Химия, Шпоры

35) Общие физические свойства Объясняются особым строением кристаллической решетки - наличием свободных электронов ("электронного газа"). 1)     Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду ––Au,Ag,Cu,Sn,Pb,Zn,Fe уменьшается. 2)     Блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света. 3)     Электропроводность. Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. В ряду  ––Ag,Cu,Al,Fe уменьшается. При нагревании электропроводность уменьшается, т.к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение "электронного газа". 4)     Теплопроводность. Закономерность та же. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность - у висмута и ртути. 5)     Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло); самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом. 6)     Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и чем больше радиус его атома (самый легкий - литий (r=0,53 г/см³); самый тяжелый – осмий (r=22,6 г/см³). Металлы, имеющие r < 5 г/см³ считаются "легкими металлами". 7)     Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т.пл. = -39°C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t°пл. = 3390°C). Металлы с t°пл. выше 1000°C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими. Общие химические свойства металлов Сильные восстановители: Me⁰ – nē = Meⁿ⁺  Реакции с неметаллами 1)     С кислородом: 2Mg⁰ + O₂ = 2Mg⁺² O 2)     С серой: Hg⁰ + S =Hg⁺² S

38. Электродный потенциал. Уравнение Нернста.

Электро́дный потенциа́л — разность электрических потенциалов между электродом и находящимся с ним в контакте электролитом (чаще всего между металлом и раствором электролита).

Возникновение электродного потенциала обусловлено переносом заряженных частиц через границу раздела фаз, специфической адсорбцией ионов, а при наличии полярных молекул (в том числе молекул растворителя) — ориентационной адсорбцией их. Величина электродного потенциала в неравновесном состоянии зависит как от природы и состава контактирующих фаз, так и от кинетических закономерностей электродных реакций на границе раздела фаз.

Равновесное значение скачка потенциалов на границе раздела электрод/раствор определяется исключительно особенностями электродной реакции и не зависит от природы электрода и адсорбции на нём поверхностно-активных веществ. Эту абсолютную разность потенциалов между точками, находящимися в двух разных фазах, нельзя измерить экспериментально или рассчитать теоретически.

Нернст изучал поведение электролитов при пропускании электрического тока и открыл закон. Закон устанавливает зависимость между электродвижущей силой ( разностью потенциалов ) и ионной концентрацией. Уравнение Нернста позволяет предсказать максимальный рабочий потенциал, который может быть получен в результате электрохимического взаимодействия, когда известны давление и температура. Таким образом, этот закон связывает термодинамику с электрохимической теорией в области решения проблем, касающихся сильно разбавленных растворов. ,

где

— электродный потенциал, — стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах; — универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль·K);

— абсолютная температура; — постоянная Фарадея, равная 96485,35 Кл·моль⁻¹; — число электронов, участвующих в процессе; и — активности соответственно окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полуреакции.Если в формулу Нернста подставить числовые значения констант и и перейти от натуральных логарифмов к десятичным, то при получим

39 Понятие об электродном потенциале. Если металлическую пластинку опустить в воду или раствор, содержащий ионы этого металла, то на границе раздела металл-раствор за счет процессов растворения-осаждения металла возникает разность или скачок потенциала, который зависит от природы металла, концентрации раствора, а также от температуры. Этот скачок называется электродным потенциалом данного металла. Стандартный электродный потенциал является количественной характеристикой химической активности металла, т.е. его способности отдавать свои валентные электроны и переходить в раствор в виде ионов. Основные свойства ряда напряжения. Чем меньше величина j, тем сильнее выражена восстановительная активность металла. Если условия отличаются от стандартных, то для расчета электродного потенциала используется формула Нернста:  где j ⁰ - стандартный электродный потенциал металла, n - число электронов, принимающих участие в процессе, F - постоянная Фарадея (96500 Кл/моль), R - универсальная газовая постоянная (8,31 Дж·моль^-1·К^-1), Т – абсолютная температура (К).

40. Гальванические элементы. Источники постоянного тока. Химические источники электрического тока или гальванические элементы преобразуют энергию, выделяющуюся при протекании окислительно-восстановительных реакций, в электрическую энергию. Гальванические элементы служат источниками постоянного тока. Они подразделяются на химические и концентрационные. Простейший химический гальванический элемент можно составить из двух металлических электродов, имеющих различные электродные потенциалы, и соединенных в замкнутую цепь. На электроде, который имеет меньшее значение электродного потенциала, будет происходить процесс окисления. Такой электрод называется иначе анодом. На электроде, который имеет большее значение электродного потенциала, будет происходить процесс восстановления. Такой электрод называется иначе катодом.

Любой гальванический элемент может служить источником постоянного тока, но лишь немногие из них удовлетворяют требованиям деющиме возможным их техническое использование.

41. Источники постоянного тока. Аккумуляторы.

Источники: гальванические элементы, аккумуляторы. генераторы постоянного тока. Электри́ческий аккумуля́тор — источник тока многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования, а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве и в других сферах Принцип действия аккумулятора основан на обратимости химической реакции. Работоспособность аккумулятора может быть восстановлена путём заряда, то есть пропусканием электрического тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Несколько аккумуляторов, объединённых в одну электрическую цепь, составляют аккумуля́торную батаре́ю. Свинцово-кислотный аккумуляторПринцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в среде серной кислоты. Химическая реакция (слева направо — разряд, справа налево — заряд): Анод:Катод:

Литий-ионный аккумулятор Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделенных пропитанными электролитом пористыми сепараторами. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решетку других материалов (например, в графит, окислы и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC6, окислы (LiMO2) и соли (LiMRON) металлов. Литий-полимерный аккумулятор В качестве электролита используется полимерный материал с включениями гелеобразного литий-проводящего наполнителя. Используется в мобильных телефонах, цифровой технике и пр.

42.Электролиз. Количественные законы электролиза. Выход по току.Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита.Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создаетсяэлектродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом при электролизе называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — катионы — (ионы металлов,водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы — (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду.Количественные характеристики установлены законами Фарадея:1 ЗАКОН М. Фарадея: Масса веществ выделившихся на электродах при электролизе прямо пропорциональна кол-ву электричества прошедшему через раствор или расплав электролита. K- электрохимический эквивалент [кг/К] Q- кол-во электричества. [A*c] Q=It ; 2 ЗАКОН: при пропускании одинакового кол-ва электричества через раствор или расплав масса веществ выделившихся на электродах пропорциональна молярным массам их эквивалентов.

Показателем эффективности электролиза является выход по току и выражается в % :

; ;

43, Электролиз - это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролитов. Для осуществления электролиза применяют устройства, называемые электролизерами. В зависимости от вида получаемого продукта (металл, газ, раствор) применяют различные конструкции электролизеров. Электрохимическая поляризация при электролизе На практике при электролизе нередко сила тока, пропускаемого через электролизер за счет внешнего источника питания, постепенно падает, несмотря на то что, на клеммах электролизера поддерживается постоянным. Вследствие этого процесс электролиза затормаживается, а иногда может остановиться совсем. Это обусловлено поляризацией электродов, то есть отклонением потенциала от его равновесного значения. Химическая поляризация связана с процессами, изменяющими химический состав поверхности электродов. Это возможно при адсорбции или осаждении на них продуктов электролиза, что ведет к изменению химической природы поверхности электродов. В электролизере возникает поляризационная э.д.с., направленная противоположно рабочему току, вследствие чего сила его уменьшается, а, следовательно, затрудняется и работа электролизера. Концентрационная поляризация возникает за счет неодинакового изменения концентраций веществ в слое раствора, прилежащего к поверхности электродов. Наименьшая разность потенциалов, необходимая для проведения данного процесса электролиза, называется потенциалом разложения или напряжением разложения. Потенциалы разложения находят опытным путем. Иногда они совпадают со стандартными потенциалами. Но на практике величина потенциала разложения равна большей величине. Разность между опытным (экспериментальным) и теоретическим значением потенциала разложения называют перенапряжением.

44) Очистка или рафинирование металлов. Процесс происходит в электролитической ванне. Анодом служит металл, подлежащий очистке, катодом — тонкая пластинка из чистого металла, а электролитом — раствор соли данного металла, например, при рафинировании меди — раствор медного купороса. Электрометаллургия.- область применения.

45)Коррозия - физико-химическое взаимодействие металлического материала и компонентов среды, приводящее к ухудшению эксплуатационных свойств материала, среды или технической системы, частями которой они являются. В основе коррозии металлов лежит химическая реакция между материалом и средой или между их компонентами, протекающая на границе раздела фаз. Чаще всего это окисление металла. По механизму взаимодействия металла , средой выделяют: а) химическую, б) электрохимическую, в) биохимическую.Химическая коррозия протекает в атмосфере агрессивных газов, не содержащих влаги, а также в присутствии неэлектролитов и заключается в возникновении химической реакции между металлом и коррозионной средой. Чаще всего этот процесс идет при повышенных температурах (отжиг, сварка, закалка, металлургические процессы) Электрохимическая коррозия возникает при контакте металла с раствором электролита. Этот вид коррозии встречается наиболее часто в водоемах, в почве, в атмосфере влажного воздуха и др. При атмосферной коррозии на поверхности металла конденсируется вода, в которой растворяются содержащиеся в воздухе газы Особенно интенсивны процессы коррозии в морской воде, что обусловлено наличием в ней растворимых солей (электролитов), которые увеличивают электрическую проводимость среды, ускоряя процесс коррозии. Биохимическая коррозия металлов вызвана жизнедеятельностью различных организмов и обычно сочетается с другими видами коррозии.По виду коррозионной среды выделяют: а) газовую; б) атмосферную; в) почвенную; г) подземную; д) в растворах электролитах; е) в не электролитах и др.По характеру изменения Ме и его свойств: сплошная, местная, избирательная

46. Химическая коррозия. Виды. Механизм

.Механизмы коррозии определяются, прежде всего, типом агрессивной среды. Химическая коррозия возможна в условиях отсутствия электропроводящей среды: внутренние поверхности трубопроводов, технологические установки, работающие при повышенной температуре и давлении и т.п.

Наиболее важным коррозионным процессом, протекающим по химическому механизму, является газовая коррозия. Схема газовой коррозии в среде кислорода. В общем виде

Окисление металлов - процесс многостадийный. В результате взаимодействия вначале на поверхности образуется моно-, а затем полимолекулярный слой оксидов. По мере утолщения пленки процессы встречной диффузии реагентов затрудняются. Образующаяся оксидная пленка будет тормозить дальнейшее развитие коррозионного процесса. Однако это будет происходить только в том случае, если пленка будет обладать защитными свойствами. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

47)Электрохимическая коррозия – самый распространенный вид коррозии. Это связано с тем, что в окружающей среде практически везде присутствует жидкая фаза в виде растворов электролитов (пресная и соленая вода), а техногенные инфраструктуры (города, промышленные зоны) насыщены электрооборудованием с не идеальной электроизоляцией. Непосредственной причиной возникновения электрохимической коррозии является то, что и металлическое изделие на микроуровне (а, зачастую, по конструкционным соображениям и на макроуровне) и окружающая среда являются неоднородными. . Водородная и кислородная деполяризация. Частицы, участвующие в катодном восстановлении при коррозии, называют деполяризатором. Это связано с тем, что поглощение электронов на катоде оттягивает их с анода и уменьшает поляризацию его двойного электрического слоя. Это способствует активизации анодного процесса, т.е. интенсифицирует коррозию. Наиболее распространенными деполяризаторами являются молекулы растворенного в воде кислорода (О₂), сами молекулы воды (Н₂О) и катионы водорода (Н⁺). Различают два вида процессов деполяризации – с поглощением кислорода (кислородная деполяризация) и с выделением водорода (водородная деполяризация). Рассмотрим примеры коррозионных процессов: Приближенно о коррозионной стойкости металлов можно судить по значениям их стандартных электродных потенциалов.

48) При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивность металла. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольфрам и др.Широкое применение нашло легирование для защиты от газовой коррозии. Введение некоторых добавок к сталям (титана, меди, хрома 'и никеля) приводит к тому, что при коррозии образуются плотные продукты реакции, предохраняющие сплав от дальнейшей коррозии. При этом используют сплавы, обладающие жаростойкостью и жаропрочностью,Жаростойкость — стойкость по отношению к газовой коррозии при высоких температурах. Жаропрочность — свойства конструкционного материала сохранять высокую механическую прочность при значительном повышении температуры. Жаростойкость обычно обеспечивается легированием металлов и сплавов, например, стали хромом, алюминием и кремнием.

49. Защита металлов от коррозии. Изоляция конструкций от коррозионной среды.

Защитные покрытия – самый распространенный метод защиты металлов от коррозии. Смысл их нанесения – изоляция от агрессивной среды. Различают неметаллические и металлические покрытия. а) неметаллические покрытия получают нанесением на поверхность металла лака, краски, смолы, олифы, эмали или стеклоэмали. Поверхность металла покрывают также резиной, эбонитом, полимерными материалами, цементом, бетоном, оксидными пленками: ZnO, Al₂O₃ (оксидирование) и нитридными пленками: Fe₄N, Fe₂N (азотирование). Покрыть поверхность металла можно осаждением нерастворимых фосфатов этого металла: Fe(H₂PO₄)₂ + 2 Fe²⁺ ® Fe₃(PO₄)₂¯ + 4H ⁽фосфатирование) или насыщением поверхности металла углеродом (цементация). б) защитные покрытия металлами. Для этого используют коррозионно-устойчивые металлы (Sn, Zn, Al, Au, Ag, Ni, Cr и др.)

50. Метод внешнего потенциала. Конструкция или изделие подключается к отрицательному полюсу динамомашины или выпрямителя и этим тоже ликвидируется коррозионный процесс. Положительный полюс источника питания замыкается на землю. В принципе можно защищать конструкции и наложением положительного потенциала, вызывая этим самым пассивацию анода путем его поляризации. Однако этот путь требует очень точного соблюдения условий поляризации, что в коррозионных процессах осуществить трудно. Электрическая защита от коррозии с успехом применяется при работе гидростанций, морских портовых устройств и т. д.

1)Квантово-механическая модель атома

2)Строение многоэлектронных атомов

3)Ковалентная хим.связь.Метод валентных связей

4)Ковалентная связь.Метод молекулярных орбиталей

5)Донорно-акцепторная связь

6)Химическая связь:ковалентная,ионная металлическая.

7)Агрегатные состояния вещества

8)Кристаллическое состояние вещества

9)Классификация кристаллов по типу реакции хим.связей

10)Термодинамические системы и параметры.Первое

Начало термодинамики

11)Термохимия.Тепловой эффект.Закон Гесса

12)Второе начало термодинамики.Энтропия.

13)Термодинамические потенциалы.

14)Равновесие обратимых реакций.Константа хим.р-я

15)Константа хим.равновесия.Принцип подвиж. Рав-сия

16)Гетерогенное равновесие.Диаграмма воды

17)Скорость хим.реакций.Закон действующих масс

18)Кинетические уравнения реакций 0,1,2 порядков

19)Зависимость скорости реакции от темпер.Аррениус

20)Скорость хим.реакции в однородной среде

21)Зависимость скорости реакции от темп.ТАС

22)Хим.кинетика гетерогенных процессов

23)Гомогенный и гетерогенный катализ

24)Классификация растворовФ-Х процессы

25)Растворы.Электролиты и неэлектролиты

26)Гидролиз солей

27)Закон Рауля.Следствия из него

28)Растворы электролитов.Теория электролит.дис.Фррениуса

29)Диссоциация воды.Водородный показатель

30)Теория сильных электролитов Дебая-Хюккеля

31)Электропроводность растворов электролитов

32)S-металлы.Жесткость воды

33)Алюминий,Германий, Олово…

34)D-металлы.Ф-Х свойства

35)Общие свойства металлов

37)Бинарные диаграммы плавкости

38)Электродный потенциал.Уравнение Нернста

39)Стандартный водородный электрод.Электронные потенциал

40)Гальванические элементы.Источники постоянного тока

41)Источники постоянного тока.Аккамаляторы

42)Электролиз.Законы электролиза

43)Электролиз.Потенциал разложения.Поляризация

44)Применение электролиза в технике.Рафинирование металлов

45)Каррозия металлов.Класс. коррозионных процессов

46)Химическая каррозия металлов

47)Электрохимич. Каррозия металлов

48)Защита металлов от карр.Специальное легирование

49)Защита мет. От карр. Изоляция констр. От каррозион. Среды

50)Защита металлов от коррозии внешним потенциалом.