Вопросы для самопроверки

1. Какое основное отличие металлов от неметаллов с точки зрения строения их атомов?

2. Что такое стандартный потенциал металлов? Как его определяют?

3. Что называется гальваническим элементом? Какие реакции протекают при его работе?

4. На чем основано построение ряда напряжений металлов?

5. Указать важнейшие области практического применения электролиза.

6. Привести уравнения электрохимических реакций, протекающих при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора.

7. Что такое оксидная пленка? Пассивирование?

8. Укажите анодный и катодный процессы при микрогальванокоррозии железа.

9. Укажите важнейшие способы борьбы с коррозией металлов. Что такое протекторная защита?

Тема 8. Агрегатные состояния вещества. Коллоидные системы Комплексные и высокомолекулярные соединения

Методические советы

(Л.1, с. 158-167, 289-315, 354-378, 603-615, 646-651)

Внимательно изучить тему об агрегатных состояниях вещества. Изучение коллоидного состояния необходимо для понимания условий протекания биохимических процессов в клетках растительных и животных организмов и в почве. Научитесь писать химические формулы-схемы строения мицелл. Уяснить различие между гидрофобными и гидрофильными коллоидными системами. Коагуляция почвенных коллоидов.

Почвенный поглощающий комплекс – сложное сочетание минеральных и органоминеральных коллоидных компонентов, характеризующихся значительной адсорбционной способностью. Протекающие в почве процессы адсорбции молекул воды, различных ионов, газов играют большую роль в структурообразовании почвы.

При изучении материала по комплексным соединениям обратить внимание на терминологию, уяснить понятия: комплексообразователь, лиганды, дентантность. Следует хорошо разобраться в номенклатуре комплексных соединений.

При изучении химии высокомолекулярных соединений следует обратить внимание на особенности процессов полимеризации и поликонденсации, какие смолы называются термопластичными и какие – термореактивными. Необходимо уточнить сведения: полимерные смолы и пластмассы, их физические состояния.

Теоретические аспекты

8.1 Агрегатные состояния вещества

Многие вещества могут, в зависимости от внешних условий (температура, давление), находиться в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. Простейшее определение: газы не имеют постоянных объема и формы при постоянной температуре; жидкости имеют постоянный объем, но форма зависит от сосуда; твердые вещества имеют постоянную форму и объем.

Наиболее проста теория (и математическое описание) газового состояния. При "нормальных условиях" (0^оС или 273,15 К и 1 атм. или 101325 Па) большинство газов вполне удовлетворительно описываются уравнением состояния идеального газа (уравнение Клапейрона -Менделеева): pv = nRT

Идеальный газ состоит из частиц (молекул), представляющих собой абсолютно твердые упругие шарики бесконечно малого размера, взаимодействием между которыми (кроме редких упругих столкновений) можно пренебречь. Для многих приблизительных расчетов и решения учебных задач используется следствие из закона Авогадро – при н.у. 1 моль газа (6,022∙10²³ молекул) занимает объем, равный 22,4 л.

Для реальных газов используют уравнения состояния с поправками, учитывающими собственный размер молекул и взаимодействие между ними. Во многих случаях достаточно приближенного уравнения Ван-дер-Ваальса:

(p +a/V²)(V - b) = RT

a/V² – поправка, учитывающая взаимное притяжение молекул ("внутреннее давление") b – поправка, учитывающая собственный объем молекул и их взаимное отталкивание.

Теория жидкостей разработана гораздо хуже, чем газов, поскольку свойства жидкостей зависят от геометрии и полярности взаимно близко расположенных молекул. Между жидкостями и газами нет резкой границы – она полностью исчезает в критических точках. Для каждого газа известна температура, выше которой он не может быть жидким ни при каком давлении; при этой критической температуре исчезает граница (мениск) между жидкостью и ее насыщенным паром. Существование критической температуры ("температуры абсолютного кипения") установил Д.И.Менделеев в 1860 г.

Твердые кристаллические вещества обладают упорядоченной структурой с повторяющимися элементами, что позволяет исследовать их методом дифракции рентгеновских лучей (метод рентгеноструктурного анализа, используется с 1912 г.).

Стеклообразное состояние – твердое аморфное состояние вещества, которое получается в результате глубокого переохлаждения жидкости. Это состояние неравновесно, однако стекла могут существовать длительное время. Размягчение стекла происходит в некотором диапазоне температур – интервале стеклования, границы которого зависят от скорости охлаждения. С увеличением скорости охлаждения жидкости или пара возрастает вероятность получения данного вещества в стеклообразном состоянии.

В конце 60-х годов XX века получены аморфные металлы (металлические стекла) – для этого потребовалось охлаждать расплавленный металл со скоростью 10⁶ - 10⁸ град/с. Большинство аморфных металлов и сплавов кристаллизуются при нагреве свыше 300^оС. Одно из важнейших применений – микроэлектроника (диффузионные барьеры на границе металл-полупроводник) и магнитные накопители.

Жидкокристаллическое состояние – промежуточное между кристаллическим и жидкостью. Жидкие кристаллы обладают одновременно текучестью и анизотропией (оптической, электрической, магнитной). Термотропные жидкие кристаллы существуют выше определенной температуры. Типичные – цианобифенилы. Лиотропные – при растворении, например, водные растворы мыл, полипептидов, липидов, ДНК...

Удлиненные молекулы многих органических веществ в расплавах и растворах иногда образуют более прочные микрокристаллы, которые оказывают повышенное сопротивление дезагрегирующему действию теплового движения частиц. Такие системы проявляют свойство анизотропии и называются жидкими кристаллами. Обладают свойствами как жидкости, так и твердого кристаллического тела, занимая между ними промежуточное положение. Жидкие кристаллы имеют большое значение в биологии и медицине, широко используются в технике.

Студни – системы полимер-растворитель, характеризующиеся большими обратимыми деформациями при практически полном отсутствии вязкого течения. Иногда используют термин "гели", который в коллоидной химии обозначает скоагулированные золи. Наиболее важны студни на основе сетчатых полимеров с разной степенью поперечной сшитости. При изменении температуры и давления возможен синерезис – отделение части жидкости.

Студни на основе сополимеров акриловой кислоты и акриламида используют для создания мембран с регулируемой проницаемостью, депо для лекарств в организме, в качестве сорбентов и как модели в биологических исследованиях.