Глава 1

Движение дисперсных систем

Движение дисперсных систем изучает наука механика многофазных сред. К примеру, для исследования в области пристеночных течений системы «газ — жидкие капли» используют математическое моделирование. На основе полученных данных разрабатывают технологии нанесения разнообразных покрытий и оптимизируют различное теплоэнергетическое оборудование — такое, как паротурбинные установки и теплообменники.

С другой стороны, наличие разных типов структуры пристеночных течений многофазных сред делает необходимым учет различных факторов — таких, как инерционность капель, формирование жидкой пленки, фазовые переходы. Данные задачи решают путем конструирования особых математических моделей многофазных сред, разработки которых активно ведутся в настоящее время.

Возможности для изучения аналитическим методом нестационарных газодинамических течений многофазных дисперсных сред с несущей фазой в виде газа, которая включает в себя мелкие частицы твердого или жидкого вещества, значительно ограничены. В этом случае предпочтение отдается способам вычислительной механики.

Актуальны исследования подобных течений, когда существуют интенсивные фазовые переходы. В качестве примера можно привести:

• анализ аварийных ситуаций в охладительных системах, которыми оснащены атомные электростанции;
• изучение вулканической активности;
• разработка технологических приложений для оптимизации устройств, предназначенных для создания высокоскоростных многофазных струй.

При рассмотрении свободнодисперсных систем, среда в которых представлена в газообразном или жидком агрегатном состоянии — например, аэрозолей, коллоидных растворов, газовых эмульсий, мицеллярных растворов поверхностно-активных веществ, — можно сделать вывод о подвижности дисперсных частиц. Они могут совершать вращательные движения, колебания с неодинаковой амплитудой.

Подвижность дисперсных частиц, особенно высокодисперсных и ультрадисперсных, является фундаментальным свойством свободнодисперсных систем. Дисперсные частицы движутся за счет различных факторов. Процесс определяется размером частиц. Для высокодисперсных частиц характерны малые размеры, что способствует их активному участию в броуновском движении. Такое явление рассматривают в качестве проявления молекулярно-кинетических свойств дисперсных систем.

Другим молекулярно-кинетическим свойством является диффузия дисперсных частиц, в процессе которой они перемещаются по причине неодинаковой концентрации в разных участках дисперсной системы. Благодаря диффузии, концентрация частиц постепенно становится однородной. Согласно второму началу термодинамики, при диффузии можно наблюдать увеличение энтропии дисперсной системы.

Дисперсные частицы, обладающие большими размерами (в том числе, твердые частицы, капли, газовые пузыри), почти не принимают участия в броуновском движении. Таким образом, для грубодисперсных систем не характерны молекулярно-кинетические свойства. Данный признак позволяет квалифицировать системы на высокодисперсные и грубодисперсные.

Основная причина движения крупных дисперсных частиц заключается в разнице между плотностями дисперсной фазы и дисперсионной среды. В том случае, когда плотность дисперсной фазы больше, частицы медленно выпадают в осадок в результате воздействия силы тяжести. Такое явление называют седиментацией. Частицы, которые обладают меньшим весом, всплывают на поверхность. Тогда процесс называют обратной седиментацией.

На движение дисперсных частиц оказывают влияния другие внешние силы. Большое значение для коллоидной химии имеет движение заряженных частиц дисперсной фазы в электрическом поле. Такой процесс носит название электрофорез.

В отдельную группу выделяют перемещения дисперсных частиц, происходящие совместно с движущейся дисперсионной средой. Данные потоки являются двухфазными и обладают рядом существенных отличий от однофазных потоков газов или жидкостей.

К примеру, наличие в жидком веществе малого количества дисперсных частиц способствует увеличению степени вязкости дисперсной системы в сравнении с аналогичными показателями дисперсионной среды.

Что такое Кальцинация?

Это термическая обработка твердого химического соединения. Он нагревается при высокой температуре, пока остается ниже точки плавления. Этот процесс помогает удалить летучие вещества.

Он также окисляет любую массу вещества. Он удаляет влагу или воду из влажных или гидратированных руд. При обжиге руда становится пористой и сухой.

Процесс прокаливания обычно проводят в реторте. Он имеет камеру, в которую будет помещаться и нагреваться объект или материал, подлежащий обработке.

Он не плавится и не окисляется до точки плавления. Реторта газонепроницаема. Он имеет один водяной клапан, который позволяет удалять летучие вещества из камеры реторты.

Во время этого процесса он не пропускает воздух. В некоторых случаях эти реторты перед нагревом продувают инертным газом или азотом.

Это необходимо для предотвращения окисления или других химических реакций с обычными атмосферными газами. Некоторые стерилизаторы также могут использовать вакуумный насос для выпуска газа, образующегося в процессе нагревания. 

Некоторыми примерами кальцинирования являются разложение карбонатных руд и удаление углекислого газа. Этот процесс делается для удаления обжига известняка.

Прокаливание гипс а боксит делается для удаления кристаллизации воды в виде водяного пара. Он также используется для разложения летучих компонентов из сырой нефти. кокс. 

Типы осаждения

Осаждение в химии может происходить в различных формах и иметь различные типы в зависимости от условий и веществ, участвующих в реакции. Ниже рассмотрим некоторые из основных типов осаждения:

1. Осаждение по снижению растворимости: Этот тип осаждения происходит, когда реагент добавляется в раствор и вызывает снижение растворимости одного или нескольких компонентов. В результате вещество становится менее растворимым и выпадает в виде осадка.

2. Осаждение по образованию соединения низкой растворимости: В этом случае осаждение происходит в результате образования соединения, которое имеет низкую растворимость. Это может происходить при реакции двух веществ или при изменении условий окружающей среды.

3. Осаждение по изменению pH: Некоторые вещества могут осаждаться в зависимости от pH раствора. При изменении pH может происходить изменение заряда молекул, что влияет на их растворимость и вызывает осаждение.

4. Осаждение по реакции окислительно-восстановительного типа: В этом типе осаждения реагенты вступают в окислительно-восстановительную реакцию, результатом которой является образование твердого осадка.

Это лишь некоторые из типов осаждения, которые могут происходить в химических реакциях. Каждый тип имеет свои особенности и требует специфических условий для осуществления.

Слайд 16Фазовые состояния полимеровАморфные и кристаллические полимеры существенно различаются по своим свойствам.

Аморфные полимеры с линейной или разветвленной структурой макромолекулы могут находиться в трех физических состояниях: 1. Стеклообразное. Такое состояние характеризуется наиболее прочными силами связи между молекулами и, как следствие, наименьшей гибкостью макромолекулы. Чем ниже температура полимера, находящегося в стеклообразном состоянии, тем меньшее число звеньев обладает подвижностью, и при определенной температуре, называемой температурой хрупкости, стеклообразные полимеры разрушаются без деформации (или малой деформации), подобно низкомолекулярным стеклам. 2. Высокоэластическое состояние характеризуется менее прочными силами связи между макромолекулами, большей их гибкостью и, как следствие, способностью длинных цепных молекул непрерывно изменять свою форму. В высокоэластическом состоянии малые напряжения вызывают быструю смену форм молекулы и их ориентацию в направлении действия силы. После снятия нагрузки макромолекулы под влиянием тепловых движений принимают наиболее энергетически выгодные формы, вследствие чего первоначальные размеры полимера восстанавливаются (обратимая деформация).

Прокаливание в химии

Прокаливание в химии – это процедура нагревания вещества до высоких температур с целью изменения его свойств, структуры и состава. Она используется для получения новых материалов, очистки и расщепления веществ, а также для удаления влаги и других примесей.

Прокаливание может происходить в различных условиях: в присутствии кислорода или без него, в закрытом или открытом сосуде, в атмосфере инертного газа или вакууме. Температура, на которую нагревается вещество, также может варьироваться в зависимости от задачи.

Примеры прокаливания в химии включают в себя процессы, такие как термическая обработка металлов, обжиг керамики, кальцинирование карбонатов для получения оксидов, выжигание глины для получения кирпича и многие другие.

• Термическая обработка металлов: прокаливание металлов применяется для изменения их механических свойств, таких как твердость и прочность, а также для улучшения их коррозионной стойкости. Например, прокаливание стали на высоких температурах может привести к изменению ее кристаллической структуры и повышению ее прочности.
• Обжиг керамики: при обжиге керамики, обычно на температуре выше 1000 градусов Цельсия, происходит изменение ее структуры и состава. Это приводит к увеличению ее прочности, твердости и коррозионной стойкости, а также к изменению цвета и текстуры поверхности.
• Кальцинирование карбонатов: при нагревании карбонатных минералов, таких как известняк или мрамор, происходит отделение углекислого газа и получение соответствующих оксидов. Например, кальцинирование известняка приводит к получению извести, который применяется в строительстве и других отраслях промышленности.

Разложение солей аммония

При разложении солей аммония чаще всего образуется аммиак, исключения составляют соли, в которых анион проявляет окислительные свойства. Например, хлорид, бромид, йодид, сульфиды, карбонаты и фосфаты разлагаются без изменения степеней окисления (без ОВР). Процессы идут при нагревании:

• NH₄Cl → NH₃↑ + HCl↑ ‒ разложение хлорида аммония
• NH₄Br → NH₃↑ + HBr↑ ‒ разложение бромида аммония
• NH₄I → NH₃↑ + HI↑ ‒ разложение йодида аммония
• (NH₄)₂S → 2NH₃↑ + H₂S↑ ‒ разложение сульфида аммония
• NH₄HS → NH₃↑ + H₂S↑ ‒ разложение гидросульфида аммония
• (NH₄)₃PO₄ → 3NH₃↑ + H₃PO₄ ‒ разложение фосфата аммония
• (NH₄)₂HPO₄ → 2NH₃↑ + H₃PO₄ ‒ разложение гидрофосфата аммония
• NH₄H₂PO₄ → NH₃↑ + H₃PO₄ ‒ разложение дигидрофосфата аммония
• (NH₄)₂CO₃ → 2NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O↑ ‒ разложение карбоната аммония
• NH₄HCO₃ → NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O↑ ‒ разложение гидрокарбоната аммония

Разложение солей аммония с изменением степени окисления:

Разложение нитрита и нитрата аммония легко запомнить вместе, отнимите от этих солей всю воду и получите нужный продукт:

• NH₄NO₃ → 2H₂O + N₂O ‒ разложение нитрата аммония
• NH₄NO₂ → 2H₂O + N₂ ‒ разложение нитрита аммония

Задание по образцу ФИПИ:

1. NH₃
2. NO
3. NH₄NO₃
4. N₂
5. N₂O

Ответ:

Ответить

Азот окисляется до NO

Удобно запоминать вместе и разложение дихромата и перманганата аммония, так как образуются сходные продукты – азот, оксид и соль:

• (NH₄)₂Cr₂O₇ → N₂↑ + Cr₂O₃ + 4H₂O↑ ‒ разложение дихромата аммония
• 2NH₄MnO₄ → N₂↑ + 2MnO₂ + 4H₂O↑ ‒ разложение перманганата аммония

Попробуйте решить задание ЕГЭ:

1. нитрит аммония
2. нитрат аммония
3. дихромат аммония
4. хлорид аммония

1. N₂ + Cr₂O₃ + H₂O
2. NH₃ + Cl₂ + H₂
3. N₂ + H₂O
4. NO₂ + Cr₂O₃ + H₂O
5. NH₃ + HCl
6. N₂O + H₂O

Ответ:

А	Б	В	Г

Ответить

Разложение гидрокарбонатов

Гидрокарбонаты разлагаются до соответствующих карбонатов:

• 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O↑ ‒ разложение гидрокарбоната натрия
• Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂↑ + H₂O↑ ‒ разложение гидрокарбоната кальция

При длительном нагревании происходит более глубокое разложение (это не качается гидрокарбонатов щелочных металлов, они в любом случае остаются карбонатами).

Например, в некоторых задачах может встретиться следующая фраза «гидрокарбонат нагревали до постоянной массы» или «смесь гидрокарбоната и карбоната нагревали до постоянной массы», какие реакции следует указать?

Если нагревают гидрокарбонат щелочного металла, то реакция одна:

Если нагревают другие гидрокарбонаты, то нужно писать две реакции:

• Ba(HCO₃)₂ → BaCO₃ + CO₂↑ + H₂O↑ ‒ нагревание
• BaCO₃ → BaO + CO₂↑ ‒ при продолжении нагревания

Основные характеристики подслоя

Одной из основных характеристик подслоя является его толщина. Толщина подслоя может быть различной в зависимости от конкретной задачи и материала, с которым он используется. Более тонкий подслои обычно используются для достижения точных результатов, в то время как более толстый подслои могут обеспечивать более высокую прочность или защиту.

Другой важной характеристикой подслоя является его состав. Подслой может быть составлен из различных материалов, таких как пластик, металл или керамика, в зависимости от конкретной задачи и требований

Состав подслоя может определять его свойства, такие как теплопроводность, электропроводность или химическая стойкость.

Также стоит упомянуть о поверхностной отделке подслоя. Поверхностная отделка может варьироваться от грубой до гладкой и может иметь различные эффекты на визуальное и тактильное восприятие материала. Правильная поверхностная отделка может также способствовать адгезии между подслоем и основным материалом.

Важным аспектом подслоя является его применение. Подслой может быть использован для различных целей, включая защиту от коррозии, повышение механической прочности или изменение оптических свойств материала. Применение подслоя контролируется требованиями конкретного проекта или продукта.

В заключение, основные характеристики подслоя включают толщину, состав, поверхностную отделку и применение. Использование подслоя в химии позволяет достичь определенных результатов и улучшить свойства материалов.

Важность растворения в научных исследованиях

Растворение является ключевым процессом во многих научных исследованиях в области химии. Оно играет важную роль в понимании химических реакций, исследованиях физических свойств вещества, а также в разработке новых материалов и лекарственных препаратов.

Одним из основных механизмов растворения является диссоциация, когда молекулы вещества распадаются на ионы в растворе. Этот процесс часто используется для изучения химических реакций, так как позволяет определить концентрацию ионов и следить за их перемещением в растворе. Также растворение используется для изучения диффузии и осмотического давления.

Исследования растворения позволяют также изучать физические свойства вещества, такие как растворимость, точка кипения, термодинамические параметры, вязкость и т.д. С помощью этих данных можно определить взаимодействие молекул вещества и предсказать его поведение в различных условиях.

Растворение также является важным инструментом в разработке новых материалов и лекарственных препаратов. Используя знания о растворимости различных веществ, исследователи могут оптимизировать составы материалов и лекарственных препаратов, улучшая их свойства и эффективность.

Еще одним примером важности растворения в научных исследованиях является его применение в аналитической химии. Аналитические методы, основанные на растворении анализируемых веществ, позволяют определить их концентрацию и состав, что важно для контроля качества продукции и выявления наличия вредных веществ

В целом, растворение является неотъемлемой частью научных исследований в области химии. Оно позволяет углубить наши знания о различных химических процессах, разрабатывать новые материалы и лекарственные препараты, а также создавать новые методы анализа и контроля.

Химические свойства цинка

Цинк Zn находится в IIБ группе IV-го периода. Электронная конфигурация валентных орбиталей атомов химического элемента в основном состоянии 3d104s2. Для цинка возможна только одна единственная степень окисления, равная +2. Оксид цинка ZnO и гидроксид цинка Zn(ОН)₂ обладают ярко выраженными амфотерными свойствами.

Цинк при хранении на воздухе тускнеет, покрываясь тонким слоем оксида ZnO. Особенно легко окисление протекает при высокой влажности и в присутствии углекислого газа вследствие протекания реакции:

2Zn + H₂O + O₂ + CO₂ → Zn₂(OH)₂CO₃

Пар цинка горит на воздухе, а тонкая полоска цинка после накаливания в пламени горелки сгорает в нем зеленоватым пламенем:

При нагревании металлический цинк также взаимодействует с галогенами, серой, фосфором:

С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно не реагирует.

Цинк реагирует с кислотами-неокислителями с выделением водорода:

Особенно легко растворяется в кислотах технический цинк, поскольку содержит в себе примеси других менее активных металлов, в частности, кадмия и меди. Высокочистый цинк по определенным причинам устойчив к воздействию кислот. Для того чтобы ускорить реакцию, образец цинка высокой степени чистоты приводят в соприкосновение с медью или добавляют в раствор кислоты немного соли меди.

При температуре 800-900oC (красное каление) металлический цинк, находясь в расплавленном состоянии, взаимодействует с перегретым водяным паром, выделяя из него водород:

Цинк реагирует также и с кислотами-окислителями: серной концентрированной и азотной.

Цинк как активный металл может образовывать с концентрированной серной кислотой сернистый газ, элементарную серу и даже сероводород.

Состав продуктов восстановления азотной кислоты определяется концентрацией раствора:

4Zn + 10HNO₃(0,5%) = 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

На направление протекания процесса влияют также температура, количество кислоты, чистота металла, время проведения реакции.

Цинк реагирует с растворами щелочей, при этом образуются тетрагидроксоцинкаты и водород:

С безводными щелочами цинк при сплавлении образует цинкаты и водород:

В сильнощелочной среде цинк является крайне сильным восстановителем, способным восстанавливать азот в нитратах и нитритах до аммиака:

Благодаря комплексообразованию цинк медленно растворяется в растворе аммиака, восстанавливая водород:

Также цинк восстанавливает менее активные металлы (правее него в ряду активности) из водных растворов их солей:

Zn + CuCl₂ = Cu + ZnCl₂

Zn + FeSO₄ = Fe + ZnSO₄

Классификация и номенклатура органических соединений[править | править код]

Классификация объектов, веществ и их схемы в химииправить | править код

Для чего науке нужны классификации объектов? Какие классификации веществ вам известны? Приведите их схемы и примеры веществ. По каким классификацианным признакам проведено разделение веществ на классы?

Классификация является важнейшим методом систематизации. Смысл классификации прост. Все многообразие объектов, требующих осмысления или какой-либо обработки, организуется в виде упорядоченной системы. Классификация позволяет выделить из всего многообразия объектов группы с интересующими исследователя свойствами и сосредоточиться на их изучении. Классификация объектов проводится с целью установления наследственных связей между объектами. Свойство наследования позволяет изучать характеристики всех объектов класса, не привязываясь к конкретному экземпляру. Классификация позволяет систематизировать знания об объектах любой природы и назначения.

Самая простая классификация заключается в том, что все известные вещества делят на неорганические и органические.

Неорганические вещества по составу делят на простые и сложные. Сложные неорганические вещества по составу и свойствам распределяют по следующим важнейшим классам: оксиды, основания, кислоты, амфотерные гидроксиды,
соли. Оксиды, в свою очередь, классифицируют на солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие делятся на основные, амфотерные, кислотные, которым соответствуют основания, амфотерные гидроксиды и кислоты соответственно. Основания делятся на растворимые (щелочи) и нерастворимые и т.д.

В зависимости от строения углеродной цепи органические соединения разделяют на соединения с открытой цепью ациклические и циклические — с замкнутой цепью атомов. Циклические делятся на две группы: карбоциклические соединения и гетероциклические. Карбоциклические соединения, в свою очередь, включают два ряда соединений: алициклические и ароматические. Как ациклические, так и циклические углеводороды могут содержать кратные (двойные или тройные) связи. Такие углеводороды называют непредельными (ненасыщенными), в отличие от предельных (насыщенных), содержащих только одинарные связи. Все сказанное о классификации органических веществ в зависимости от

строения углеродной цепи с примерами изображено на схеме (Схема 1 и схема 2).

Развернутые и сокращенные структурные формулы некоторых веществправить | править код

Напишите развернутые и сокращенные структурные формулы перечисленных веществ. На какую группу атомов отличается состав каждого из последующих веществ? Какую общую формулу можно установить для всех этих веществ?

Химическое вещество	Сокращённая формула	Развёрнутая формула
Метан	CH4{\displaystyle {\ce {CH4}}}	H−C|HH|−H{\displaystyle {\ce {H-{\overset {\displaystyle H \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle H}{C}}}-H}}}
Этан	CH3−CH3{\displaystyle {\ce {CH3-CH3}}}	H−C|HH|−C|HH|−H{\displaystyle {\ce {H-{\overset {\displaystyle H \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle H}{C}}}-{\overset {\displaystyle H \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle H}{C}}}-H}}}
Пропан	CH3−CH2−CH3{\displaystyle {\ce {CH3-CH2-CH3}}}	H−C|HH|−C|HH|−C|HH|−H{\displaystyle {\ce {H-{\overset {\displaystyle H \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle H}{C}}}-{\overset {\displaystyle H \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle H}{C}}}-{\overset {\displaystyle H \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle H}{C}}}-H}}}
Бутан	CH3−CH2−CH2−CH3{\displaystyle {\ce {CH3-CH2-CH2-CH3}}}	H−C|HH|−C|HH|−C|HH|−C|HH|−H{\displaystyle {\ce {H-{\overset {\displaystyle H \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle H}{C}}}-{\overset {\displaystyle H \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle H}{C}}}-{\overset {\displaystyle H \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle H}{C}}}-{\overset {\displaystyle H \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle H}{C}}}-H}}}

Состав каждого из последующих веществ отличается на CH2{\displaystyle {\ce {CH2}}}-группу. Общая формула CnH2n+2{\displaystyle {\ce {{C_{n}}H_{{2n}+2}}}}

Особенности и методы проведения прокаливания на воздухе в лабораторных условиях

Метод прокаливания на воздухе широко используется для приготовления порошкообразных веществ, а также для препарирования образцов перед анализом. Прокаливание проводится в специальной печи или горелке при определенных температурных условиях.

Процесс прокаливания на воздухе включает следующие этапы:

Шаг	Описание
1	Подготовка материала. Материал должен быть очищен от посторонних веществ и размещен на подходящей платформе, обычно в керамической чашке или стеклянной посуде.
2	Постепенное нагревание. Нагревание происходит постепенно, чтобы избежать резких изменений температуры, что может привести к разрушению материала. Материал нагревается до определенной температуры и поддерживается на ней в течение определенного времени.
3	Остывание. После достижения нужной температуры материал остывает в неподвижном состоянии, чтобы предотвратить его повреждение.

Важно отметить, что каждый материал требует индивидуального подхода при проведении прокаливания. Для определенных веществ может потребоваться использование защитной атмосферы, а также более точного контроля параметров нагревания и охлаждения

Прокаливание на воздухе – это неотъемлемая часть химического анализа и препарирования материалов. Корректное выполнение этого процесса имеет решающее значение для получения достоверных результатов и предотвращения возможных искажений данных в последующих экспериментах.