Билет 1

1.Основные понятия в химии: вещество, молекула, атом. Строение атома. Химический элемент. Изотопы. Атомная единица массы. Число Авогадро. Моль.

Химия- наука о веществах и их превращениях друг в друга.

Вещества- это совокупность молекул, имеющих одинаковый качественный и количественный состав и одинаковое строение.

С₂Н₆О

СН₃-О-СН₃-

СН₃-СН₂-ОН

Молекула - мельчайшие частицы вещества, обладающие всеми его химическими свойствами; молекула состоит из атомов.

Атом- это химически неделимые частицы, из-за которых образованы молекулы. ( для благородных газов молекула и атом одно и тоже, Не, Ar)

Атом- электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра, вокруг которого по своим строго определенным законам распределены отрицательно заряженные электроны. Причём суммарный заряд электронов равен заряду ядра.

Ядро атомов состоит из положительно заряженных протонов (р) и нейтронов (n) не несущих никакого заряда. Общее название нейтронов и протонов – нуклоны. Масса протонов и нейтронов практически одинакова.

Электроны (е^-) несут отрицательный, заряд равный заряду протона. Масса е^- составляет приблизительно 0,05% от массы протона и нейтрона. Таким образом, вся масса атома сосредоточена в его ядре.

Число р в атоме, равные заряду ядра , называется порядковым номером (Z), так как атом электронейтрален число е^- равно числу р.

Массовым числом (А) атома называется сумма протонов и нейтронов в ядре. Соответственно число нейтронов в атоме равно разности между А и Z. (массовым числом атома и порядковым номером).(N=А-Z).

₁₇³⁵Cl р=17, N=18, Z=17. 17р⁺, 18n⁰, 17е^-.

нуклоны

Химические свойства атомов определяется их электронным строением (число электронов), которое равно порядковому номеру атомов (заряду ядра). Следовательно, все атомы с одинаковым зарядом ядра в химическом отношении ведут себя одинаково и рассчитываются как атомы одного и того же химического элемента.

Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. (110 химических элементов).

Атомы, имея одинаковый заряд ядра, могут различаться массовым числом, что связанно с различным числом нейтронов в их ядрах.

Атомы, имеющие одинаковый заряд ядра, но различное массовое число называются изотопы.

₁₇³⁵Cl₁₇³⁷Cl

N=18 N=20

Изотопы водорода Н:

Обозначение: ₁¹Н ₁²Д ₁³Т

Название: протий дейтерий тритий

Состав ядра: 1р 1р+1n 1р+2n

Протий и дейтерий-стабильны

Тритий-распадается(радиоактивный) Используется в водородных бомбах.

Атомная единица массы. Число Авогадро. Моль.

Массы атомов и молекул очень малы (приблизительно 10^-28 до 10^-24г.), для практического отображения этих масс целесообразно ввести свою единицу измерения, которая бы приводила к удобной и привычной шкале.

Т.к масса атома сосредоточена в его ядре, состоящих из практически одинаковых по массе протонов и нейтронов, то логично за единицу массы атомов принять массу одного нуклона.

Условились за единицу массы атомов и молекул принять одну двенадцатую изотопа углерода, имеющее симметричное строение ядра (6р+6n). Эту единицу называют атомной единицей массы (а.е.м.), она численно равна массе одного нуклона. В этой шкале массы атомов близки к целочисленным значениям: Не-4; Al-27; Ra-226 а.е.м……

Рассчитаем массу 1 а.е.м в граммах.

М(1 а.е.м)=

= 1/12 (¹²С) = =1,66*10^-24г/а.е.м

Рассчитаем, какое количество а.е.м содержится в 1г.

= =6,02 *

N_A= 6,02 * -число Авогадро

Полученное соотношение называется числом Авогадро, показывает сколько а.е.м содержится в 1г.

Массы атомов, приведенные в Периодической таблице выражены в а.е.м

Молекулярная масса- это масса молекулы, выраженная в а.е.м, находится как сумма масс всех атомов, образующих данную молекулу.

м(1 молекулы Н₂SO₄)= 1*2+32*1+16*4= 98 а.е.м

Для перехода от а.е.м к практически используемой в химии 1 г ввели порционный подсчёт количества вещества причём в каждой порции содержится число N_A структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов). В этом случае масса такой порции, называемой 1 моль, выраженной в граммах, численно равна атомной или молекулярной массе, выраженных в а.е.м.

Найдём массу 1 моль Н₂SO₄:

М(1 моль Н₂SO₄)=

=98а.е.м*1,66* *6,02* =

=98г

Как видно молекулярная и молярная массы численно равны.

1 моль – количество вещества, содержащее число Авогадро структурных единиц (атомов, молекул, ионов).

Молекулярная масса(М)- масса 1 моль вещества, выраженная в граммах.

Количество вещества-V(моль); масса вещества м(г); молярная масса М(г/моль)-связаны соотношением: V= ;

2 Н₂О+ О₂ 2Н₂О

2 моль 1 моль

2.Коагуляция коллоидных растворов. Механизм коагуляции: нейтрализационная и концентрационная коагуляция. Порог коагуляции, коагулирующее действие, правило Шульце-Гарди. Коагуляция в присутствии флокулянтов.

Коллоидные растворы термодинамически неустойчивы и под действием внешних факторов или самопроизвольно способны разрушаться. Процесс называется коагуляцией – процесс слипания коллоидных частиц с образованием более крупных агрегатов. В результате коагуляции укрупненные частицы дисперсной системы легко осаждаются. Причиной коагуляции могут быть различные факторы: добавление растворов электролитов, концентрирование коллоидных растворов, воздействие электромагнитных полей, ультразвука, радиации. Коагуляцию может вызвать любой электролит, но для каждого электролита существует своя минимальная концентрация, которая вызывает коагуляцию. Данная концентрация называется порогом коагуляции – это минимальное количество электролита, которое надо добавить к коллоидному раствору, чтобы вызвать заметную коагуляцию – помутнение раствора, изменение окраски. Порог коагуляции можно рассчитать по формуле:

Спк = СэлVэл/Vкр+Vэл

Сэл – концентрация электролита, Vкр,Vэл – смешиваемые объемы растворов электролита и коллоидного раствора. Величину, обратную порогу коагуляции называют коагулирующим действием ί.

ί = 1/Спк Спк(порог коагуляции) i( гамма)

Коагулирующее действие электролитов на коллоидные растворы подчиняется правилу Шульце-Гарди: коагуляцию коллоидных растворов вызывают любые ионы, имеющие знак заряда противоположный заряду гранул. Коагулирующее действие ионов тем сильнее чем больше заряд иона-коагулянта. Коагулирующее действие иона-коагулянта прямо пропорционально его заряду в 6 степени (ί = f(z⁶)).

Механизм коагуляции: коагуляция может происходить 2 путями:

1)засчёт понижения заряда поверхности ядра, т е засчёт понижения межфазового потенциала фи.

2)засчёт понижения толщины ионных атмосфер мицелл при неизменном потенциале фи.

В связи с этим выделяют 2 вида коагуляции: нейтрализационная и концентрационная.

Нейтрализационная коагуляция наступает под действием электролита, который химически взаимодействует с потенциал определяющими ионами (например переводя их в осадок) и тем самым понижается поверхностный заряд ядра.

Если к положительно заряженному золю AgJ добавить раствор K2S. То наступает коагуляция данной дисперсной системы вследствии образования малорастворимого Ag2S

{mAgJ*nAg⁺*(n-x)NO₃^-}^x+*xNO₃ => (+K₂S) Ag₂S↓ + AgJ↓ + KNO₃

Переводя потенциал определяющие ионы в осадок Ag₂S гранула лишается своего заряда что приводит к агрегации коллоидных частиц.

Концентрационная коагуляция наступает при введении электролита который химически не взаимодействует с потенциал определяющими ионами и таким образом заряд гранул не изменяется, в этом случае коагулирующее действие проявляют те ионы которые являются противоионами по отношению к заряду гранулы. Эти ионы снимают ионную сферу мицеллы коллоидной частицы, заставляя ей проникать в ионы атмосферы ядра. Таким образом гранулы приобретают нейтральный заряд что привод к агрегации коллоидных частиц.

{mAgJ*nAg⁺*(n-x)NO₃^-}^x+*xNO₃ + zNO₃^- => {mAgJ*nAg⁺ * nNO₃^-}⁰ + zNO₃^-

Коагуляция в присутствии флокулянтов. Коагуляция – агрегирование частиц дисперсной фазы в лиофобных золях или суспензиях под действием небольших количеств высокомолекулярных соединений. В качестве флокулянта наиболее часто применяют полиакриламин или его производные

Гидролизованный полиакриламин в аммонийной форме. может достигать 1-2*10^-6 млн г/моль. Макромолекула флокулянта имеет огромное число отрицательно заряженных участков, которые вступают в химические взаимодействия с положительно заряженными гранулами коллоидных частиц, сорбируют их, образуя тяжелые хлопья флокулянта коллоидных частиц, которые под силой тяжести осаждаются.

Билет 2

1. Основные законы химии

Закон постоянства состава вещества- химически чистое вещество независимо от способа получения всегда имеет постоянный качественный и количественный составы.

2H2+O2=2H2O

CH3+2O2=CO2+2H2O

NaOH+HCl=NaCl+H2O

Вещества с постоянным составом называются- дальтониты. В качестве исключения известны вещества неизменного состава- бертолиты (оксиды, карбиды, нитриды)

Закон сохранения массы (Ломоносов)- масса веществ вступивших в реакцию всегда равна массе продуктов реакции. Из этого следует что атомы в ходе реакции не исчезают и не образуются они переходят из одних веществ в другие. На этом основан подбор коэффициентов в уравнении химической реакции, число атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения должно быть равно.

Закон эквивалента- в химических реакциях вещества реагируют и образуются в количествах равных эквиваленту (Сколько эквивалента одного вещества израсходовано, ровно столько же эквивалентов израсходовано или образовалось другого вещества).

Эквивалент- количество вещества, которое в ходе реакции присоединяет, замещает, высвобождает один моль атомов (ионов) H. Масса эквивалента выраженная в граммах называется эквивалентной массой (Э).

Газовые законы

Закон Дальтона- общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений всех компонентов газовой смеси.

Закон Авогадро- равные объёмы различных газов при одинаковых условиях содержат равное число молекул.

Следствие: один моль любого газа при нормальных условиях (t=0 градусов или 273K и P=1 атмосфера или 101255 Паскаль или 760 мм. Рт. Столба.) занимает V=22,4 л.