банк лекцій

Розчини - однорідні суміші змінного складу. Розчини ділять на газові, рідкі та тверді.

До газових розчинів відносять повітря, природні горючі гази і ін. Їх частіше називають сумішами.

Найбільше значення мають рідкі розчини, наприклад, води озер, річок, морів, нафта та ін.

До твердих розчинів відносяться багато сплавів.

Всякий розчин складається з розчиненої речовини і розчинника, тобто середовища, в якій ця речовина рівномірно розподілено у вигляді молекул, агрегатів молекул і іонів.

Можливість утворення розчинів обумовлюється розчинність його компонентів. Найбільшу взаємну розчинність мають речовини з подібним будовою і властивостями.

Найважливішою характеристикою розчину є його склад. Найбільш поширений спосіб вираження складу розчину через масові відсотки.

Так, 20% -ний розчин певної речовини - це розчин, в 100 г якого міститься 20 г цієї речовини.

Інший часто використовувані спосіб вираження складу розчину - молярна концентрація. яка показує число молей розчиненої речовини в 1 л розчину.

Іноді користуються титром розчину. Титр розчину виражається числом грамів розчиненої речовини в 1 мл розчину.

Розчини виходять при взаємодії розчинної речовини і розчинника.

Абсолютно нерозчинних речовин немає.

Процес розчинення триває до встановлення стану рівноваги - стану насиченого розчину.

У разі самовільного утворенні розчинів ізобарний потенціал (енергія Гіббса) системи зменшується, а # 68; G<0, для насыщенного раствора D G=0.

Рушійними силами освіти розчинів є ентальпійного і ентропійний фактори.

Ентропійних фактором пояснюється мимовільне змішування двох інертних, практично не взаємодіють газів гелію і неону.

Чим слабкіше взаємодія молекул розчинника і розчиненої речовини, тим більше роль ентропійного фактора в освіті розчину. Знак зміни ентропії залежить від ступеня зміни порядку в системі до і після процесу розчинення. При розчиненні газів в рідині ентропія завжди зменшується, а при розчиненні кристалів зростає.

Знак зміни ентальпії розчинення визначається знаком суми всіх теплових ефектів процесів, які супроводжують розчинення, з яких основний внесок вносять руйнування кристалічної решітки і взаємодія утворилися іонів з молекулами розчинника.

Розчинник і розчинена речовина роблять значний вплив один на одного і взаємно змінюють свої властивості. Ступінь впливу залежить від природи того чи іншого речовини, і воно найбільш істотно проявляється в дисоціації молекул розчиненої речовини або їх асоціації. Переважне проходження того чи іншого процесу визначається концентрацією речовини в розчині, температурою і співвідношенням полярностей розчинника і розчиненої речовини.

Для розуміння природи розчинів важливе значення мають роботи Д.І. Менделєєва, який створив хімічну теорію розчинів. До робіт Менделєєва вважалося, що розчини - це результат фізичного процесу подрібнення речовини, що розчиняється в середовищі розчинника, причому між частинками в розчині відсутні будь-які взаємодії. На підставі експериментальних факторів Менделєєв довів наявність в розчинах певних хімічних сполук - комплексів розчиненої речовини з розчинником. Ці комплекси називаються сольватамі (для водних розчинів - гідратами).

Ідеальний розчин - це розчин, в якому сили міжмолекулярної взаємодії молекул розчинника і розчинених речовин однакові.

При утворенні ідеального розчину ентальпія системи не змінюється. Кожен компонент в складі ідеального розчину поводиться незалежно від інших компонентів.

дисперсні системи

Справжні розчини містять молекули або атоми, розміри яких зазвичай не перевищують 5 × 10 -9 м (5 нм). При збільшенні розмірів частинок система стає гетерогенною, що складається з двох і більше фаз з сильно розвиненою поверхнею розділу. Такі системи отримали назву дисперсних систем.

Всі дисперсні системи складаються із суцільної фази, званої дисперсної середовищем, і переривчастої фази (часток) званої дисперсною фазою. Залежно від розміру часток дисперсні системи поділяються на групи:

суспензії (суспензії, емульсії) у яких частинки мають розмір 1000 Нм (10 -6 м) і більше;
колоїдні системи, розмір часток яких лежить в межах від 1 до 500 нм (10 -9 - 5 × 10 -7 м).

Дисперсні системи також класифікуються за агрегатним станам дисперсної фази і дисперсного середовища:

Тип дисперсної системи

колоїдні системи

Колоїдне стан характерно для багатьох речовин, якщо їх частки мають розмір від 1 до 500 нм. Характерною особливістю колоїдних частинок є наявність на їх поверхні заряду, обумовленого виборчої адсорбцией іонів (зміна концентрації речовини на межі розділу фаз називається адсорбцією). Колоїдна частинка має складну будову. Вона включає в себе ядро, адсорбовані іони, протівоіони і розчинник. Існують ліофільні колоїди, в яких розчинник взаємодіє з ядрами частинок, і та ліофобні колоїди, в яких розчинник не взаємодіє з ядром частинок.

Полімери і олігомери

Полімери - високомолекулярні сполуки, які характеризуються молекулярною масою від декількох тисяч до багатьох мільйонів. Молекули полімерів, звані також макромолекулами, складаються з більшого числа повторюваних ланок. Унаслідок великої молекулярної маси макромолекул полімери набувають деякі специфічні властивості. Тому вони виділені в особливу групу хімічних сполук.

Окрему групу також складають олігомери, які за значенням молекулярної маси займають проміжне положення між низькомолекулярними і високомолекулярними сполуками.

Розрізняють неорганічні, органічні та елементоорганіческіе полімери. Органічні полімери поділяють на природні і синтетичні.

Макромолекули полімерів можуть бути лінійними, розгалуженими і сітчастими.

Лінійні полімери утворюються при полімеризації мономерів або лінійної поліконденсації.

Розгалужені полімери можуть утворюватися як при полімеризації, так і при поліконденсації. Розгалуження полімерів при полімеризації може бути викликано передачею ланцюга на макромолекулу, зростанні бічних ланцюгів за рахунок сополимеризации і іншими причинами.

Лінійні і розгалужені макромолекули через здатність атомів і груп обертатися навколо ординарних зв'язків постійно змінюють свою просторову форму, мають багато конформаційних структур. Це властивість забезпечує гнучкість макромолекул, які можуть згинатися, скручуватися, розпрямлятися. Тому для лінійних і розгалужених полімерів характерно високоеластичний стан, тобто здатність до оборотної деформації під дією відносно невеликих зовнішніх сил.

При розгалуженні полімерів еластичні і термопластичні властивості стають менш вираженими. При утворенні сітчастої структури термопластичность втрачається. У міру зменшення довжини ланцюгів в осередках сіток втрачається і еластичність полімерів, наприклад, при переході від каучуку до ебоніту.

Лінійні макромолекули можуть бути регулярну і нерегулярну структуру. В полімерах регулярної структури окремі ланки ланцюга повторюються в просторі в певній порядку. Полімери регулярної структури отримали назву стереорегулярних.

Більшість полімерів зазвичай знаходиться в аморфному стані. Деякі полімери в певних умовах можуть бути мати кристалічну структуру. Аморфні полімери можуть знаходитися в склоподібного, високоеластіческом і вязкотекучем станах.

Хімічні властивості залежать від складу, молекулярної маси і структури полімерів. Їм властиві реакції з'єднання макромолекул поперечними зв'язками, взаємодії функціональних груп один з одним і низькомолекулярними речовинами і деструкції. Наявність у макромолекул подвійних зв'язків і функціональних груп обумовлює підвищення реакційної здатності полімерів.

Механічні властивості визначаються елементним складом, молекулярною масою, структурою і фізичним станом макромолекул.

Всі речовини підрозділяються на діелектрики, напівпровідники і провідники.

Композиційні матеріали (композити) - складаються з основи (органічної, полімерної, вуглецевої, металевої, керамічної), армованим наповнювачем, у вигляді високоміцних волокон і ниткоподібних кристалів. В якості основи використовуються синтетичні смоли і полімери. Композити на основі полімерів використовуються як конструкційні, електро- і теплоізоляційні, корозійностійких в електротехнічної, авіаційної, радіотехнічної промисловості, космічній техніці і т.д.