Література

1 Гамеева О.С. Физическая и коллоидная химия.- М.: Высшая школа, 1974. С225 – 286.

2 Ахметов Б.В., Новиченко Ю.П., Чапурин В.И. Физическая и коллоидная химия. -Л.: Химия, 1986.

С 232 -268.

3 Ахметов Б.В. Задачи и упражнения по физической и коллоидной химии.-Л.:Химия,1988. С186-209.

4 Гамеева О.С. Сборник задач и упражнений по физической и коллоидной химии.- М.: Высшая школа, 1980. С134 – 159.

5 Краткий справочник физико-химических величин. Под редакцией К.П.Мищенко, А.А.Равделя. Л.Химия,1974.

6 Балезин С.А. Практикум по физической и коллоидной химии – М.: Просвещение,1980.

Алгоритм «Електроліз водних розчинів солей»

1 На яких електродах відбувається процес? На інертних?
Так	Ні

2 На катоді. Чи знаходяться в розчині катіони одного з металів, розташованих від Li до Аl в електрохімічному ряду?
Так	Ні

Електроди мідні?
Так	Ні

На катоді відновлюється водень з води: 4Н2О + 4е ---> 2Н2 + 4ОН-			Чи знаходяться в розчині катіони одного з металів, розташованих від Mn до Pb в електрохімічному ряду?
			Так		Ні

На катоді: Сu2+ + 2е --> Сu0 На аноді: Сu0 – 2е --> Сu2+

Чи знаходяться в розчині тільки катіони Сu2+ ?

Так

На катоді відновлюється метал або водень: Ме +n + n е ---> Ме 0 4Н2О + 4е ---> 2Н2 + 4ОН-

Чи знаходяться в розчині катіони одного з металів, розташованих від Сu до Аu в електрохімічному ряду?

Не розглядаються в даному алгорітмі

На катоді відновлюється метал Ме +n + n е ---> Ме 0

3 На аноді. Чи знаходиться в розчині один з аніонів безоксигенних кислот, крім F- ?
Так	Ні

Окиснюються аніони безоксигенних кислот до простих речовин: 2Cl- – 2e ---> Cl20 2Br - – 2e ---> Br20 2I- – 2e ---> I20 S2- – 2e ---> S0

Чи знаходяться в розчині тільки гідроксид – іони?
Так	Ні

Окиснюються гідроксид – іони: 4ОН- – 4е ---> О2 + 2Н2О

Чи знаходиться в розчині один з іонів оксигеновмісних кислот або іон F- ?

Так

Окиснюються молекули води, виділяється кисень: 2Н2О – 4е ---> О2 + 4Н+

4 Загальне рівняння процесу електролізу – сумарне рівняння реакцій окиснення і відновлення, що відбуваються на аноді і катоді

ІНСТРУКЦІЙНА КАРТКА ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ

З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ «ФІЗИЧНА ХІМІЯ»

ТЕМА: РОЗРАХУНОК АДСОРБЦІЇ НА МЕЖІ РОЗДІЛУ ФАЗ. БУДОВА МІЦЕЛИ КОЛОЇДНОЇ ЧАСТОЧКИ

Колоїдна хімія вивчає властивості дисперсних систем. Дисперсні системи гетерогенні і мають сильно розвинену поверхню. Ступінь подрібненості речовини характеризується величиною питомої поверхні S0, що дорівнює відношенню загальної поверхні частинок S до об’єму речовини V, яка подрібнюється.

S₀ = S / V

Питома поверхня – це загальна поверхня всіх частинок речовини, загальний об’єм яких складає 1см³.

Якщо прийняти форму частинки у вигляді кубу з ребром l см, то питома поверхня складає

S₀ = S / V = 6 l ² / l ³ = 6 / l.

Для частинок у вигляді кулі радіусом r питома поверхня складає

S₀ = S / V = 4r² / 4/3r³ = 3 / r

По мірі подрібнення речовини швидко зростає кількість частинок, одночасно зростає загальна і питома поверхня, а також запас вільної поверхневої енергії в системі. Тому в дисперсних системах самочинно відбуваються адсорбційні процеси, які знижують вільну енергію систем.

В розчинах адсорбція супроводжується зміною поверхневого натягнення. Адсорбція Г на кордоні розчин – газ кількісно характеризується надлишком речовини (кмоль/м²) в поверхневому шарі.

Поверхневий надлишок Г ,кмоль/м², визначають за зміною поверхневого натягнення, використовуючи рівняння Гіббса:

Г = – (С / RT) (d / dC) ,

де С – концентрація розчину, кмоль/м³;

R – молярна газова стала, Дж/ кмоль^.К;

Т – абсолютна температура, К;

d / dC – зміна поверхневого натягнення з концентрацією при незмінній поверхні, м^2.Н/кмоль.

Для приблизних розрахунків можна користуватися формулою Гіббса у вигляді

Г = – (С₂ / RT) (₂ – ₁ ) / (C₂ – С₁).

При адсорбції на межі розділу тверде тіло – рідина із – за неможливості дослідного визначення поверхневого натягнення кількість адсорбованої речовини розраховують за зміною концентрації розчину.

Залежність кількості речовини, що адсорбована 1г адсорбенту, від рівноважної концентрації за постійної температури виражається емпірічною формулою Фрейндлиха

x / m = a C ^{1/ n},

де х – кількість адсорбованої речовини, г;

m – кількість адсорбенту, г;

С – концентрація розчину при досягненні рівноваги;

а, 1/n – сталі величини, що визначаються дослідним шляхом.

Постійна 1/n для багатьох адсорбентів та адсорбатів коливається в межах від 0,1 до 0,5.

Константа а залежить від природи адсорбату і змінюється в широких межах.

Постійні а, 1/n можна визначити графічно. Логарифмуючи рівняння Фрейндлиха, отримуємо рівняння прямої lg (x/m) = lg a + 1/n lg C.

Визначивши значення x/m за двох концентраціях та побудувавши графік в логарифмічних координатах, визначають константи а і 1/n: lg a = ОА, 1/n = tg 

Колоїдна частинка має складну будову. У центрі частинки знаходиться ядро, що є скупченням великої кількості молекул або атомів речовини, що уворює золь.

На поверхні ядра з дисперсійного середовища адсорбуються иони того або іншого знаку. Сукупність ядра з адсорбованими на поверхні іонами називається колоїдною частинкою або гранулою.

Звичайно адсорбуються головним чином іони, у складі яких є елементи або атомні угрупування, що є у речовині ядра частки (правило Пескова — Фаянса). Іони, що адсорбуються на поверхні ядра й що обумовлюють величину його електричного заряду частинки, називаються потенціалвизначаючими іонами. Вони утворюють так званий адсорбційний або нерухомий шар іонів.

Іони протилежного знаку (противоіони) частково адсорбуються на поверхні ядра частинки (тобто входять в склад нерухомого шару), а частково розташовуються в рідині поблизу гранули (дифузійний або рухомий шар іонів).

Совокупність гранули з дифузійною хмарою противоіонов називається міцелою.

При написанні формул міцел необхідне враховувати, які іони присутні в розчині й які з них можуть адсорбуватися ядром частинки відповідно до правила Пескова — Фаянса.

ПРИКЛАДИ РОЗВ’ЯЗАННЯ ЗАДАЧ

Приклад 1 Визначити загальну площу поверхні частинок, якщо при подрібненні 1г сірки отримані частки: а) кубічної форми з довжиною ребра 10^-5 см; б) частинки сферичної форми з диаметром

2^.10^-6 см. Густина сірки 2,07 г/см³.

Рішення: а) Для часток кубічної форми використовується формула S₀ = S / V = 6 / l.

S₀ = 6 / 10^-5 = 6^.10⁵ см ^-1

Об’єм сірки розраховується за формулою V = m / 

V = 1 / 2,07 = 0,4831см³

Загальна площа поверхні складає

S₁ = 6^.10^{5 .} 0,4831 = 2,9 ^. 10⁵ см² = 29м².

б) Для часток сферичної форми використовується формула S₀ = S / V = 3 / r

S₀ = 3 / r = 3 / 1^.10⁶ см ^-1

Загальна площа поверхні складає

S₂ = 3^.10^{6 .} 0,4831 = 1,45 ^. 10⁶ см² = 145м².

Приклад 2 Визначити число частинок, що утворюються при подрібненні 0,2см³ ртуті на кубики з довжиною ребра 8^.10^-6 см. Густина ртуті дорівнює 13,546 г/см³.

Рішення:

Розраховуємо масу ртуті m = V^. = 0,2 ^. 13,546 = 2,709 г.

Визначаємо об’єм однієї частинки v = l³ = (8^.10 ^-6)³ = 5,12 ^.10 ^-16 cм³.

Маса однієї частки буде дорівнювати m₁ = 5,12 ^.10 ^{-16 .} 13,546 = 6,94 ^. 10 ^-15 г.

Число частинок буде складати N = m / m₁ = 2,709 / 6,94 ^. 10 ^-15 = 3,9 ^. 10 ¹⁴.

Приклад 3 Визначити поверхневий надлишок (кмоль/м²) при 10⁰С для розчину, що містить 50 мг/л пеларгонової кислоти С₈Н₁₇СООН. Поверхневе натягнення розчину, що досліджується, 57,0 ^.10^-3 Н/м.

Рішення:

З довідника знаходиться величина _Н2О при 10⁰С: ¹⁰_Н2О = 74,22 ^.10^-3 Н/м.

Визначається концентрація кислоти в розчині С₂ = 0,05 / 158 кмоль/м³, С₁ = 0.

Визначається поверхневий надлишок за формулою Г = – (С / RT) (d / dC)

0,05 57,0 ^.10^-3 – 74,22 ^.10^-3

Г = – ---------------------------- ------------------------------ = 7,318 ^. 10 ^-9 кмоль/м²

158 ^. 8,314 ^. 10 ^{3 .} 283 0,05 / 158

Так як Г > 0, то адсорбція додатна.

Приклад 4 До 100см³ розчину оцтової кислоти різної концентрації за 20⁰С додали 3г активованого вугілля. Кількість кислоти до і після адсорбції визначали титруванням 50см³ розчину 0,1н NaOH. Визначити співвідношення x / m для кожного з розчинів, використовуючи дані титрування:

Об’єм NaOH, що використаний на титрування до адсорбції,см³ 5,5 10,6 23,0

Об’єм NaOH, що використаний на титрування після адсорбції,см³ 1,2 3,65 10,2

Визначити коефіціенти рівняння Фрейндліха та записати його вираз для даного випадку.