9) Адсорбционное равновесие
Сорбционные процессы. Процесс поглощения одного вещества поверхностью или объемом другого называется сорбцией (от лат. поглощаю). Вещество, частицы которого поглощаются (газ, жидкость или растворенный компонент), называют сорбатом, а поглотитель (чаще всего твердое тело) — сорбентом. Сорбционные процессы играют большую роль в технике. Например, для поддержания высокого вакуума в действующем электронно-вакуумном приборе применяют геттеры — специально изготовленные материалы, которые активно поглощают (сорбируют) остаточные газы. Сорбционные процессы широко используют в металлургии при обогащении руд (флотация), в энергетике при водоподготовке (ионный обмен) и во многих других отраслях промышленности. При контакте сорбент поглощает сорбат или поверхностью, или всем объемом. Сорбция только поверхностью называется адсорбцией, а только объемом — абсорбцией. Часто адсорбция иабсорбция протекают совместно. Как .правило, адсорбция предшествует абсорбции.
Адсорбции газов активированным углем создал противогаз. Активированный уголь и в настоящее время используют как адсорбент в различных технологических процессах.
Адсорбция играет важную роль во многих физико-химических и физических процессах.
Адсорбция связана с особым энергетическим состоянием частиц на поверхности адсорбента в отличие от энергетического Состояния частиц, находящихся в его объеме. Частицы (молекулы, атомы или ионы) во внутренних слоях вещества испытывают в среднем одинаковое по всем направлениям притяжение со стороны окружающих частиц.
10) Строение и свойства воды
Вода относится к числу наиболее распространенных в природе веществ. Она играет исключительно важную роль в природе, в жизнедеятельности растений, животных и человека, а также в технологических процессах в различных отраслях народного хозяйства. На тепловых и атомных электростанциях, например, вода является основным рабочим веществом — теплоносителем, а на гидроэлектростанциях — носителем механической энергии. Исключительная роль воды в природе и технике обусловлена ее свойствами. Вода — термодинамически устойчивое соединение. Свойства воды существенно отличаются от свойств водородных соединений элементов VI группы. Вода при обычных условиях находится в жидком состоянии, в то время как указанные соединения — газы. Температуры кристаллизации и испарения воды значительно выше температур кристаллизации и испарения водородных соединений элементов VI группы. Максимальную плотность вода имеет при 4 °С, что также необычно. В отличие от других соединений плотность воды при кристаллизации не растет, а уменьшается. Вода имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость. Вода — хороший растворитель полярных жидкостей и соединений с ионными связями.Вода вступает в химические взаимодействия со многими веществами. При соединении воды с оксидами образуются основания или кислоты. Активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода. Вода катализирует протекание многих химических реакций. Химические свойства воды в значительной степени обусловлены ее способностью к электролитической диссоциации на ионы водорода и гидроксида. Долгое время необычные свойства воды были загадкой для ученых. Выяснилось, что они в основном обусловлены тремя причинами: полярным характером молекул, наличием неподе-ленных пар электронов у атомов кислорода и образованием водородных связей. Молекула воды может быть представлена в виде равнобедренного треугольника, в вершине которого расположен атом кислорода, а в основании — два протона. Две пары электронов обобществлены между протонами и атомом кислорода, а две пары неподеленных электронов ориентированы по другую сторону кислорода. Благодаря полярности вода хорошо растворяет полярные жидкости и соединения с ионными связями. Хотя водородные связи слабее ковалентных и ионных, они значительно прочнее вандерваальсовых связей и обусловливают ассоциацию молекул воды в жидком состоянии и некоторые аномальные свойства воды, в частности высокие температуры плавления и парообразования, высокую диэлектрическую проницаемость, максимальную плотность при 4 °С, а также особую структуру льда. В кристаллах льда молекула воды образует четыре водородные связи с соседними молекулами воды (за счет двух неподеленных электронных пар у кислорода и двух протонов), что обусловливает возникновение тетраэдрической кристаллической структуры льда. Расположение молекул в таком кристалле отличается от плотной упаковки молекул, в решетке много свободных мест, поэтому лед имеет относительно невысокую плотность. При высоких давлениях (выше 200 МПа) обеспечивается более плотная укладка молекул воды и возникает еще несколько кристаллических модификаций льда. При плавлении происходит частичное разрушение структуры льда и сближение молекул, поэтому плотность воды возрастает. При испарении воды ассоциаты разрушаются и воля ной пар при невысоких давлениях состоит из свободных молекул Н20. Однако при повышении давления молекулы воды сближаются и образуют водородные связи, происходит ассоциации молекул. По мере повышения давления пар приближается ни своему строению к жидкому состоянию. Это вызывает увеличу» ние растворимости в паре соединений с ионными связями.