Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Финансы
Экономика
Биология
Сельское хозяйство
Психология
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
Физика
История
Экология
Промышленность
Энергетика
Этика
Связь
Автоматика
Математика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология
Реферат по теории растворов. "теории растворов"
 Скачать 119.71 Kb.
|
|
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ярославский государственный технический университет» Кафедра «Общей и физической химии» Реферат принят с оценкой Преподаватель, Е. А. Смирнова 19.11.12 Реферат на тему “ТЕОРИИ РАСТВОРОВ” Реферат выполнила студентка гр. ХТХ-19 Н. А. Горголь 19.11.12 2012 Содержание 1. Введение 2. Основная часть 2.1. Гидратная теория растворов Д. И. Менделеева 2.2. Электролитическая теория растворов 3. Заключение 4. Список источников 1. ВСТУПЛЕНИЕ Растворы играют ключевую роль в природе, науке и технике. Вода – основа жизни, всегда содержит растворенные вещества. Пресная вода рек и озер содержит мало растворенных веществ, в то время как морская вода содержит около 3,5% растворенных солей. Первичный океан по предположениям, содержал всего 1% растворенных солей. «Именно в этой среде впервые развивались живые организмы, из этого раствора они черпали ионы и молекулы, которые необходимы для их дальнейшего роста и развития… Со временем живые организмы развивались и преображались, поэтому они смогли оставить водную среду и перебраться на сушу и затем подняться в воздух. Они получили эти способности, сохранив в своих организмах водный раствор в виде жидкостей, которые содержат жизненно важный запас ионов и молекул» – именно такими словами описывает роль растворов в природе знаменитый американский химик, лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг. Внутри каждого из нас, в каждой клетке нашего организма – содержатся воспоминания о первичном океане, месте в котором зародилась жизнь, - водном растворе, обеспечивающем саму жизнь. В любом живом организме постоянно течет по сосудам – артериям, венам и капиллярам – необычный раствор, который составляет основу крови, массовая доля солей в нем такая же, как в первичном океане, – 0,9%. Сложные физико-химические процессы, протекающие в организме человека и животного, также взаимодействуют в растворах. Процесс усвоения пищи связан с переводом высокопитательных веществ в раствор. Природные водные растворы напрямую связаны с процессами почвообразования, снабжением растений питательными веществами. Такие технологические процессы в химической и многих других отраслях промышленности, например производство удобрений, металлов, кислот, бумаги, происходят в растворах. Современная наука занимается изучением свойств растворов. Растворы отличаются от других смесей тем, что частицы составных частей располагаются в них равномерно, и в любом микрообъеме подобной смеси состав будет одинаков. Именно поэтому под растворами понимали однородные смеси, которые состоят из двух или более однородных частей. Такое представление исходило из физической теории растворов. Приверженцы физической теории растворов, которой занимались Вант-Гофф, Аррениус и Оствальд, считали, что процесс растворения является результатом диффузии. Д. И. Менделеев и сторонники химической теории считали, что растворение является результатом химического взаимодействия растворенного вещества с молекулами воды. Химическое взаимодействие обычно сопровождается тепловыми явлениями. К примеру, растворение серной кислоты в воде проходит с выделением такого колоссального количества тепла, что раствор может закипеть, именно поэтому кислоту льют в воду, а не наоборот. Растворение таких веществ как хлорид натрия, нитрат аммония, сопровождается поглощением тепла. М. В. Ломоносов доказал, что растворы превращаются в лед при более низкой температуре, чем растворитель.[1] 2.1. ГИДРАТНАЯ ТЕОРИЯ РАСТВОРОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА В 1905 году Д. И. Менделеев скажет: «Всего четыре предмета составили моё имя, периодический закон, исследование упругости газов, понимание растворов как ассоциации и „Основы химии“. Тут моё богатство. Оно не отнято у кого-нибудь, а произведено мною…». На протяжении всей своей научной жизни у Д. И. Менделеева не ослабевал интерес к «растворной» тематике. Наиболее значительные его исследования в этой области относятся к середине 1860-х, а важнейшие — к 1880-м годам. Работы Д.И.Менделеева по теории растворов далеко не так известны, как открытый им Периодический закон. А ведь именно этими трудами он заложил основы такой современной науки, как физическая химия растворов. В 1864 году Д.И.Менделеев защитил диссертацию «Рассуждение о соединении спирта с водою». В этом исследовании он отмечал сжатие раствора при смешивании спирта с водой, которое максимально проявлялось при 0оС для 46% раствора спирта. Это была его первая серьезная работа по растворам, и именно она явилась основой для создания гидратной теории растворов. В гидратной теории растворы рассматривались как системы, в которых происходит взаимодействие растворенного вещества с молекулами растворителя. 7 мая 1887 года в Русском физико-химическом обществе Д. И. Менделеев сделал доклад, посвященный вопросу о существовании гидратов определенного состава в растворе спирта в воде. В этом докладе, основываясь на своих данных и результатах, полученных рядом исследователей, он утверждал, что в растворе образуются три гидрата спирта, а именно: одна молекула спирта с двенадцатью, тремя и одной молекулой воды. В дальнейшем в своих работах по растворам Менделеев сформулировал теорию, согласно которой в растворе происходит не механическое распределение частиц, а химическое взаимодействие, в результате которого образуются соединения неопределенного состава – гидраты. Для окончательного доказательства наличия гидратов в растворах Менделеев провел новое обширное исследование. В 1887 году из печати вышла его монография «Исследование водных растворов по удельному весу», в которой с большой тщательностью исследованы все факторы, влияющие на плотность водно-спиртовых растворов – содержание спирта, температура, сжатие при смешивании спирта с водой. «Гидратная» теория Менделеева, по существу явилась историческим предшественником теории электролитической диссоциации С.Аррениуса, а в дальнейшем – переросла в более общую теорию, в соответствии с которой первоначальная гидратация ионов является непременным условием диссоциации.[2] Менделеев действительно использовал в своей работе водно-спиртовые смеси, но не как прообраз современной водки, а как идеальные «модели», с помощью которых можно было изучать многие физико-химические явления, связанные с процессами растворения. [3] 2.2. ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ После установления законов электролиза М. Фарадея стала медленно укрепляться идея, что многие вещества в растворе диссоциированы на ионы. Различные гипотезы о существовании ионов высказывали Гротгус (1806 г.), Клаузиус (1857 г.), И. В. Гитторф (1866–1869 гг.) и другие ученые. Однако все они не дали настоящего решения этой проблемы, ограничившись лишь качественной стороной. Заслуга правильной постановки проблемы происхождения и поведения ионов в растворах электролитов принадлежит С. Аррениусу. Он высказал предположение, что электролитическая диссоциация вызывается растворителем, например водой, в момент растворения соли или кислоты. При этом частицы растворенного вещества распадаются не на обычные атомы, а на атомы, несущие электрический заряд. Таким образом ионы Фарадея – это атомы (или группы атомов), несущие положительный или отрицательный электрический заряд. Идеи С. Аррениуса на родине были встречены очень холодно, а диссертацию ученого едва не отклонили. Однако за пределами Швеции его работа была встречена с живым интересом. Особенно хорошее впечатление его труды произвели на В. Оствальда, и он предложил шведскому ученому место в своей лаборатории в Риге. Необходимо отметить, что на протяжении многих лет В. Оствальд поддерживал Аррениуса и стимулировал его активность в плане продолжения работ в области физической химии. В 1887 г. С. Аррениус познакомился с работой Вант-Гоффа «Химическое равновесие в системах газов и разведенных растворов», которая оказала огромное влияние на формирование окончательной редакции учения об электролитической диссоциации (ионизации). Основное положения этой теории, а именно признание существования в растворах «свободных ионов», несущих определенные электрические заряды, Аррениус разработал только после прочтения статьи голландского ученого. С. Аррениус осознал, что аномальное возрастание осмотического давления в растворах электролитов вызвано распадом их частиц на ионы. При этом каждый из образовавшихся ионов оказывает с точки зрения осмотического давления точно такое же действие, что и недиссоциированная частица. Принятие этой гипотезы позволило Аррениусу дать окончательную формулировку теории электролитической диссоциации (ионизации) : 1. При растворении в воде (или расплавлении) электролиты распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы (подвергаются электролитической диссоциации — процесс распада электролита на ионы при растворении его в полярном растворителе или при плавлении.). 2. Под действием электрического тока катионы (+) двигаются к катоду (-), а анионы (-) – к аноду (+). 3. Электролитическая диссоциация - процесс обратимый (обратная реакция называется моляризацией). 4. Степень электролитической диссоциации (a) зависит от природы электролита и растворителя, температуры и концентрации. Она показывает отношение числа молекул, распавшихся на ионы (n) к общему числу молекул, введенных в раствор (N). Сразу же после опубликования теории электролитической диссоциации возникла острая и продолжительная полемика. К числу противников теории прежде всего принадлежала группа российских ученых, в которую входили Д. И. Менделеев, Д. П. Коновалов, Н. Н. Бекетов и другие. С. Аррениус решительно защищал свою точку зрения, особенно энергично возражая против утверждения Менделеева о существовании в растворах промежуточных соединений (сольватов или гидратов). Такие не всегда обоснованные действия шведского ученого, отчасти можно объяснить тем, что с самого начала своей научной деятельности он приобрел влиятельных сторонников, к числу которых следует отнести Вант-Гоффа и В. Оствальда. Необходимо признать, что не все российские ученые высказывались критически в отношении теории электролитической диссоциации. Среди активных сторонников и защитников этой теории в России следует назвать прежде всего В. А. Кистяковского и И. А. Каблукова. Практически одновременно В. А. Кистяковский и И. А. Каблуков высказали идею о гидратации ионов в растворах электролитов. В этом можно увидеть стремление русских ученых объединить представления гидратной теории растворов Д. И. Менделеева с учением об электролитической диссоциации (ионизации).[4] Каблуков и Кистяковский доказали, что процесс растворения является физико-химическим, что дало возможность объяснить поведение растворенных веществ в растворе и их свойства. В отличие от гипотезы ионизации С. Аррениуса, не учитывающей взаимодействие растворенного вещества с растворителем, в их теории к объяснению электролитической диссоциации привлекается химическая теория растворов Д.И. Менделеева.[5] Основные научные работы И. А. Каблукова относятся к электрохимии неводных растворов. В 1889-1891 гг., изучая электрическую проводимость электролитов в органических растворителях, он установил аномальную проводимость неводных растворов электролитов и увеличение ее при добавлении воды к спиртовым растворам. На основании этих наблюдениях высказал предположение о наличии химического взаимодействия между растворителем и растворяемым веществом. В 1889-1891 гг., независимо от В. А. Кистяковского ввел представление о сольватации ионов. Указанные работы составили предмет докторской диссертации И.А.Каблукова - "Современные теории растворов (Вант-Гоффа и Аррениуса) в связи с учениями о химическом равновесии", которую он защитил в 1891 г. Эти работы положили начало сближению физической и химической теорий растворов.[6] 3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Растворы имеют важное значение в жизни и практической деятельности человека. Так, процессы усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т.д.). Производства, в основе которых лежат химические процессы, обычно связаны с использованием растворов.[7] 4. ИСТОЧНИКИ ЛИТЕРАТУРЫ
|