Гюннер Э.А., Шульгин В.Ф. Общая химия
Подождите немного. Документ загружается.
Вызвать коагуляцию этого золя можно добавлением сульфата аммония (коагулятор - двухзарядный сульфат-
ион). Однако если выпавший в результате коагуляции и седиментации осадок гидроксида железа(III)
отфильтровать и обработать на фильтре концентрированным раствором FeCl
3
, ионы Fe
3+
начнут
адсорбироваться на осадке, оказывая на него расклинивающее действие. В результате гидроксид железа вновь
образует коллоидный раствор.
Коагуляция коллоидного раствора не всегда завершается седиментацией. В некоторых случаях, когда
мицеллы коллоида имеют вытянутую форму, коллоидные частицы соединяются при коагуляции лишь
определенными участками, образуя трехмерную структуру, в полостях которой удерживается дисперсионная
среда. В результате весь коллоидный раствор превращается в псевдотвердую субстанцию, называемую гелем
или студнем. Примером неорганического геля может служить гель кремниевой кислоты, образующийся при
добавлении к раствору силиката натрия эквивалентного количества хлороводородной кислоты
Na
2
SiO
3
+ 2HCl = Н
2
SiO
3
+ 2NaCl
гель
К образованию гелей склонны многие органические полимеры, например, желатин и агар-агар.
9.5. Твердые растворы
Как указывалось в разделе 9.1, понятие "раствор" не связано с агрегатным состоянием системы. После
жидких растворов наиболее распространенной и важной группой гетерогенных систем являются твердые
растворы.
Твердыми растворами называются твердые гомогенные фазы переменного состава, состоящие из двух или
более компонентов.
Твердые растворы отличаются от жидких рядом характерных признаков. К ним относятся:
1. Отсутствие текучести.
2. Наличие в твердых растворах дальнего порядка.
3. Наличие у твердых растворов кристаллической решетки.
У твердых растворов реализуются все типы кристаллических решеток, возможные для твердого состояния.
Так, иод и бром при совместной кристаллизации образуют молекулярную решетку с чередованием в узлах ее
молекул I
2
и Br
2
. При кристаллизации расплава Ag-Au получается твердый раствор, имеющий металлическую
решетку. Кремний и германий образуют ковалентную решетку, а KCl и NaCl - ионную.
Твердые растворы обычно получают кристаллизацией жидких расплавов смесей компонентов или раствора
их в том или ином растворителе. Образование твердого раствора является сложным физико-химическим
процессом, сопровождающимся тепловым эффектом (положительным или отрицательным), изменением объема
и физических свойств системы.
Известны твердые растворы с неограниченной и ограниченной растворимостью. В случае неограниченной
растворимости твердый раствор образуется при любых соотношениях компонентов. Так, при кристаллизации
расплава Ag-Au независимо от содержания в нем золота и серебра всегда образуется твердый раствор. В
случае ограниченной растворимости твердые растворы образуются лишь в определенном интервале
концентраций компонентов. Так, например, при сплавлении железа с титаном твердые растворы образуются
лишь тогда, когда концентрация титана не превышает 6,9 масс. %. Если же кристаллизация происходит из
расплава с более высоким содержанием титана, то часть последнего выделяется в виде индивидуальной фазы,
а система становится гетерогенной.
Твердые растворы делятся на три класса:
1. Твердые растворы замещения. В этом случае частицы одного вещества замещают частицы в узлах
кристаллической решетки другого вещества. Именно для этого класса твердых растворов возможна
неограниченная растворимость. Так, например, при кристаллизации расплава или водного раствора смеси KCl и
NaCl можно получить гомогенные кристаллы любого состава от чистого хлорида калия до чистого хлорида
натрия. Твердый раствор с любым соотношением ионов хлора и брома можно получить из расплава или
раствора смеси KCl и KBr. Первая группа растворов называется твердыми растворами с катионным
замещением, вторая - с анионным замещением. Образованию твердых растворов замещения благоприятствует
близость размеров замещаемых и замещающих частиц.
2. Твердые растворы внедрения. В таких растворах частицы одного вещества проникают в полости
кристаллической решетки другого вещества. Так, многие металлы (например, железо) легко образуют твердые
растворы внедрения с атомами легких неметаллов (Н, В, С, N, О). Образование твердых растворов внедрения
возможно лишь тогда, когда внедряющиеся частицы достаточно малы (их радиус не может быть больше 67 % от
радиуса частиц в узлах кристаллической решетки). Твердые растворы замещения всегда характеризуются
ограниченной растворимостью.
3. Твердые растворы вычитания. Переменный состав таких растворов связан с изменением числа вакансий -
незанятых мест в кристаллической решетке. Примером этого класса твердых растворов могут служить сплавы
алюминия с никелем. Если растворять в никеле алюминий, то при концентрации алюминия, не превышающей 50
мол. %, образуются твердый раствор замещения. Если же содержание алюминия превысит 50 мол. %, в
кристаллах на месте некоторых атомов Ni появляются вакансии, а "высвободившиеся" атомы Ni идут на
образование твердого раствора его с алюминием.
Многие твердые растворы находят широкое применение. К ним относятся разнообразные стали, бронзы,
латуни, алюминиевые и магниевые сплавы.
171
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1988. – 640 с.
2. Гиллеспи Р. Геометрия молекул. М.: Мир, 1975. – 278 с.
3. Дей К., Селбин Д. Теоретическая неорганическая химия. М.: Химия, 1969. – 652 с.
4. Дикерсон Р., Грей Г., Хейт Дж. Основные законы химии. Т.1. М.: Мир, 1982. –652 с., Т.2. – 620 с.
5. Краснов К.С. Молекулы и химическая связь. М.: Высшая школа, 1977. –280 с.
6. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 1994. - 592 с.
7. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Строение вещества. М.: Высшая школа, 1978. –304 с.
8. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. Ч.1. М.: Изв. МГУ, 1991. – 480 с.
9. Хьюи Дж. Неорганическая химия. Строение вещества и реакционная способность. М.: Химия,
1987. – 696 с.
10. Яцимирский К.Б., Яцимирский В.К. Химическая связь. Киев: Вища школа, 1975. – 303 с.
172
Содержание
Стр
ВВЕДЕНИЕ. Предмет и структура химии 3
1. ХИМИЧЕСКАЯ АТОМИСТИКА 4
1.1. Основные положения и понятия химической атомистики 4
1.2. Стехиометрические законы химии 6
1.3. Методы определения молекулярных масс и атомных масс 8
1.3.1. Методы определения молекулярных масс 8
1.3.2. Методы определения атомных масс 9
2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СТРОЕНИЯ АТОМА 10
2.1. Предпосылки возникновения квантово-механической теории 10
2.2. Постулаты квантово-механической теории 11
2.3. Волновая функция. Уравнение Шредингера 14
2.4. Атом водорода. Одноэлектронные атомарные ионы 16
2.5. Многоэлектронные атомы 19
3. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА В СВЕТЕ КВАНТОВО-МЕХАНИЧЕСКИХ
ПРЕДСТАВЛЕНИЙ
22
3.1. Современная формулировка Периодического закона 22
3.2. Структура периодической системы элементов: периоды, группы, подгруппы элементов 22
3.3. Закономерности изменения свойств элементов в периодах и подгруппах периодической
системы
24
3.3.1. Эффективный заряд ядра 24
3.3.2. Атомные радиусы 26
3.3.3. Энергия ионизации 27
3.3.4. Сродство к электрону 28
3.3.5. Электроотрицательность 28
3.3.6. Степени окисления элементов 29
3.4. Элементы-аналоги. Виды аналогии в периодической системе элементов 29
3.4.1. Групповая аналогия 29
3.4.2. Типовая аналогия 30
3.4.3. Электронная аналогия 30
3.4.4. Слоевая аналогия 31
3.4.5. Контракционная аналогия (шринк-аналогия) 32
3.4.6. Горизонтальная аналогия 32
3.4.7. Диагональная аналогия 32
4. АТОМНОЕ ЯДРО. РАДИОАКТИВНОСТЬ 33
4.1. Элементарные частицы 33
4.2. Теория строения атомных ядер 34
4.3. Ядерные реакции 35
4.4.Радиоактивность. Типы радиоактивного распада 36
4.5. Законы радиоактивного распада 37
4.6. Естественная радиоактивность. Радиоактивные ряды. Радиоактивное равновесие 38
4.7. Искусственная радиоактивность. Изотопная индикация 40
4.8. Новые химические элементы 41
4.9. Эволюция элементов во Вселенной 42
5. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ 44
5.1. Химическая связь. Параметры химической связи. Валентность 44
5.2. Метод валентных связей 45
5.2.1. Основные принципы метода валентных связей 45
5.2.2. Насыщаемость ковалентной связи. Механизм образования двухцентровой связи 47
5.2.3. Направленность ковалентной связи. Гибридизация электронных орбиталей 50
5.2.4. Кратность ковалентной связи 54
5.2.5. Делокализованные многоцентровые связи. Теория резонанса 56
5.2.6. Предсказание геометрической формы молекул 58
5.2.7. Неполярные и полярные связи. Типы ковалентных молекул 62
5.2.8. Недостатки метода валентных связей 64
5.3. Метод молекулярных орбиталей 64
5.3.1. Основные принципы метода молекулярных орбиталей 64
5.3.2. Применение метода молекулярных орбиталей 67
5.3.2.1. Двухатомные молекулы 67
5.3.2.2. Молекулы, состоящие из трех и более атомов 72
5.4. Ионная связь 75
5.4.1. Особенности ионной связи. Свойства ионных соединений 75
5.4.2. Типы кристаллических решеток ионных соединений. Ионные радиусы 76
5.4.3. Энергия ионной кристаллической решетки 77
5.4.4. Поляризация ионов 78
5.5. Металлическая связь. Зонная теория кристаллов 79
173
5.6. Межмолекулярное взаимодействие 81
5.7. Водородная связь 82
6. КООРДИНАЦИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ 84
6.1. Координационные соединения. Основные положения координационной теории 84
6.2. Классификация координационных соединений 86
6.3. Номенклатура координационных соединений 87
6.4. Изомерия координационных соединений 88
6.5. Химическая связь в координационных соединениях 89
6.5.1. Метод валентных связей 89
6.2. Теория кристаллического поля 91
6.3. Метод молекулярных орбиталей 95
6.7. Реакции внешнесферного и внутрисферного замещения. Принцип транс-влияния 97
7. АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА 99
7.1. Типы агрегатного состояния 99
7.2. Твердое состояние вещества 99
7.2.1. Кристаллическое состояние 99
7.2.2. Аморфное состояние 101
7.3. Жидкое состояние вещества 102
7.4. Газообразное состояние вещества 102
7.5. Плазма 103
8. ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 104
8.1. Предмет и основные понятия теории химических процессов 104
8.2. Основы химической термодинамики 104
8.2.1. Термодинамические функции. Внутренняя энергия и первый закон термодинамики.
Энтальпия
104
8.2.2. Термохимия. Закон Гесса 106
8.2.3. Энтропия. Второй и третий законы термодинамики 110
8.2.4. Свободная энергия Гиббса. Направление химического процесса 113
8.3. Химическая кинетика 116
8.3.1. Предмет химической кинетики. Скорость химической реакции. Энергия активации 116
8.3.2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Катализаторы и катализ 118
8.3.3. Кинетическая классификация реакций. Молекулярность и порядок реакции.
Механизмы реакций
122
8.3.4. Некоторые типы многостадийных реакций 125
8.4. Химическое равновесие 126
8.4.1. Обратимые и необратимые реакции. Состояние химического равновесия 126
8.4.2. Смещение химического равновесия 128
9. РАСТВОРЫ 130
9.1. Общая характеристика растворов 130
9.2. Разбавленные растворы неэлектролитов. Коллигативные свойства растворов 134
9.3. Растворы электролитов 137
9.3.1. Электролиты. Теория электролитической диссоциации (ионизации) 137
9.3.2. Теория растворов слабых электролитов 139
9.3.2.1. Степень ионизации слабых электролитов и методы её определения 139
9.3.2.2. Равновесия в растворах слабых электролитов 140
9.3.3. Теория сильных электролитов 144
9.3.4. Обменные реакции в растворах электролитов 146
9.3.4.1. Типы обменных реакций в растворах электролитов 146
9.3.4.2. Гидролиз солей 148
9.3.5. Теория кислот и оснований 151
9.3.6. Окислительно-восстановительные реакции в растворах 155
9.3.6.1. Общая характеристика окислительно-восстановительных реакций 155
9.3.6.2. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций 156
9.3.6.3. Электродные потенциалы. Направление окислительно-восстановительных реакций.
Гальванический элемент
158
9.3.6.4. Электролиз 162
9.4. Коллоидные растворы 164
9.4.1. Общая характеристика коллоидных растворов и методы их получения 164
9.4.2. Строение коллоидных частиц 166
9.5. Твердые растворы 168
Список рекомендуемой литературы 169
Содержание 170
174