74

И.А. Луганская

Т.И. Дрововозова

О.Ю. Шалашова

ХИМИЯ

Сборник задач

для самостоятельной работы студентов специальностей 280401 «Мелиорация, рекультивация и охрана земель», 280402 «Природоохранное обустройство территорий» и 270104 «Гидротехническое строительство»

Новочеркасск 2008

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«НОВОЧЕРКАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕЛИОРАТИВНАЯ АКАДЕМИЯ»

И.А. Луганская

Т.И. Дрововозова

О.Ю. Шалашова

ХИМИЯ

Сборник задач

для самостоятельной работы студентов специальностей 280401 «Мелиорация, рекультивация и охрана земель», 280402 «Природоохранное обустройство территорий» и 270104 «Гидротехническое строительство»

Новочеркасск 2008

УДК 54 (075)

Л-83

Рецензенты:

Сербиновская Н.М., доцент кафедры органической, физической и коллоидной химии ДонГАУ, кандидат технических наук;

Рабинович А.Л., доцент кафедры инженерной графики и поискового конструирования НГМА, кандидат химических наук.

Луганская, И.А.

Л-83 Химия [Текст]: Сборник задач для самостоятельной работы студентов специальностей 280401 «Мелиорация, рекультивация и охрана земель», 280402 «Природоохранное обустройство территорий» и 270104 «Гидротехническое строительство» / И.А. Луганская, Т.И. Дрововозова, О.Ю. Шалашова; Новочерк. гос. мелиор. акад. – Новочеркасск, 2008. - 73 с.

В пособии изложено краткое содержание теоретических основ таких разделов химии, как дисперсные системы, комплексные соединения, химическая идентификация веществ, качество воды, минеральные удобрения и мелиоранты, строительные материалы, коррозия металлов и бетона. Приведены примеры решения типовых задач, а также варианты индивидуальных заданий для самостоятельной работы. Справочные данные, необходимые для решения задач, приведены в Приложении.

Предисловие

Пособие содержит вопросы, задачи и упражнения для самостоятельного изучения студентами следующих разделов химии: дисперсные системы, комплексные соединения, химическая идентификация веществ, качество воды, минеральные удобрения и мелиоранты, строительные материалы, коррозия металлов и бетона.

Каждый студент должен выполнить индивидуальное задание по варианту, предложенному преподавателем.

Для успешного выполнения данного задания студенту рекомендуется:

1. Предварительно ознакомиться с теоретическими основами тем, изложенными в начале каждого раздела пособия, а также используя рекомендуемую литературу.

2. Изучить приемы решения типовых задач и упражнений, приведенных в качестве примеров.

3. Выполнить задания своего варианта самостоятельной работы (номера заданий, соответствующих варианту, приведены в конце пособия – для студентов специальностей 280401 и 280402 на с. 63, для студентов специальности 270104 – на с. 66).

При оформлении заданий должны быть указаны номер и условие каждого из них, дан обоснованный ответ на поставленный вопрос. Ход решения или ответ на вопрос следует излагать последовательно, приводя при этом необходимые вычисления. Работа должна быть выполнена аккуратно и разборчиво.

Рекомендуемая литература

1. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1986. – 713 с.

2. Химия: Учебное пособие / Под ред. проф. В.В. Денисова – М.: ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Изд. Центр «МарТ», 2003. – 464 с.

3. Денисов В.В., Лозановская И.Н., Хорунжий Б.И. Химия в мелиорации. – Новочеркасск: изд. НИМИ, 1984. – 98 с.

4. Орлов Д.С., Лозановская И.Н., Николаева С.А. Химические процессы в орошаемых и мелиорируемых почвах. М.: изд. МГУ, 1990. – 96 с.

5. Материаловедение в строительстве: учебное пособие / под ред. И.А. Рыбьева. – М.: ИЦ «Академия», 2007. – 528 с.

1. Дисперсные системы

Дисперсными называют гетерогенные многофазные системы, состоящие из сплошной непрерывной фазы (дисперсионной среды) и раздробленных в ней частиц вещества, образующих дисперсную фазу.

Принципиальным отличием дисперсных систем от растворов является однородность и однофазность растворов, тогда как дисперсные системы гетерогенные и многофазные.

Обязательным условием получения дисперсных систем является взаимная нерастворимость диспергируемого вещества и дисперсионной среды. Одни и те же вещества могут образовывать как растворы, так и дисперсные системы в зависимости от растворителя. Например, хлорид натрия и сахар хорошо растворяются в воде, образуя растворы, тогда как из-за нерастворимости этих веществ в керосине и бензоле можно получить лишь дисперсные системы, но не растворы.

Классификация дисперсных систем

Дисперсные системы классифицируют по:

а) степени дисперсности;

б) агрегатному состоянию их фаз;

в) степени взаимодействия между частицами дисперсной фазы;

г) структурообразованию в дисперсных системах.

Классификация дисперсных систем по степени дисперсности. Количественной характеристикой дисперсности (раздробленности) вещества является степень дисперсности D – величина, обратная размеру дисперсных частиц:

D= ,

где а – диаметр сферических или волокнистых частиц, либо длина ребра кубических частиц, либо толщина пленок.

Степень дисперсности численно равна числу частиц, которые можно плотно уложить в ряд или в стопку пленок на протяжении 1 см. В таблице 1 приведены размеры частиц дисперсных систем с различной раздробленностью вещества.

Таблица 1 – Классификация корпускулярнодисперсных систем

по степени дисперсности

Системы	Раздробленность вещества	Поперечник частиц, см	Степень дисперсности, см-1
Грубодисперсные	Макроскопическая	1-10-2	1-102
	Микроскопическая	10-2-10-5	102-105
Предельновысокодисперсные	Коллоидная	10-5-10-7	105-107
Молекулярные и ионные	Молекулярная и ионная	10-7-10-8	107-108

Если все частицы дисперсной фазы имеют одинаковые размеры, то такие системы называют монодисперсными, если разные размеры – полидисперсными.

С повышением дисперсности все большее число атомов вещества находится в поверхностном слое, на границе раздела фаз, по сравнению с их числом внутри объема частиц дисперсной фазы. Соотношение между поверхностью и объемом характеризует удельная поверхность

S_уд. = .

Для сферических частиц S_уд.= = = ,

Для кубических частиц S_уд.= = ,

где r - радиус шара, d – его диаметр, l – длина ребра куба.

Своеобразие дисперсных систем определяется большой удельной поверхностью дисперсной фазы и физико-химическим взаимодействием дисперсной фазы и дисперсионной среды на границе раздела фаз (адсорбцией).

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию их фаз. Многообразие дисперсных систем обусловлено тем, что образующие их фазы могут находиться в одном из трех агрегатных состояний. При записи агрегатного состояния дисперсных систем первым указывают состояние дисперсионной среды (Г – газ, Ж – жидкость, Т – твердое) и через тире – агрегатное состояние дисперсной фазы.

1. Дисперсионная среда Г₁ – аэрозоли:

Г₁-Ж₂ (туман), Г₁-Т₂ (пыль, дым).

2. Дисперсионная среда Ж₁:

Ж₁-Г₂ – пены;

Ж₁-Ж₂ – эмульсии;

Ж₁-Т₂ – суспензии или взвеси (низкодисперсные системы);

коллоидные растворы или золи (предельно-высодисперсные).

3. Дисперсионная среда Т₁;

Т₁-Г₂ – твердые пены (пенопласт, пемза);

Т₁-Ж₂ – пример – жемчуг (в карбонате кальция коллоидно-диспергирована вода);

Т₁-Т₂ – бетон, сплавы, цветные стекла, эмали, драгоценные камни.

Классификация дисперсных систем по степени взаимодействия частиц дисперсной фазы:

1. Свободнодисперсные – между частицами дисперсной фазы взаимодействие отсутствует (аэрозоли, золи, разбавленные суспензии и эмульсии): системы текучие, не способны сохранять форму;

2. Связнодисперсные – твердообразные системы, возникающие при контакте частиц дисперсной фазы с образованием структуры в виде каркаса или сетки; системы нетекучие, способны сохранять форму. Структурированные коллоидные системы называют гелями, а переход из золя в гель, происходящий в результате понижения устойчивости золя, называют гелеобразованием. Примеры связнодисперсных систем – порошки, концентрированные эмульсии и суспензии (пасты), пены, а также почва.

3. Капиллярнодисперсные системы – образуются в тех случаях, когда сплошную массу вещества пронизывают поры и капилляры (древесина, мембраны, кожа, бумага, ткани).