполук. Аномалія спостерігається при порівнянні густини рідини води і льоду. У більшості речовин при переході із рідкого стану в твердий, густина зростає і об’єм зменшується. Вода ж в рідкому стані має найбільшу густину, ніж лід, а при замерзанні води, її об’єм збільшується. Звичайно з підвищенням температури густина рідини зменшується, при нагріванні від 0 до 4 0С густина її зростає.
Особливість фізичних властивостей води зумовлена будовою її молекул і характером міжмолекулярних зв’язків. Молекула води складається з двох атомів водню і одного атому кисню. Кисень являється дуже сильним електронегативним елементом і тому електрони, які належать атому водню, зміщенні в молекулі води до атома кисню. В результаті атоми водню отримують позитивний заряд, а атом кисню – негативний. Такі молекули, у яких в одної частині сконцентрований негативний заряд, а в другій – позитивний, називають полярними. Полярність молекули води являється причиною утворення гідратної оболонки іонів при розчиненні в воді електроліту, і асоціації її молекул, об’єднаних в дімери і більш складні асоціати.
Зміщення в молекулі води електронів атома водню до атому електронегативного елемента – кисню – приводить до того, що між протоном атому водню молекули води і атомом кисню сусідньої молекули виникає міцний водневий зв'язок. Водневий зв'язок може утворюватися між молекулами і другими речовинами, в яких атом водню з’єднується з атомом електронегативного елемента.
При замерзанні води її молекули певним чином розміщуються в просторі завдяки водневому зв’язку, утворюючи кришталеву структуру льоду. Ця структура ажурна, в ній є пустота, розмір якої перевищує розміри молекули води. При плавленні льоду така рихла структура частково руйнується, відриваються окремі молекули, які входять в пустоту. В результаті число молекул в одиниці об’єму зростає, а й відповідно збільшується густина. Тому об’єм води, який утворюється при плавленні менший, порівняно з об’ємом льоду. При подальшому нагріванні водневий зв'язок розривається і при температурі вище + 4 0С починає діяти тепловий рух молекул, об’єм починає зростати, а густина зменшується. Аномально високі температури замерзання і кипіння води зумовлені водневим зв’язком між її молекулами.
Скло.
При швидкому зниженні температури рідини, нижче температури плавлення (переохолодження рідини), зростанню в’язкості перешкоджає кристалізація речовини і рідина переходить в склоподібний (аморфний) стан. Склоподібний стан спостерігається у сполук, які складаються зі складних молекул, або у речовин зі складною геометричною будовою кришталевої решітки. В склоподібному стані можуть знаходитися неорганічні речовини (SiO2, B2O3, AI2O3), цукор, органічні полімери. При дуже швидкому охолодженні розплавлених металів отримують метали в склоподібному стані. Вони відрізняються дуже великою міцністю, пластичністю, стійкістю до корозії. До склоподібних речовин відносять карамельну масу, яку отримують на кондитерських фабриках швидким охолодженням увареного до високої концентрації цукрово-паточного сиропу. В’язкість сиропу швидко збільшується, сахароза не вспіває кристалізуватися і маса стає твердою зберігаючи склоподібний стан.