Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Тема 5
Дисперсна система - це утворена з двох або більше фаз (тіл), які абсолютно або практично не змішуються і не реагують один з одним хімічно. Перше з речовин (дисперсна фаза) дрібно розподілено у другому (дисперсійна середа). Якщо фаз декілька, їх можна відокремити один від одного фізичним способом (центрифугувати, сепарувати і т. д.).
Зазвичай дисперсні системи - це колоїдні розчини, золи. До дисперсним систем відносять також випадок твердої дисперсної середовища, в якому знаходиться дисперсна фаза.
Найбільш загальна класифікація дисперсних систем заснована на різниці в агрегатному стані дисперсійного середовища і дисперсної фази. Сполучення трьох видів агрегатного стану дозволяють виділити дев'ять видів дисперсних систем. Для стислості запису їх прийнято позначати дробом, чисельник якого вказує на дисперсну фазу, а знаменник на дисперсійне середовище, наприклад для системи "газ в рідині" прийнято позначення Г / Ж.
Агрегатні стани речовини
При нагріванні твердого тіла амплітуда коливань його молекул увесь час збільшується. По досягненні певної температури взаємне притягання часток уже не може забезпечити строгого порядку в їхньому розташуванні, і речовина плавиться.
У рідинах з підвищенням температури все більше число молекул здобуває енергію, що дозволяє їм перебороти молекулярні сили зчеплення, відірватися від поверхні рідини й вилетіти в простір над нею. При температурі кипіння паротворення відбувається не тільки на поверхні, але й в обсязі - вона закипає. Атоми також перебувають у безперервному русі, але його характер більш-менш обмежений.
Агрегатний стан - стан речовини, що характеризується певними якісними властивостями: здатністю або нездатністю зберігати обсяг і форму.
Виділяють три основних агрегатних стани: тверде тіло, рідина й газ. Плазму, що називають четвертим станом поки не розглядаємо.
Зміни агрегатного стану суть це процеси, називані фазовими переходами. Виділяють наступні їхні різновиди: із твердого в рідке - плавлення; з рідкого в газоподібне - випар і кипіння; із твердого в газоподібне - сублімація; з газоподібного в рідка або тверде - конденсація.
Фізичні властивості тіл у різних агрегатних станах
Більшість фізичних явищ (перехід речовини із твердого стану в рідке або газоподібне, збільшення обсягу при нагріванні й т.п.) не супроводжується зміною хімічного складу молекул. Так молекули води складаються з 2-х атомів водню й 1-го атома кисню незалежно від того, у якому стані перебуває вода - твердому, рідкому або газоподібному.
У свою чергу ці системи класифікуються за ступенем дисперсності.
Системи з однаковими за розмірами частками дисперсної фази називаються монодисперсних, а з неоднаковими за розміром частинками - полідисперсними. Як правило, оточуючі нас реальні системи полідисперсних.
За розмірами частинок свободнодісперсні системи поділяють на:
Ультрамікрогетерогенние системи також називають колоїдними або золямі. В залежності від природи дисперсійного середовища, золи поділяють на тверді золи, аерозолі (золи з газоподібної дисперсійним середовищем) і ліозолі (золи з рідким дисперсійним середовищем). До мікрогетерогенних систем відносять суспензії, емульсії, піни і порошки. Найбільш поширеними грубодисперсними системами є системи "тверде - газ", наприклад, пісок.
Процес утворення розчину полягає у руйнуванні зв'язків між молекулами (йонами) вихідної речовини і утворенні нових зв'язків між молекулами (йонами) розчиненої речовини і розчинника. За концентрацією розчиненої речовини розчини поділяють на насичені, ненасичені й пересичені. За наявністю чи відсутністю електролітичної дисоціації розчиненої речовини на йони розрізняють розчини електролітів і розчини неелектролітів. Крім того, виділяють розчини полімерів, головна особливість яких — дуже велика різниця у розмірах молекул розчинника і розчиненої речовини.
У розчинах протікає багато природних і промислових процесів. З ними пов'язане формування покладів ряду корисних копалин, їх видобування і переробка, розділення речовин, глибоке очищення тощо.
За своїми властивостями розчини займають проміжне місце між механічними сумішами і хімічними сполуками. Від механічних сумішей вони відрізняються головним чином своєю однорідністю і виділенням або поглинанням тепла при утворенні, а від хімічних сполук тим, що склад їх не сталий і може змінюватись у досить широких межах.
За агрегатному стані розчини можуть бути рідкими (морська вода),газоподібними (суміші азоту з аміаком) або твердими (багато сплавиметалів).
Газоподібні розчини звичайно являють собою суміші газів і рідше --розчини рідин або твердих тіл в газах. Гази здатні змішуватися підвсіх відносинах не за будь-яких умовах. При високих температурах і тискуспостерігається неповне змішування газів з утворенням двох газоподібних фаз,що знаходяться в рівновазі. Газоподібними розчинами є суміші різних газів, наприклад повітря.
Рідкі розчини — цілком однорідні суміші з двох (або кількох) речовин, в яких молекули одної речовини рівномірно розподілені між молекулами другої речовини.
Тверді розчини утворюються кристалізації рідких розплавів або прирозчиненні газів в твердих речовинах. Розрізняють тверді розчинизаміщення, впровадження і віднімання. Тверді розчини — це різні металічні сплави: міді або срібла в золоті, нікелю в міді тощо.
Тверді розчини заміщення, які утворюються при збереженні структурикристалічної решітки розчинника є найбільш поширеними.
При утворенні твердих розчинів заміщення у вузлах кристалічної решіткиданої речовини атоми, молекули і іони заміщаються частками іншогоречовини. Утворення таких розчинів можливо, якщо обидва речовини близькі закристалічним властивостях і розмірами частинок.
Тверді розчини - фази змінного складу, в яких атоми різних елементів розташовані у загальній кристалічній решітці.
Можуть бути неупорядкованими (з хаотичним розташуванням атомів), частково або повністю впорядкованими. Експериментально впорядкованість визначають, головним чином, рентгенівським структурним аналізом.
Здатність утворювати тверді розчини властива всім кристалічним твердих тіл. У більшості випадків вона обмежена вузькими межами концентрацій, але відомі системи з безперервним рядом твердих розчинів (наприклад, Cu - Au, Ti - Zr, Ga As - Ga P). По суті, всі кристалічні речовини, що вважаються чистими, є тверді розчини з дуже малим вмістом домішок.
Розрізняють три види твердих розчинів:
Згідно напівемпіричних правилам Юм-Розера, безперервний ряд твердих розчинів заміщення в металевих системах утворюються лише тими елементами, які, по-перше, мають близькі за розмірами атомні радіуси (відрізняються не більше ніж на 15%) і, по-друге, знаходяться не дуже далеко один від одного в електрохімічному ряду напружень. При цьому елементи повинні мати один і той же тип кристалічної решітки. У твердих розчинах на основі напівпровідників і діелектриків, завдяки більш "рихлим" кристалічним гратам утворення твердих розчинів заміщення можливо і при більшому розходженні атомних радіусів.
Якщо атоми компонентів істотно різняться за розмірами або електронною структурі, можливо впровадження атомів одного елемента в міжвузля решітки, утвореної іншим елементом. Подібні тверді розчини часто утворюються при розчиненні неметалів ( B, H 2, O 2, N 2, C) в металах.
Тверді розчини віднімання, що виникають за рахунок появи в кристалічній решітці вакантних вузлів, утворюються при розчиненні одного з компонентів у хімічному з'єднанні і характерні для нестехіометричних сполук.
Природні мінерали часто є тверді розчини (см. Ізоморфізм у кристалах). Освіта твердих розчинів при легуванні елементів і сполук має велике значення у виробництві сплавів, напівпровідників, кераміки, феритів.
Тверді розчини - основа всіх найважливіших конструкційних і нержавіючих сталей, бронз, латуней, алюмінієвих і магнієвих сплавів високої міцності. Властивості твердих розчинів регулюють їх складом, термічної або термомеханічної обробкою. Леговані напівпровідники і багато сегнетоелектрики, які є основою сучасної твердотільної електроніки, також є твердими розчинами.
При розпаді твердих розчинів сплави набувають нових властивостей. Найбільш цінними якостями володіють сплави з дуже тонкою неоднорідністю - так звані дисперсійно-тверднуть, або старіючі тверді розчини. Дисперсійне твердіння може спостерігатися і при розпаді твердих розчинів на основі сполук, наприклад, нестехиометрических шпинелей.
або
де n -кількість моль розчиненої речовини, m - маса розчиненої речовини, V - об'єм розчину.
В системі СІ концентація вимірюється в моль/м3 або кг/м3; кратні одиниці вимірювання - моль/л (скорочено позначають М, наприклад, 1М - одномолярний розчин -такий, що містить 1 моль розчиненої речовини в 1 літрі розчину); г/см3 - титр розчину.
Найчастіше використовують такі способи вираження концентрації: масова частка, молярна, молярна концентрація, молярна концентрація еквівалента, молярна частка, об’ємна частка та титр. Масову частку речовини Х w(Х) розраховують за формулою:
де m(X) — маса розчиненої речовини Х (в кг, г); m – маса розчину (в кг, г). Її виражають у частках одиниці або в %. В останньому випадку розрахунок здійснюють за формулою:
Масову частку у відсотках називають масовим відсотком (маса речовини в г у 100 г розчину і позначають% м/м (% w/w, англ.)). Тисячну частку розчину називають промілє і позначають ‰. 1‰=1:103=10–1% (г/кг, мг/г).
Об’ємну частку розраховують за формулою, аналогічною для розрахунку масової частки, замінивши маси на відповідні об’єми. Об’ємний відсоток позначають% об/об (% v/v, англ.). Ваго-об’ємну частку розраховують діленням маси розчиненої речовини m(X)
Для вираження кількісного складу розчину існують також інші величини:
Мольні долі – дозволяють дізнатись мольну долю розчиненої речовини в розчині й мольну долю розчинника в розчині. А – розчинена речовина; В – розчинник; N(A) – кількість молей розчиненої речовини в розчині; N(В) – кількість молей розчинника в розчині; N(А)+ N(В) – загальна кількість молей у розчині.
C =N(A)/(N(A)+N(B))*100% N=m/M C = N(B)/(N(A)+N(B))*100%