Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория поверхностных явлений. Учебное пособие
.pdf
4.5. Задачи для самостоятельного решения
1. Как изменится реакционная способность и растворимость
порошкообразного сульфида серебра при температуре 298 К,
если средний размер частиц составит 1 мкм, 10 нм? Поверхностное натяжение составляет 2,21 Дж/м
2. Как повлияет на реакционную способность диспергирование частиц ртути до размера 100; 50; 30 и 20 нм? Поверхностное
натяжение составляет 0,4753 Дж/м2.
3. Как изменится при температуре 298 К реакционная способность порошкообразного оксида магния MgO, если средний
размер частиц составит 10 и 100 нм? Поверхностное натяжение
составляет 1,0 Дж/м2.
4. Во сколько раз изменится реакционная способность порошкообразного вольфрама и температура его плавления, если
средний размер частиц составит 1 и 100 нм? Поверхностное натяжение составляет 6,814 Дж/м2. Температура плавления вольфрама – 3380 С. Удельная теплота плавления – 191 кДж/кг.
5. Имеются два наноматериала одного и того же химического состава, состоящие из частиц сферической формы. Средний
радиус частиц первого материала 20 нм, а второго – 100 нм. Какой из двух материалов имеет большую удельную поверхность
и во сколько раз?
6. Наночастицы золота известны своими каталитическими
свойствами. Сколько наночастиц состава Au8 можно получить
из 2,5 см3 металла? Плотность золота составляет 19,3 г/см3.
7. Наночастица, содержащая 55 атомов золота, имеет диаметр 1,4 нм. Оцените радиус атома золота, считая, что атомы
в наночастице занимают 70 % ее объема.
8. Чему будет равна температура плавления порошка железа дисперсностью 107 м–1, если справочная температура плавления железа – 1806 К, величина поверхностного натяжения –
2,3 Дж/м2, а теплота плавления – 13,8 кДж/моль?
9. Чему будет равен размер частиц меди, если температура плавления медного порошка снизилась на 100 С по сравнению со справочной? Принять поверхностное натяжение меди
1,43 Дж/м2, а теплоту плавления – 13,05 кДж/моль.
2
.
81
10. Насколько снизится температура плавления натрия
по сравнению со справочной (370,3 К), если после диспергирования средний размер частиц составил 5 · 10–7 м? Принять поверхностное натяжение равным 0,25 Дж/м2, а теплоту плавления – 2,6 кДж/моль.
11. Рассчитайте температуру плавления кальция, состоящего из частиц дисперсностью 2 · 10
8 м–1
? Теплота плавления каль-
ция – 8,66 кДж/моль, поверхностное натяжение – 1,4 Дж/м2.
12. Справочная температура плавления свинца – 600,6 К.
Произойдет ли его плавление при 473 К, если дисперсность
его порошка составляет 2 · 108 м–1? Теплота плавления свинца – 4,77 кДж/моль, величина поверхностного натяжения –
0,56 Дж/м2.
13. Температура внутреннего пожара составила 600 С. Расплавится ли находящаяся там дисперсия магния с размером частиц 5 · 10–8 м? Теплота плавления магния – 8,56 кДж/моль, поверхностное натяжение – 0,66 Дж/м2, справочная температура
плавления – 923 К.
14. На внутреннем пожаре среднеобъемная температура
в помещении составила 500 С. Какой минимальный размер
должен быть у алюминиевой пудры, чтобы не произошло ее
плавление? Справочная температура плавления – 933 К, теплота плавления – 10,8 кДж/моль, поверхностное натяжение –
1,14 Дж/м2.
15. Определите температуру замерзания тонкораспыленной
воды с размером частиц 3 нм. Справочная теплота плавления –
6,02 кДж/моль, поверхностное натяжение – 0,072 Дж/м2.
16. Постройте зависимость изменения температуры плавления золота в зависимости от размера частиц в интервале от 2
до 100 нм. Температура плавления «компактного» золота составляет 1340 К, поверхностное натяжение составляет 1,134 Дж/м2.
17. Рассчитайте значение поверхностного натяжения эвтектического состава системы TiN–AlN, если температура его
плавления изменяется с 2715 до 2110 К при уменьшении размера частиц до 20 нм.
18. Определите, как изменяется суммарная поверхность всех
частиц, содержащихся в порошке металлического Ni, со средним
82
размером 0,1 мкм при диспергировании до 100 нм, который становится пирофорным, т.е. воспламеняется при соприкосновении
с воздухом. Рассчитайте температуру воспламенения (плавления) диспергированного до 100 нм никеля. Температура плавления «компактного» никеля составляет 1453 С. Теплота плавления – 303 кДж/кг.
19. Как изменится суммарная поверхность фуллерена, содержащего 540 атомов углерода, по сравнению с фуллереном
С
, состоящим из 60 атомов углерода, расположенных на сфе-
60
рической поверхности с диаметром ~ 1 нм?
20. Определите пороговую величину размера частиц CdS,
определяющую его температуру плавления в виде нанообъекта,
т.е. интенсивного снижения температуры.
21. Реакция CO + NO в присутствии нанокластеров палладия Pd
протекает при 300 К, что на 150 К ниже темпера-
20–30
туры реакции, катализируемой монокристаллами металла.
Используя уравнение Аррениуса для константы скорости, оцените, во сколько раз кластеры уменьшают энергию активации
по сравнению с монокристаллами (считайте, что значение A
не зависит от размера частиц Pd).
22. Считая, что активность гетерогенного катализатора пропорциональна его поверхности, определите, во сколько раз надо
уменьшить размер частиц катализатора, чтобы сократить его
количество в 4 раза, но сохранить активность. Частицы считайте сферическими.
23. Насколько снизится температура плавления платины
по сравнению со справочной (1769,3 С), если после диспергирования средний размер частиц составил 2 · 10–9 м? Принять
поверхностное натяжение равным 2,3 Дж/м2, а теплоту плавления – 111 кДж/кг.
24. Как изменится растворимость и реакционная способность порошкообразного молибдена при температуре 298 К,
если средний размер частиц составит 10 мкм и 10 нм? Поверхностное натяжение составляет 2,19 Дж/м2.
25. Изменится ли реакционная способность порошкообразной меди, если средний размер частиц составит 2 нм и 2 мкм?
Поверхностное натяжение составляет 1,356 Дж/м2.
83
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Бокштейн Б.С., Менделев М.И. Краткий курс физиче-
ской химии. М.: ЧеРо, МИСиС, 2002. 231 с.
Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пори-
стость. Пер. с англ. 2-е изд. М.: Мир, 1984. 306 с.
Ефремов И.Ф. Периодические коллоидные структуры.
Л.: Химия, 1971. 192 с.
Жуховицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия.
М.: Металлургия, 2001. 687 с.
Немцева М.П., Филиппов Д.В., Федорова А.А. Реологические свойства коллоидных систем. Иваново: ФГБОУ ВО
«ИГХТУ», 2016. 61 с.
Сумм Б.Д. Основы коллоидной химии. М.: Издательский
центр «Академия», 2006. 240 с.
Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные
явления и дисперсные системы. М.: Альянс, 2004.
IUPAC Compendium of Chemical Terminology. Version
2.3.2. 2012-08-19. http://www.iupac.org/
84
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ 1
Индивидуальные задания (задача 2.2)
Таблица ДЗ1.1
Вариант Адсорбат А Адсорбент ВТ, К
1С
4Н10
Активированный
уголь
273
2 Не Уголь АГ-2 63,3
3 Ne Уголь АГ-2 63,3
4N
5СО
2
2
Активированный
Активированный
уголь
уголь
90
195
Р, мм
рт.ст.
50
100
150
200
250
300
10
15
30
47
63
100
16
27
46
104
150
225
25
50
75
100
200
300
100
200
300
400
500
600
–4
Г, 10
моль/г
3,84
4,38
4,47
4,55
4,68
4,91
33,9
45,5
87,5
88,5
89,8
89,9
1,89
2,62
4,46
6,74
11,62
15,56
4,46
6,70
7,81
8,84
10,94
12,05
0,112
0,121
0,125
0,129
0,134
0,136
85
Продолжение табл. ДЗ1.1
Вариант Адсорбат А Адсорбент ВТ, К
6СО
7N
2
Активированный
уголь
Активированный
уголь
90
77,4
8Н2Уголь АГ-2 63,3
9СО
2
Активированный
уголь
303
10 Kr Древесный уголь 193,5
11 С
2Н4
Активированный
уголь
273
Р, мм
рт.ст.
100
200
300
400
500
600
48
98
189
345
424
489
25
47
88
183
267
410
50,7
138,5
283,3
398,9
494,1
758,6
2,45
3,5
5,2
7,2
9,0
11,2
70,0
93,0
168,0
400
616
780
–4
Г, 10
моль/г
0,121
0,129
0,138
0,139
0,143
0,147
0,917
1,022
1,127
1,203
1,221
1,239
4,46
6,70
7,81
8,84
10,94
12,05
4,59
8,80
12,9
15,2
17,0
19,1
2,67
3,46
4,46
5,51
6,30
7,34
17,6
19,1
22,3
27,5
28,4
29,0
86
Вариант Адсорбат А Адсорбент ВТ, К
12 Аr
13 СН
Активированный
Активированный
4
уголь
уголь
194,5
255
14 Кr Углеродная пленка 90
15 Хе Уголь АГ-2 193,2
16 Аr
Активированный
уголь
77,4
17 Хе Уголь АГ-2 213,2
Р, мм
рт.ст.
24
54,2
98,4
129
218
564
69
127
248
355
497
640
0,25
0,5
1,0
2,0
2,5
4,0
25,5
53
79
139
228
316
11,5
30
58
102
155
193
12
21
63
149
208
283
–4
Г, 10
моль/г
2,27
4,47
6,95
8,4
11,1
17,8
1,92
3,21
5,31
6,70
8,21
9,51
0,055
0,0656
0,08
0,0833
0,0845
0,0893
33,6
40,3
44,0
49,3
54,4
58,3
103,7
120,7
130,6
136,7
140,5
143,3
18,6
22,5
31,3
40,1
43,6
47,2
87
Продолжение табл. ДЗ1.1
Вариант Адсорбат А Адсорбент ВТ, К
18 Н
2
Уголь АГ-2 90,13
19 Аr Уголь АГ-2 193,2
20 Кr Уголь АГ-2 213,2
21 Хе Уголь АГ-2 233,2
22 О
23 С6Н
2
Активированный
6
Сульфат бария 473
уголь
90
Р, мм
рт.ст.
21
66
109
219
287
409
35
52
94
153
305
514
12
33
83
191
250
377
30
70
193
276
393
441
50
75
100
200
300
500
2,0
2,5
5,0
6,0
8,0
10,5
–4
Г, 10
моль/г
6,1
11,0
14,0
19,3
21,8
25,5
2,3
2,9
4,4
5,9
8,8
11,5
2,9
5,9
9,9
15,6
18,1
22,3
17,0
23,5
32,9
36,8
41,7
43,7
15,2
16,1
16,5
18,3
19,2
20,0
25
30
40
44
50
55
88
Вариант Адсорбат А Адсорбент ВТ, К
24 СО
25 С
2Н4
2
Активированный
уголь
Активированный
уголь
26 NO BaF
27 N
28 С
29 N
2
6Н6
2
Активированный
уголь
Сульфат бария 493
Активированный
уголь
2
303
273
250
273
77,2
Р, мм
рт.ст.
14,7
50,7
283,5
398,9
498,1
621,8
70
93
168
319
400
616
99
139
176
323
473
502
39,3
129,8
222,4
340,1
562,3
774,6
2,0
3,0
4,0
7,0
8,0
10,0
50
100
200
300
400
500
–4
Г, 10
моль/г
1,79
4,59
12,9
15,2
17,0
18,5
17,6
19,1
22,3
25,2
27,5
28,9
1,59
1,86
2,12
2,88
3,38
3,46
0,44
1,36
2,27
3,14
4,60
5,83
15
21
24,5
33
36
40
12,5
13,4
14,5
15,2
15,6
16,1
89
Продолжение табл. ДЗ1.1
Вариант Адсорбат А Адсорбент ВТ, К
30 Не Уголь АГ-2 77,4
31 Ne Уголь АГ-2 77,4
32 Аr Уголь АГ-2 90,13
33 Кr Уголь АГ-2 253,2
34 N
35 Н
2
2
Уголь АГ-2 90
Уголь АГ-2 77,4
Р, мм
рт.ст.
102
150
194
238
362
452
52
109
157
217
362
438
39
80
170
222
285
359
55
122
218
289
366
444
23
47
100
181
291
392
25
41
67
103
152
–4
Г, 10
моль/г
0,1422
0,2190
0,2699
0,3320
0,4920
0,6214
1,65
3,11
4,11
5,28
8,07
9,48
87,1
99,3
113,7
118,6
123,7
127,5
2,78
5,19
7,94
9,44
11,99
13,56
64,1
69,4
77,5
83,9
90,4
96,3
64,1
69,4
77,5
83,9
90,4
96,3
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]