Периодический закон Д.И. Менделеева и периодическая система химических элементов имеет большое значение в развитии химии. Окунемся в 1871 год, когда профессор химии Д.И.

Менделеев,  методом многочисленных проб и ошибок, пришел  к выводу, что «… свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Периодичность изменения свойств элементов возникает вследствие периодического повторения электронной конфигурации внешнего электронного слоя  с увеличением заряда ядра.

Современная формулировка периодического закона такова:

«свойства химических элементов (т.е. свойства и форма образуемых ими соединений) находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов химических элементов».

Преподавая химию, Менделеев понимал, что запоминание индивидуальных свойств каждого элемента, вызывает у студентов трудности. Он стал искать пути создания системного метода, чтобы облегчить запоминание свойств элементов. В результате появилась естественная таблица, позже она стала называться периодической.

Наша современная таблица очень похожа на менделеевскую. Рассмотрим ее подробнее.

Таблица Менделеева

Периодическая таблица Менделеева состоит из 8 групп и 7 периодов.

Вертикальные столбцы таблицы называют группами. Элементы, внутри каждой группы, обладают сходными химическими и физическими свойствами. Это объясняется тем, что элементы одной группы имеют сходные электронные конфигурации внешнего слоя, число электронов на котором равно номеру группы. При этом группа разделяется на главные и побочные подгруппы.

В Главные подгруппы входят элементы, у которых валентные электроны располагаются на внешних ns- и np- подуровнях. В Побочные подгруппы входят элементы, у которых  валентные электроны располагаются на внешнем ns- подуровне и внутреннем (n — 1) d- подуровне (или (n — 2) f- подуровне).

Все элементы в периодической таблице, в зависимости от того, на каком подуровне (s-, p-, d- или f-) находятся валентные электроны классифицируются на: s- элементы (элементы главной подгруппы I и II групп), p- элементы (элементы главных подгрупп III — VII групп), d- элементы (элементы побочных подгрупп), f- элементы (лантаноиды, актиноиды).

Для элементов главных и побочных подгрупп одинаковыми являются формулы высших оксидов (и их гидратов). В главных подгруппах состав водородных соединений являются одинаковыми, для элементов, находящихся в этой группе.

Твердые гидриды образуют элементы главных подгрупп I — III групп, а IV — VII групп образуют а газообразные водородные соединения. Водородные соединения типа ЭН4 – нейтральнее соединения, ЭН3 – основания, Н2Э и НЭ — кислоты.

Горизонтальные ряды таблицы называют периодами. Элементы в периодах отличаются между собой, но общее у них то, что последние электроны находятся на одном энергетическом уровне (главное квантовое число n — одинаково).

Первый период отличается от других тем, что там находятся всего 2 элемента: водород H и гелий He.

Во втором периоде находятся 8 элементов (Li — Ne). Литий Li – щелочной металл начинает период, а замыкает его благородный газ неон Ne.

В третьем периоде, также как и во втором находятся 8 элементов (Na — Ar). Начинает период щелочной металл натрий Na, а замыкает его благородный газ аргон Ar.

В четвёртом периоде находятся 18 элементов (K — Kr) – Менделеев его обозначил как  первый большой период. Начинается он также с щелочного металла Калий, а заканчивается инертным газом криптон Kr. В состав больших периодов входят переходные элементы (Sc — Zn) — d-элементы.

Шестой период состоит из 32 элементов (Cs — Rn). Кроме 10 d-элементов (La, Hf — Hg) в нем находится ряд из 14 f-элементов(лантаноиды)- Ce — Lu

Седьмой период не закончен. Он начинается с Франций Fr, можно предположить, что он будет содержать, также как и шестой период, 32 элемента, которые уже найдены (до элемента с Z = 118).

Интерактивная таблица Менделеева

Если посмотреть на периодическую таблицу Менделеева и провести воображаемую черту, начинающуюся у бора и заканчивающуюся между полонием и астатом, то все металлы будут находиться слева от черты, а неметаллы – справа. Элементы, непосредственно прилегающие к этой линии будут обладать свойствами как металлов, так и неметаллов. Их называют металлоидами или полуметаллами. Это бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма, теллур и полоний.

Периодический закон

Менделеев дал следующую формулировку Периодического закона: «свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».
Существует четыре основных периодических закономерности:

Правило октета утверждает, что все элементы стремятся приобрести или потерять электрон, чтобы иметь восьмиэлектронную конфигурацию ближайшего благородного газа. Т.к. внешние s- и p-орбитали благородных газов полностью заполнены, то они являются самыми стабильными элементами.

Энергия ионизации – это количество энергии, необходимое для отрыва электрона от атома. Согласно правилу октета, при движении по периодической таблице слева направо для отрыва электрона требуется больше энергии. Поэтому элементы с левой стороны таблицы стремятся потерять электрон, а с правой стороны – его приобрести.

Самая высокая энергия ионизации у инертных газов. Энергия ионизации уменьшается при движении вниз по группе, т.к. у электронов низких энергетических уровней есть способность отталкивать электроны с более высоких энергетических уровней. Это явление названо эффектом экранирования. Благодаря этому эффекту внешние электроны мене прочно связаны с ядром.

Двигаясь по периоду энергия ионизации плавно увеличивается слева направо.

Зависимость энергии ионизации от заряда ядра

Сродство к электрону – изменение энергии при приобретении дополнительного электрона атомом вещества в газообразном состоянии. При движении по группе вниз сродство к электрону становится менее отрицательным вследствие эффекта экранирования.

Зависимость сродства к электрону от заряда ядра

Электроотрицательность  — мера того, насколько сильно атом стремится притягивать к себе электроны связанного с ним другого атома.

Электроотрицательность увеличивается при движении в периодической таблице слева направо и снизу вверх. При этом надо помнить, что благородные газы не имеют электроотрицательности.

Таким образом, самый электроотрицательный элемент – фтор.

зависимость электроотрицательности от заряда ядра

На основании этих понятий, рассмотрим как меняются свойства атомов и их соединений в таблице Менделеева.

Итак, в периодической зависимости находятся такие свойства атома, которые  связанны с его электронной конфигурацией: атомный радиус, энергия ионизации,  электроотрицательность.

Рассмотрим изменение свойств атомов и их соединений в зависимости от положения в периодической системе химических элементов.

Неметалличность атома увеличивается при движении в периодической таблице слева направо и снизу вверх. В связи с этим основные свойства оксидов уменьшаются, а кислотные свойства увеличиваются в том же порядке — при движении слева направо и снизу вверх. При этом кислотные свойства оксидов тем сильнее, чем больше степень окисления образующего его элемента

По периоду слева направо основные свойства гидроксидов ослабевают,по главным подгруппам сверху вниз сила оснований увеличивается. При этом, если металл может образовать несколько гидроксидов, то с увеличением степени окисления металла, основные свойства гидроксидов ослабевают.

По периоду слева направо увеличивается сила кислородосодержащих кислот. При движении сверху вниз в пределах одной группы сила кислородосодержащих кислот уменьшается. При этом сила кислоты увеличивается с увеличением степени окисления образующего кислоту элемента.

По периоду слева направо увеличивается сила бескислородных кислот. При движении сверху вниз в пределах одной группы сила бескислородных кислот увеличивается.

Ионы

Ионы — это атомы, в которых количество протонов не равно количеству электронов. После изучения статьи Вы узнаете, какими бывают заряженные частицы, что такое ионы, катионы и анионы, также Вы сможете по номеру элемента узнать, каким зарядом он может обладать

Сколько электронов в атоме?

Количество электронов в нейтральном атоме равно количеству протонов в ядре, например, у хрома (24Cr) 24 протона, соответствено, вокруг ядра вращается 24 электрона. Как было рассказано в статье «электронная конфигурация атома», каждый электрон двигается по некой орбитали, то есть обладает заданным количеством энергии.

Энергия ионизации

Если электрону сообщить достаточное количество энергии, то электрон «оторвётся» от атома. Чем ближе электрон к ядру — тем сложнее его отрывать, а значит, больше энергии необходимо передать. Энергия, необходимая для отрыва электрона, называется энергией ионизации или ионизационный потенциал (I). Значения I затабулированы и могут быть найдены в различных справочниках.

Энергия сродства электрону

Также электроны могут присоединяться к атому, в процессе присоединения электрон выделяет энергию, такая энергия называется энергией сродства электрону, для каждого электрона конкретного атома энергия сродства численно равна и противоположна по знаку энергии ионизации, например, 17Cl, что бы оторвать 17й электрон у атома хлора, необходимо сообщить ему 13 эВ, любой другой электрон, который присоединится на место 17го электрона также выделит 13 эВ.

Катионы и анионы

Атомы, в которых количество протонов не равно количеству электронов называются ионами, поскольку электрон имеет отрицательный заряд, то если электронов больше протонов, то суммарный заряд отрицательный: S2- означает, что в данном атоме серы количество электронов больше чем протонов на два электрона. Соответственно, если электронов меньше чем протонов, то суммарный заряд положительный и обозначается H+. Отрицательно заряженные атомы называются анионами, положительно заряженные атомы — катионами.

Какой заряд будет у атома?

Теоретически возможно отобрать все электроны у атома, но это возможно только в лабораторных условиях и за пределами лаборатории атомы в таком состоянии находиться не будут, почему?

Вернёмся к устройству электронной оболочки. Вокруг атома электроны сгруппированы по энергетическим уровням, каждый заполненный уровень экранирует ядро и является более стабильным, нежели не до конца заполненный уровень.

У натрия на последнем подуровне один электрон, энергия сродства — 0,78 эВ, потенциал ионизации — 0,49 эВ, поэтому вероятнее натрий отдаст один электрон, нежели примет его.

Зная потенциал ионизации и энергию сродства мы можем сделать предположение о взаимодействии веществ. Если смешать натрий и хлор, и сообщить им энергию, то вероятнее всего Na будет отдавать один электрон Cl и в результате получится смесь ионов Na+ и Cl-.

Пример

Так можно по номеру элемента предположить, какой заряд он будет иметь, например, 19й элемент, электронная конфигурация — 1s 22s 22p 63s 23p64s 1, вероятнее всего, такой элемент может либо отдать, либо принять один электрон.

У 27го элемента электронная конфигурация выглядит так: 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d7, у d-подуровня всего может быть 10 атомов, т.е. либо атом примет 1,2 или 3 электрона, либо отдаст 1,2,3…7 электронов, так, вероятнее, он примет 3, т.е.

возможные состояния — это +1, +2 и +3,

Что такое энергия ионизации и от чего зависит

Энергия ионизации — это количество энергии, которое изолированный атом в основном электронном состоянии должен поглотить для освобождения электрона, в результате чего образуется ион.

Эта величина обычно выражается в кДж/моль или количество, необходимое для того, чтобы потерять один электрон.

Образование ионов

Ионы — это атомы, которые получили или потеряли электроны. Образуется ионизирующее излучение со своими положительными и отрицательными особенностями для человека.

При рассмотрении первоначально нейтрального атома, вытеснение первого электрона потребует меньше работы, чем вытеснение второго, второй потребует меньше, чем третьего и так далее. Для вытеснение каждого последующего электрона требуется больше работы.

Это происходит потому, что после потери первой отрицательно заряженной элементарной частицы общий заряд атома становится положительным, а отрицательные силы будут притягиваться к положительному заряду новообразованного иона.

Чем больше отрицательно заряженных элементарных частиц потеряно, тем более положительным будет этот ион, тем труднее отделить другие электроны от этого атома.

В общем, чем дальше электрон от ядра, тем легче его изгнать. Другими словами, энергия ионизации является функцией атомного радиуса: чем больше радиус, тем меньше количество работы, необходимой для удаления электрона с внешней орбитали. Например, было бы гораздо легче забрать электроны от более крупного элемента Ca (кальция), чем от того, где они крепче удерживаются к ядру как Cl (хлор).

В химической реакции, понимание энергии ионизации важно для того, чтобы понять поведение различных атомов при связях друг с другом.

Например, энергия ионизации натрия (щелочного металла) составляет 496 кДж/моль, тогда как хлора — 1251,1 кДж/моль.

Например, углерод и кислород делают СО2 (углекислый газ) находящиеся близко один к другому на периодической таблице. Они поэтому формируют ковалентное скрепление.

Углерод и хлор образуют CCl4 (четыреххлористый углерод) другой молекулой, которая ковалентно связана.

Периодическая таблица и тренд ионизации

Энергия ионизации зависит от атомного радиуса. Так как идя справа налево по периодической таблице, атомный радиус увеличивается, а энергия ионизации уменьшается слева направо в периодах и вниз по группам.

Объяснение шаблона в первых нескольких элементах

Водород имеет электронную структуру 1s1. Это очень маленький атом, и электрон приближается к ядру и, следовательно, притягивает. Нет электронов, экранирующих его от ядра, поэтому энергия ионизации высока 1310 кДж моль-1.

Гелий имеет структуру 1s2. Электрон удаляется с той же орбиты, что и в случае с водородом он близок к ядру. Значение 2370 кДж моль-1 намного выше, чем у водорода, потому что ядро теперь имеет 2 протона, притягивающие их вместо 1.

Литий — 1s22s1. Свой внешний электрон находится на втором энергетическом уровне, гораздо более удаленнее от ядра. Можно утверждать, что это было бы компенсировано дополнительным протоном в ядре, но электрон не чувствует полной тяги ядра — он экранируется.

Если сравнить литий с водородом (а не с гелием), электрон водорода также чувствует тягу 1+ от ядра, но расстояние намного больше с литием. Первая энергия ионизации лития падает до 519 кДж моль-1, тогда как водород составляет 1310 кДж моль-1.

Исключения из этой тенденции наблюдаются для щелочноземельных металлов (группа 2: бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba), радий (Ra), унбинилий (Ubn) и элементов группы азота (группа 5: азот (N); фосфор (P); мышьяк (As); сурьма (Sb); висмут (Bi)). Группы 2 и 5 имеют полностью и наполовину заполненную электронную конфигурацию соответственно, поэтому для удаления отрицательно заряженных элементарных частиц из полностью заполненных орбиталей требуется больше работы, чем из неполнозаполненных.

Щелочные металлы (группа I) обладают малой энергией ионизации, особенно по сравнению с галогенами или группой VII.

В дополнение к радиусу (расстоянию между ядром и электронами на самой внешней орбите), количество электронов между ядром, в самой внешней оболочке, также влияет на энергию ионизации.

Этот эффект, при котором полный положительный заряд ядра не ощущается внешними электронами из-за отрицательных зарядов внутренних, частично отменяющих положительный заряд, называется экранированием.

Чем больше электронов защищает внешнюю электронную оболочку от ядра, тем меньше работы требуется для вытеснения отрицательно заряженной элементарной частицы из указанного атома.

Чем выше эффект экранирования требуется меньше приложить работы. Из-за экранирующего эффекта энергия ионизации уменьшается сверху вниз в группе. Из таблицы Менделеева видно что Цезий имеет низкую, а фтор самую высокую энергию ионизации (за исключением гелия и неона).

Для чего необходимо знать про эту величину

Падение энергии ионизации при движении вниз таблицы приводит к снижению энергии активации и, следовательно, к более быстрым реакциям.

Энергия ионизации являются одним из наиболее важных факторов, которые необходимо учитывать при оценке прочности химических связей и прогнозировании того, как химические вещества будут связываться друг с другом. Но это не свободная энергия.

Что такое Энергия ионизации -[ Определение, тенденция, Периодическая таблица] & Как рассчитать энергию ионизации

В конце статьи, Вы в состоянии описать- Что такое Энергия ионизации, Определение, тенденция, Периодическая таблица и как рассчитать энергию ионизации. Давайте начнем обсуждать один за другим.

Что такое Энергия ионизации – Определение

Количество энергии (Работа) необходимо удалить один электрон из последней орбиты родительский атом, как термин энергия ионизации(т.е.).

Мы должны использовать энергию. Энергия необходима, чтобы вытащить электроны хорошо. Электроны не просто отрываются. В атомах, электроны удерживаются вместе электростатическими силами.

Сила Электростатическая исходит от положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Так, надо что-то тянуть эти электроны прочь.

Например –

кальций (в качестве) → Как2+ + 2е–

Кальций в нейтральном состоянии. Мы можем забрать два (или больше) электроны, чтобы сделать его кальций плюс два (в качестве2+). Некоторые атомы могут отстраниться или может испустить более одного электрона.

• Теперь энергия, необходимая отстраниться, что первый электрон известен как первая энергия ионизации.
• В то время как энергия, необходимая для отстраниться, что второй электрон известен как второй т.е. и так далее.

Ионизация Периодическая таблица Энергия

Мы видим в периодической таблице, как мы идем через период энергия ионизации атома имеет тенденцию к увеличению. Эффективный заряд ядра (протоны) возрастать по мере идут слева направо.

объяснять

Для того, чтобы объяснить вид, что давайте по закону Кулона. Еще раз, Закон Кулона утверждает, что сила равна постоянная время К произведению двух зарядов, разделенных расстоянием между ними в квадрате.

• Помните, знаменатель (р2) уменьшается, что означает силу (F) имеет тенденцию к увеличению.
• Увеличение заряда приводит к увеличению силы.
• Уменьшение радиуса атома имеет тенденцию к увеличению силы.

Там существует два заряда один протоны и другие являются электронами. Мы уже говорили, что наш эффективный заряд ядра имеет тенденцию к увеличению, как мы идем слева направо.

Принимая пример, Теперь, что происходит, при переходе от лития к фтору. Фтор имеет самую высокую силу. Другими словами, протоны, найденные в ядре тянуть эти электроны на внешней электронной оболочки с большим количеством силы гораздо больше силы, чем литий (или бериллий или бор или углерод).

Это означает, что он будет требовать гораздо больше энергии, чтобы вытащить эти внешние электроны от и именно поэтому, как мы идем через период от лития до фтора энергии ионизации имеет тенденцию к увеличению. Потому что, как мы идем слева направо, у нас есть более эффективный ядерный заряд, который означает, что мы имеем большую силу.

Когда мы идем вниз по группе, атомный радиус увеличивается. Если мы вернемся к закону Кулона, если радиус атома увеличивается, что увеличивает расстояние между двумя зарядами (протоны и электроны) увеличивается. Таким образом, R также увеличивает (знаменатель увеличивается) и это означает, что наша сила меньше.

Так, как мы идем вниз к группе наша энергия ионизации имеет тенденцию к снижению.

Таким образом, в основном, тем выше энергия ионизации, тем меньше вероятность, что вы отказаться от электронов

Атомный размер или радиус

Чем больше размера атома, чем меньше т.е.. По мере увеличения размера атома, внешние электроны расположены дальше от ядра и, следовательно, оказывают меньшее притяжение к ядру и, следовательно, могут быть легко удалены.

Скрининг эффект

Чем больше число электронов в оболочке внутренней, тем больше эффект экранирования на электроны во внешнем (валентность) Таким образом, оболочка, которая испытывает меньше притяжения от ядра и, следовательно, может быть легко удалена что приводит к более низкому значению потенциала ионизации. Теперь, когда мы двигаемся вниз группа, количество внутренних оболочек возрастает и, следовательно, потенциал ионизации имеет тенденцию к снижению.

Эффект от ядерного заряда в первой энергии ионизации

Ядерный заряд определяются как чистое ядерное притяжение в направлении электронов валентной оболочки.

Более эффективный ядерный заряд, более плотно электроны удерживаются с ядром и, следовательно, больше энергии будет требоваться, чтобы удалить электрон приводит к более высокому т.е..

Эффективный заряд ядра (сэфф) = Z-S,

Если Z = ядерный заряд ; S = постоянная Скрининг.

При перемещении вдоль периода заряд ядра растет при увеличении атомного номера в то время как валентной оболочки остается тем же, и, таким образом, эффективные увеличения заряда ядра, которые приводят к более высокому т.е..

Увеличение положительного заряда на ион увеличивает эффективный ядерный заряд, который, в свою очередь, увеличивает т.е.. С другой стороны, увеличение отрицательного заряда на ион уменьшает эффективный ядерный заряд, который в свою очередь, уменьшает т.е..

Половина заполнена и полностью заполнена электронная конфигурация

Согласно правилу Хунда, атомы, имеющие наполовину заполненной или полностью заполненные орбитали сравнительно более стабильны и, следовательно, требуется больше энергии, чтобы удалить электрон из таких атомов, приводящих к более высоким, чем то есть, как правило, ожидаемого значения.

Устройство электронов(симметричность)

Симметрия играет важную роль в первом т.е.. Если атом или ион имеет S2п6 конфигурация, его чрезвычайно т.е. высока из-за наличия так называемого механизма октетов (конфигурации благородного газа). Это объясняет, почему IE2 Ли(литий) очень очень высока по сравнению с IE1.

IE3 >>> IE2 > IE1

Удаление с, п, г и е электроны из одной и той же оболочки

Так как S-орбитали более шкаф ядро, чем р-орбиталь той же орбиты, его электроны испытывают притяжение больше, чем у р и, следовательно, их удаление трудно что приводит к более высокой IE. В целом, т.е. следует следующий порядок S> п > d > е орбиталь той же орбиты.

s> п > d > е орбиталь той же орбиты.

Запомнить: т.е.. измеряется в единицах электрон-вольта (эВ) в расчете на атом или кДж на моль или килокалории на моль.
1 эВ / атом ккал.

Как рассчитать энергию ионизации

На самом деле, электроны удерживаются ядром атомов металла на определенном сила, называемая силой связывания.

Для того, чтобы избежать электронов мы поставлять энергию для преодоления обязательной силы.

Эта работа выполняется фотоном, который содержит минимум энергии будет называется пороговой энергии чтобы сломать энергию связи. Энергетический порог также известен как рабочая функция.

Энергия ионизации = функция работы + кинетическая энергия

где

• Энергия E = Нч.
• Функция работы E0 = Нч0
• кинетическая энергия K.E = 1 / 2mv2.

1. Если энергия падающего фотона (больше чем) пороговой энергии, чем испускают электрон будет приобретать некоторую кинетическую энергию.
2. Кинетическая энергия электронов прямо пропорциональный на частоту удара Photon и это совершенно не зависит от интенсивности.
3. Число электронов выбрасывается в секунду зависит от интенсивность ударной Photon, не по их частоте.

Это все об основах – Что такое Энергия ионизации, Определение, тенденция, Периодическая таблица и как рассчитать энергию ионизации.

The post Энергия ионизации — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Энергия ионизации appeared first on Химия.

Хорошо известно, что одни вещества в растворенном или расплавленном состоянии проводят электрический ток, другие в тех же условиях ток не проводят.

Проводимость веществами электрического тока или отсутствие проводимости можно наблюдать с помощью простого прибора.

Он состоит из угольных стержней (электродов), присоединенных проводами к электрической сети. В цепь включена электрическая лампочка, которая показывает присутствие или отсутствие тока в цепи. Если опустить электроды в раствор сахара ,то лампочка не загорается. Но она ярко загорится, если их опустить в раствор хлорида натрия.

Вещества, распадающиеся на ионы в растворах или расплавах и потому проводящие электрический ток, называются электролитами.

Вещества, которые в тех же условиях на ионы не распадаются и электрический ток не проводят, называются неэлектролитами.

К электролитам относятся кислоты, основания и почти все соли.

Электролиты — проводники второго рода. В растворе или расплаве они распадаются на ионы, благодаря чему и протекает ток. Очевидно, чем больше ионов в растворе, тем лучше он проводит электрический ток. Чистая вода электрический ток проводит очень плохо.

Различают сильные и слабые электролиты

Сильные электролиты при растворении вводе полностью диссоциируют на ионы.

К ним относятся:

1) почти все соли;

2) многие минеральные кислоты, например Н2SO4, HNO3, НСl, HBr, HI, НМnО4, НСlО3, НСlО4;

3) основания щелочных и щелочноземельных металлов.

Слабые электролиты при растворении в воде лишь частично диссоциируют на ионы.

К ним относятся:

1) почти все органические кислоты;

2) некоторые минеральные кислоты, например H2СО3, Н2S, НNO2, HClO, H2SiO3;

3) многие основания металлов (кроме оснований щелочных и щелочноземельных металлов), а также NH4OH, который можно изображать как гидрат аммиака NH 3∙H 2O.

К слабым электролитам относится вода.

Слабые электролиты не могут дать большой концентрации ионов в растворе.

Основные положения теории электролитической диссоциации

Распад электролитов на ионы при растворении их в воде называется элекролитической диссоциацией.

Так, хлорид натрия NaСl при растворении в воде полностью распадается на ионы натрия Na+ и хлорид-ионы Cl -.

Вода образует ионы водорода Н+ и гидроксид-ионы ОН- лишь в очень незначительных количествах.

Для объяснения особенностей водных растворов электролитов шведским ученым С. Аррениусом в 1887 г. была предложена теория электролитической диссоциации . В дальнейшем она была развита многими учеными на основе учения о строении атомов и химической связи.

Современное содержание этой теории можно свести к следующим трем положениям :

1. Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы — положительные и отрицательные.

Ионы находятся в более устойчивых электронных состояниях, чем атомы. Они могут состоять из одного атома — это простые ионы ( Na +, Mg2+, Аl3+ и т.д.) — или из нескольких атомов — это сложные ионы (NО3-, SO2-4 , РОЗ-4 и т.д.).

2. Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные ионы движутся к катоду, отрицательно заряженные — к аноду. Поэтому первые называются катионами , вторые — анионами .

3. Диссоциация — обратимый процесс: параллельно с распадом молекул на ионы ( диссоциация ) протекает процесс соединения ионов (ассоциация).

Поэтому в уравнениях электролитической диссоциации вместо знака равенства ставят знак обратимости. Например, уравнение диссоциации молекулы электролита КA на катион К+ и анион А- в общем виде записывается так:

КА ↔ K + + A —

Теория электролитической диссоциации является одной из основных теорий в неорганической химии и полностью согласуется с атомно-молекулярным учением и теорией строения атома.

Степень диссоциации

Одним из важнейших понятий теории электролитической диссоциации Аррениуса является понятие о степени диссоциации.

Степенью диссоциации (а) называется отношение числа молекул, распавшихся на ионы (n'), к общему числу растворенных молекул (n):

Степень диссоциации электролита определяется опытным путем и выражается в долях единицы или в процентах. Если α = 0, то диссоциация отсутствует, а если α = 1 или 100%, то электролит полностью распадается на ионы. Если же α = 20%, то это означает, что из 100 молекул данного электролита 20 распалось на ионы.

Различные электролиты имеют различную степень диссоциации. Опыт показывает, что она зависит от концентрации электролита и от температуры. С уменьшением концентрации электролита, т.е. при разбавлении его водой, степень диссоциации всегда увеличивается. Как правило, увеличивает степень диссоциации и повышение температуры. По степени диссоциации электролиты делят на сильные и слабые.

Рассмотрим смещение равновесия, устанавливающегося между недиссоциированными молекулами и ионами при электролитической диссоциации слабого электролита — уксусной кислоты:

СН3СООН ↔ СН3СОO-+ Н+

При разбавлении раствора уксусной кислоты водой равновесие сместится в сторону образования ионов, — степень диссоциации кислоты возрастает. Наоборот, при упаривании раствора равновесие смещается в сторону образования молекул кислоты — степень диссоциации уменьшается.

Из этого выражения очевидно, что α может изменяться от 0 (диссоциации нет) до 1 (полная диссоциация). Степень диссоциации часто выражают в процентах. Степень диссоциации электролита может быть определена только экспериментальным путем, например по измерению температуры замерзания раствора, по электропроводности раствора и т. д.

Механизм диссоциации

Легче всего диссоциируют вещества с ионной связью. Как известно, эти вещества состоят из ионов. При их растворении диполи воды ориентируются вокруг положительного и отрицательного ионов.

Между ионами и диполями воды возникают силы взаимного притяжения. В результате связь между ионами ослабевает, происходит переход ионов из кристалла в раствор. При этом образуются гидратированные ионы, т.е.

ионы, химически связанные с молекулами воды.

Аналогично диссоциируют и электролиты, молекулы которых образованы по типу полярной ковалентной связи (полярные молекулы).

В результате этого взаимодействия связующее электронное облако (электронная пара) полностью смещается к атому с большей электроотрицательностью, полярная молекула превращается в ионную и затем легко образуются гидратированные ионы:

Диссоциация полярных молекул может быть полной или частичной.

Таким образом , электролитами являются соединения с ионной или полярной связью — соли , кислоты и основания . И диссоциировать на ионы они могут в полярных растворителях.

Константа диссоциации

Константа диссоциации. Более точной характеристикой диссоциации электролита является константа диссоциации, которая от концентрации раствора не зависит.

Выражение для константы диссоциации можно получить, если записать уравнение реакции диссоциации электролита АК в общем виде:

A K → A- + K+.

Поскольку диссоциация является обратимым равновесным процессом, то к этой реакции применим закон действующих масс, и можно определить константу равновесия как:

где К — константа диссоциации, которая зависит от температуры и природы электролита и растворителя, но не зависит от концентрации электролита.

Диапазон констант равновесия для разных реакций очень большой — от 10-16 до 1015. Например, высокое значение К для реакции

означает, что если в раствор, содержащий ионы серебра Ag+,внести металлическую медь, то в момент достижения равновесия концентрация ионов меди [Cu2+] намного больше, чем квадрат концентрации ионов серебра [Ag+]2. Напротив, низкое значение Кв реакции

говорит о том, что к моменту достижения равновесия растворилось ничтожно малое количество иодида серебра AgI.

Обратите особое внимание на форму записи выражений для константы равновесия. Если концентрации некоторых реагентов существенно не изменяются в процессе реакции, то они не записываются в выражение для константы равновесия (такие константы обозначаются К1).

Так, для реакции меди с серебром неправильным будет выражение:

Правильной будет следующая форма записи:

Это объясняется тем, что концентрации металлических меди и серебра введены в константу равновесия. Концентрации меди и серебра определяются их плотностью и не могут быть изменены. Поэтому эти концентрации нет смысла учитывать при расчете константы равновесия.

Аналогично объясняются выражения констант равновесия при растворении AgCl и AgI

Произведение растворимости. Константы диссоциации малорастворимых солей и гидроксидов металлов называются произведением растворимости соответствующих веществ (обозначается ПР).

Для реакции диссоциации воды

выражение константы будет:

, а не

Объясняется это тем, что концентрация воды во время реакций в водных растворах изменяется очень незначительно. Поэтому принимается, что концентрация [Н2О] остается постоянной и вводится в константу равновесия.

Кислоты, основания и соли с позиций электролитической диссоциации.

Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода.

Например:

НCl ↔ Н++ С l — ;

СН3СООН ↔ Н+ + СН3СОО-

Диссоциация многоосновной кислоты протекает главным образом по первой ступени , в меньшей степени по второй и лишь в незначительной степени — по третьей . Поэтому в водном растворе , например , фосфорной кислоты наряду с молекулами Н3РО4 имеются ионы (в последовательно уменьшающихся количествах) Н2РО2-4, НРО2-4 и РО3-4

Н3РО4 ↔ Н+ + Н2РО-4 (первая ступень)

Н2РО-4 ↔ Н+ + НРO2-4 (вторая ступень)

НРО2-4 ↔ Н+ PОЗ-4 (третья ступень)

Основностъ кислоты определяется числом катионов водорода, которые образуются при диссоциации.

Так , НCl, HNO3 — одноосновные кислоты — образуется один катион водорода;

Н2S, Н2СО3, Н2SO4 — двухосновные,

Н3 РО4, Н3 АsО4 — трехосновные , так как образуются соответственно два и три катиона водорода.

Из четырех атомов водорода, содержащихся в молекуле уксусной кислоты СН3СООН , только один , входящий в карбоксильную группу — СООН, способен отщепляться в виде катиона Н+, — уксусная кислота одноосновная.

Двух — и многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато (постепенно).

Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы.

Например:

KOH ↔ K+ + OH-;

NH4OH ↔ NH+4 + OH-

Основания,растворимые в воде называются щелочами . Их немного . Это основания щелочных и щелочноземельных металлов : LiOH, NaОН, КОН, RbОН, СsОН, FrОН и Са(ОН)2, Sr(ОН)2, Ва(ОН)2, Rа(ОН)2, а также NН4ОН . Большинство оснований в воде малорастворимо.

Ca(ОН)2 ↔ Са(ОН)+ + OH- (первая ступень)

Ca(OH)+ ↔ Ca2++ OH- (вторая ступень)

Однако имеются электролиты , которые при диссоциации одновременно образуют катионы водорода, и гидроксид — ионы. Эти электролиты называются амфотерными или амфолитами. К ним относятся вода, гидроксиды цинка, алюминия, хрома и ряд других веществ. Вода, например, диссоциирует на ионы Н+ и ОН- (в незначительных количествах):

Н2O ↔ Н+ + ОН-

Следовательно, у нее в равной мере выражены и кислотные свойства, обусловленные наличием катионов водорода Н+, и щелочные свойства, обусловленные наличием ионов ОН-.

Диссоциацию амфотерного гидроксида цинка Zn(ОН)2 можно выразить уравнением

2ОН- + Zn2+ + 2Н 2О ↔ Zn(ОН)2 + 2Н2О ↔ [Zn(ОН)4]2-+ 2Н+

Солями называются электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов а также катион аммония (NH4) и анионы кислотных остатков

Например:

(NH4)2SO4 ↔ 2NH+4 + SO2-4;

Na3PO4 ↔ 3Na+ + PO3-4

Так диссоциируют средние соли . Кислые же и основные соли диссоциируют ступенчато. У кислых солей вначале отщепляются ионы металлов, а затем катионы водорода. Например:

KHSO4 ↔ K++ HSO-4

И далее:

HSO -4 ↔ H+ + SO 2-4

У основных солей вначале отщепляются кислотные остатки, а затем гидроксид-ионы .

Mg(OH)Cl ↔ Mg(OH)++ Cl-

И далее:

Электролитическая диссоциация

Водные растворы некоторых веществ являются проводниками электрического тока. Эти вещества относятся к электролитам. Электролитами являются кислоты, основания и соли, расплавы некоторых веществ.

Растворы некоторых веществ в воде не проводят электрический ток. Такие вещества называют неэлектролитами. К ним относятся многие органические соединения, например сахар и спирты.

Теория электролитической диссоциации

Теория электролитической диссоциации была сформулирована шведским ученым С. Аррениусом (1887 г.). Основные положения теории С. Аррениуса:

— электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на положительно и отрицательно заряженные ионы;

— под действием электрического тока положительно заряженные ионы движутся к катоду (катионы), а отрицательно заряженные – к аноду (анионы);

— диссоциация – обратимый процесс

КА ↔ К+ + А−

Механизм электролитической диссоциации заключается в ион-дипольном взаимодействии между ионами и диполями воды (рис. 1).

Рис. 1. Электролитическая диссоциация раствора хлорида натрия

Легче всего диссоциируют вещества с ионной связью. Аналогично диссоциация протекает у молекул, образованных по типу полярной ковалентной связи (характер взаимодействия – диполь-дипольный).

Диссоциация кислот, оснований, солей

При диссоциации кислот всегда образуются ионы водорода (H+), а точнее – гидроксония (H3O+), которые отвечают за свойства кислот (кислый вкус, действие индикаторов, взаимодействие с основаниями и т.д.).

HNO3 ↔ H+ + NO3−

При диссоциации оснований всегда образуются гидроксид-ионы водорода (OH−), ответственные за свойства оснований (изменение окраски индикаторов, взаимодействие с кислотами и т.д.).

NaOH ↔ Na+ + OH−

Соли – это электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов (или катион аммония NH4+) и анионы кислотных остатков.

CaCl2 ↔ Ca2+ + 2Cl−

Многоосновные кислоты и основания диссоциируют ступенчато.

H2SO4 ↔ H+ + HSO4− (I ступень)

HSO4− ↔ H+ + SO42- (II ступень)

Ca(OH)2 ↔ [CaOH]+ + OH− (I ступень)

Амфотерные электролиты

Существуют электролиты, которые при диссоциации образуют и H+, и OH− ионы. Такие электролиты называют амфотерными, например: Be(OH)2, Zn(OH)2, Sn(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3 и т.д.

H++RO− ↔ ROH ↔ R+ + OH−

Ионные уравнения реакций

Реакции в водных растворах электролитов – это реакции между ионами – ионные реакции, которые записывают с помощью ионных уравнений в молекулярной, полной ионной и сокращенной ионной формах. Например:

BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 ↓ + 2NaCl (молекулярная форма)

Ba2+ + 2Cl− + 2Na+ + SO42- = BaSO4 ↓ + 2Na+ + 2Cl− (полная ионная форма)

Ba2+ + SO42- = BaSO4 ↓ (сокращенная ионная форма)

Водородный показатель pH

Вода – слабый электролит, поэтому процесс диссоциации протекает в незначительной степени.

H2O ↔ H+ + OH−

К любому равновесию можно применить закон действующих масс и записать выражение для константы равновесия:

K = [H+][OH−]/[H2O]

Равновесная концентрация воды – величина постоянная, слеовательно.

K[H2O] = [H+][OH−] = KW

Кислотность (основность) водного раствора удобно выражать через десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком. Эта величина называется водородным показателем (рН):

рН = — lg[H+]

Если раствор нейтральный, то [H+]=[OH−] =10-7, рН =7.

Если среда кислая [H+] > 10-7, рН < 7.

Если среда щелочная [H+] < 10-7, рН > 7

Примеры решения задач

Тема №33 «Электролитическая диссоциация электролитов в водных растворах и реакции ионного обмена.» | CHEM-MIND.com

Из уроков физики известно, что растворы од­них веществ способны проводить электрический ток, а других — нет.

Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами.

Вещества, растворы кото­рых не проводят электрический ток, называются неэлектролитами. Например растворы сахара, спирта, глюкозы и некоторых других веществ не проводят элек­трический ток.

Электролитические диссоциация и ассоциация

Почему же растворы элек­тролитов проводят электри­ческий ток?

Шведский ученый С. Ар­рениус, изучая электропро­водность различных веществ, пришел в 1877 г. к выводу, что причиной электропровод­ности является наличие в растворе ионов, которые образуются при растворении электролита в воде.

Процесс распада электролита на ионы называ­ется электролитической диссоциацией.

С. Аррениус, который придерживался физиче­ской теории растворов, не учитывал взаимодей­ствия электролита с водой и считал, что в раство­рах находятся свободные ионы. В отличие от него русские химики И. А. Каблуков и В. А. Кистяков- ский применили к объяснению электролитической диссоциации химическую теорию Д. И.

Менделеева и доказали, что при растворении электролита про­исходит химическое взаимодействие растворенного вещества с водой, которое приводит к образованию гидратов, а затем они диссоциируют на ионы. Они считали, что в растворах находятся не свободные, не «голые» ионы, а гидратированные, т. е.

«одетые в шубку» из молекул воды.

Как правило, легче всего диссоциируют веще­ства с ионной связью и, соответственно, с ионной кристаллической решеткой, так как они уже состо­ят из готовых ионов. При их растворении диполи во­ды ориентируются противоположно заряженными концами вокруг положительных и отрицательных ионов электролита.

Между ионами электролита и диполями воды возникают силы взаимного притяжения. В ре­зультате связь между ионами ослабевает, и про­исходит переход ионов из кристалла в раствор. Очевидно, что последовательность про­цессов, происходящих при диссоциации веществ с ионной связью (солей и щелочей), будет такой:

1) ориентация молекул (диполей) воды около ио­нов кристалла;

2) гидратация (взаимодействие) молекул воды с ионами поверхностного слоя кристалла;

3) диссоциация (распад) кристалла электролита на гидратированные ионы.

Упрощенно происходящие процессы можно от­разить с помощью следующего уравнения:

Аналогично диссоциируют и электролиты, в мо­лекулах которых ковалентная связь (например, мо­лекулы хлороводорода HCl, смотри ниже); только в этом случае под влиянием диполей воды происходит превращение ковалентной полярной связи в ион­ную; последовательность процессов, происходящих при этом, будет такой:

1) ориентация молекул воды вокруг полюсов моле­кул электролита;

2) гидратация (взаимодействие) молекул воды с молекулами электролита;

3) ионизация молекул электролита (превращение ковалентной полярной связи в ионную);

4) диссоциация (распад) молекул электролита на гидратированные ионы.

Схема электролитической диссоциации хлорида натрия на гидратированные ионы

Упрощенно процесс диссоциации соляной кис­лоты можно отразить с помощью следующего урав­нения:

Следует учитывать, что в растворах электро­литов хаотически движущиеся гидратированные ионы могут столкнуться и вновь объединиться между собой. Этот обратный процесс называется ассоциацией. Ассоциация в растворах происходит параллельно с диссоциацией, поэтому в уравнени­ях реакций ставят знак обратимости.

Схема электролитической диссоциации полярной молекулы хлороводорода на гидратированные ионы

Свойства гидратированных ионов отличаются от свойств негидратированных.

Например, негидрати­рованный ион меди Cu2+ — белый в безводных кри­сталлах сульфата меди (II) и имеет голубой цвет, когда гидратирован, т. е. связан с молекулами во­ды Cu2+ • nH2O.

Гидратированные ионы имеют как постоянное, так и переменное число молекул воды.

Степень электролитической диссоциации

В растворах электролитов наряду с ионами при­сутствуют и молекулы. Поэтому растворы электро­литов характеризуются степенью диссоциации, ко­торая обозначается греческой буквой а («альфа»).

Степень диссоциации — это отношение числа частиц, распавшихся на ионы (Ng), к общему числу растворенных частиц (Np).

Степень диссоциации электролита определяется опытным путем и выражается в долях или про­центах. Если а = 0, то диссоциация отсутствует, а если а = 1, или 100 %, то электролит полностью распадается на ионы.

Она также зависит и от концентрации: с разбавлением раствора степень диссоциации увеличивается.

По степени электролитической диссоциации электролиты делятся на сильные и слабые.

Сильные и слабые электролиты

Сильные электролиты — это электролиты, кото­рые при растворении в воде практически полностью диссоциируют на ионы. У таких электролитов зна­чение степени диссоциации стремится к единице.

К сильным электролитам относятся:

1) все растворимые соли;

2) сильные кислоты, например: H2SO4, HCl, HNO3;

3) все щелочи, например: NaOH, KOH.

Слабые электролиты — это такие электроли­ты, которые при растворении в воде почти не дис­социируют на ионы. У таких электролитов значе­ние степени диссоциации стремится к нулю.

К слабым электролитам относятся:

1) слабые кислоты — H2S, H2CO3, HNO2;

2) водный раствор аммиака NH3 • H2O;

3) вода;

4) некоторые соли.

Реакции ионного обмена

Свойства растворов слабых электролитов об­условлены молекулами и ионами, образовавшими­ся в процессе диссоциации, которые находятся в динамическом равновесии друг с другом.

Запах уксусной кислоты обусловлен наличием молекул CH3COOH, кислый вкус и изменение окра­ски индикаторов связаны с наличием в растворе ионов H+.

Свойства растворов сильных электролитов опре­деляются свойствами ионов, которые образуются при их диссоциации.

Например, общие свойства кислот, такие как кислый вкус, изменение окраски индикаторов и др., обусловлены наличи­ем в их растворах катионов водорода (точнее, ионов оксония H3O+).

Общие свойства щелочей, такие как мылкость на ощупь, изменение окраски индикаторов и др.

связаны с присутствием в их рас­творах гидроксид-ионов OH—, а свойства солей — с распадом их в растворе на катионы металла (или аммония) и анионы кислотных остатков.

Согласно теории электролитической диссоциа­ции все реакции в водных растворах электролитов являются реакциями между ионами. Этим обуслов­лена высокая скорость многих химических реак­ций в растворах электролитов.

Реакции ионного обмена в водных растворах мо­гут протекать:

1. Необратимо, до конца.

2. Обратимо, то есть протекать одновременно в двух противоположных направлениях. Реакции обмена между сильными электролита­ми в растворах протекают до конца или практи­чески необратимы, когда ионы, соединяясь друг с другом, образуют вещества:

а) нерастворимые;

б) малодиссоциирующие (слабые электролиты);

в) газообразные.

Приведем несколько примеров молекулярных и сокращенных ионных уравнений:

Реакция необратима, т. к. один из ее про­дуктов — нерастворимое вещество.

Реакция нейтрализации необратима, т. к. об­разуется малодиссоциирующее вещество — вода.

Реакция необратима, т. к. образуется газ CO2 и малодиссоциирующее вещество — вода.

Если среди исходных веществ и среди продуктов реакции имеются слабые электролиты или мало­растворимые вещества, то такие реакции являются обратимыми, т. е. до конца не протекают.

В обратимых реакциях равновесие смещается в сторону образования наименее растворимых или наименее диссоциированных веществ.

Например:

Равновесие смещается в сторону образования более слабого электролита — H2O. Однако до конца такая реакция протекать не будет: в растворе оста­ются недиссоциированные молекулы уксусной кис­лоты и гидроксид-ионы.

Если исходные вещества — сильные электро­литы, которые при взаимодействии не образуют нерастворимых или малодиссоциирующих веществ или газов, то такие реакции не протекают: при сме­шивании растворов образуется смесь ионов.

Шпаргалка

Справочный материал для прохождения тестирования:

Таблица Менделеева Таблица растворимости

The post Энергия диссоциации — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Энергия диссоциации appeared first on Химия.

При обезмеживании этим способом снижаются потери свинца. Сульфид натрия переходит в штейн, снижая температуру его плавления и растворимость свинца в штейне.[6]

Сода расходуется и на ошлакование пустой породы концентрата.

Удаление теллура. В черновом свинце содержится 0,01—0,005 % теллура. Теллур выделяют селективно в богатый продукт за счет образования устойчивого соединения теллура с натрием Na2Te.[4]

Для этого при температуре 350—380 °С в свинце растворяют свинцово-натриевый сплав (лигатуру) из расчета 1 кг натрия на 1 кг теллура. Затем ванну обрабатывают в течение часа едким натром (0,2 кг на 1 т свинца). Съемы содержат 10—18 % Те.[2]

Рафинирование от мышьяка, сурьмы и олова. Эти примеси придают свинцу твердость, поэтому операцию называют смягчением свинца.

Примеси олова, мышьяка и сурьмы обладают большим сродством к кислороду, чем свинец, что позволяет удалять их методами окислительного рафинирования. В промышленности используют два метода: продувку жидкого свинца воздухом в отражательных печах и окисление селитрой в присутствии щелочи (щелочное рафинирование).[7]

Щелочной способ получил большее распространение, так как обеспечивает более высокое прямое извлечение свинца.

Удаление примесей происходит по реакциям

2As + NaNO3 + 4NaOH = 2Na3AsO4 + N2 + 2H20,     (45)

2Sb + NaNO3 + 4NaOH = 2Na3SbO4 + N2 + 2H2O,     (46)

5Sn + 4NaNO3 + 6NaOH = 5Na2SnO3 + 2N2 + 3H2O     (47)

2NaNO3 = Na2O + N2 + + 2,5O2.         (48)

Арсенаты, антимонаты и станнаты натрия нерастворимы в свинце и всплывают в форме щелочного плава.[1]

В свинце остается но 0,01 % мышьяка и олова, не более 0,02 % сурьмы.

Обессеребрение проводят, вводя в свинец цинк. Цинк растворяется в свинце, селективно взаимодействует с золотом и серебром, образуя нерастворимые в свинце соединения с золотом и серебром типа AuZn3 и AgZn3.

Эти тугоплавкие соединения всплывают на поверхность в виде серебристой пены. Медь также образует соединения с цинком, поэтому обезмеживание должно предшествовать операции обессеребрения.

Богатая пена первых съемов содержит до 10 % Au и Ag, окола 25 % Zn, остальное — свинец. [5]

Богатую серебристую пену подвергают возгонке и дистилляции с получением в остатке сплава свинца с серебром и золотом. Это сплав окисляют (купелируют) в небольших отражательных печах. Свинец окисляется до глета РbО и удаляется. В печи остается сплав серебра с золотом (сплав Доре), который отправляют на заводы для разделения серебра и золота электролизом.

Весь цикл обессеребрения проводят в течение 18—20 ч.

В конце операции свинец содержит 3—10 г/т серебра, следы золота и для 0,7 % цинка.[6]

 Обесцинкование свинца можно проводить окислительным, хлорным, щелочным способами или вакуумированием.[5] На большинстве заводов используют вакуумное рафинирование, которое дает возможность регенерировать цинк в виде металла и вернуть его на операцию обессеребрения.

Процесс основан на значительном различии в летучести свинца и цинка. При 600 °С давление паров цинка над сплавом примерно в 1000 раз выше, чем у свинца.

Вакуумирование свинца проводят при 600—620 °С и остаточном давлении 4—7 Па в специальном аппарате (рис. 29).

Конденсат содержит 80—90 % Zn и 10—20 % Pb. В свинце остается 0,05—0,005 % цинка.[6]

Обезвисмучивание осуществляют с помощью кальция и магния, которые образуют с висмутом малорастворимые интерметаллические тугоплавкие соединения (Bi2Ca3, Bi2Mg3 и BiCaMg2). В присутствии сурьмы обеспечивается более глубокая очистка в результате образования сложного соединения BiCa5Mg10Sb2. Остаточное содержание висмута составляет менее 0,005.

В свинце при температуре 370—380 °С растворяют металлический кальций и магний. При среднем содержании висмута в черновом свинце 0,2 % расход кальция составляет 1 кг/т, а магния 2 кг/т свинца.

После отстаивания снимают богатые дроссы, содержащие 3—5 % Bi. Их выход 3—4 % от массы ванны. Висмутовые съемы снимают в течение всей операции и бедные направляют в оборот в голову процесса. Богатые дроссы служат сырьем для получения висмута.[4]

Качественное рафинирование — заключительная стадия огневого способа рафинирования свинца и ее задачей является очистка свинца от кальция, магния и сурьмы, оставшихся после обезвисмучивания, а также от цинка (если не проводилась операция обесцинкования).[6]

От этих примесей свинец очищают окислительным методом в  присутствии щелочи. Ее и селитру загружают на поверхность  жидкого свинца при работающей мешалке.

Очищенный от всех примесей мягкий свинец разливают на карусельных или ленточных машинах в слитки массой 30—40 кг.[2]

2.1 Расчет рационального состава сульфидного свинцового концентрата

Рациональный состав сульфидного свинцово концентрата позволяет правильно сделать выбор состава шихты для окислительно-агломерирующего обжига, установить химизм взаимодействия различных соединений в процессе обжига и выдать рекомендации для технологии восстановительной плавки на черновой свинец, сделать металлургические расчеты процесса обжига.

При выполнении расчета рационально состава Pb-концентрата придерживаются трех правил: расчет всегда ведут на 100 ед.

массы исходного сырья (100г, 100кг, 100т); расчеты выполняются по правилам стехиометрии, которые используют в неорганической химии; количество прочих компонентов в исходном концентрате определяют по разности между 100 ед. массы и суммой масс предыдущих компонентов (mпр=100-Σmi).

В химический состав концентрата входит,%: PbS-55, ZnS-10, CuFeS2-2, CuS-5, FeS2-12, CaCo3-3, SiO2-2, Al2O3-2, прочие-9.

Определяем массу Pb в галените, кг:

mPd=mPb*APb/MPbS=55*207,2/239,2=47,5

Находим количество серы в галените, кг:

(ms)PbS=mPbS/APb*AS=47,5/207,2*32=7,5

Находим массу цинка, кг:

mZn=mZnS*AZn/MZnS=10*65,4/97,4=6,7

mS=3,3

Медь в концентрате содержиться в халькопирите (CuFeS2) и ковеллине () в соотношении 1:1:

Определяем количество меди в халькопирите,кг:

(mCu)CuFeS2=mCuFeS2*ACu/2AS=2*63,6/183,4=0,7

Находим количество серы в халькопирите,кг:

(mS)CuFeS2=mCu/ACu*2AS=0,7/63,6*64=0,7

Находим количество железа в халькопирите, кг:

(mFe)CuFeS2=mCu/ACu*AFe=0,6

Находим количество меди в сульфиде,кг:

(mCu)CuS=mCuS*ACu/MCuS=3,3

Находим количество серы в сульфиде меди, кг:

(mS)CuS=mCu/ACu*AS=3,3/63,6*32=1,7

Рассчитываем массу железа в концентрате, кг:

(mFe)FeS2=mFeS2*AFe/MFeS2=12*55,8/119,8=5,6

В пирите содержиться серы, кг:

(mS)FeS2= mFe/AFe*2AS=5,6/55,8*64=6,4

Количество известняка в концентрате, кг:

MCaCo3=3

Находим массу кальция, кг:

(mCaO)CaCo3=mCaCo3*MCaO/MCaCo3=3*56/100=1,7

Масса диоксида углерода в известняке составляет,кг:

mCo2=mCaCo3- mCaO=3-1,7=1,3

Результаты расчёта рационального состава свинцового сульфидного концентрата сводим в таблицу.

Таблица 2.1 Рациональный состав свинцового сульфидного концентрата

Расчет рационального  состава свинцового концентрата позволил уточнить химический состав концентрата по содержанию железа, серы и прочих компонентов.

2.2 Расчет процесса агломерирующего обжига свинцовых концентратов

Окислительно-агломерирующий обжиг проводят на ленточных спекательных машинах путем продувки воздуха через слой шихты. В результате взаимодействия сульфидов металлов с кислородом образуются оксиды металлов и сернистый ангидрид и выделяется большое количество тепла. Сернистый ангидрид переходит в газовую фазу.

В зависимости от содержания диоксида серы в газовой фазе ее условно делят на богатую и бедную. При обжиге в газовую фазу также переходят мельчайшие частички шихты и летучие соединения металлов, образуя пыль. Основным продуктом процесса обжига является агломерат — спекшиеся частицы оксидов металлов.

Крупные куски агломерата направляют на восстановительную плавку, а мелкие куски — в оборот для приготовления шихты агломерирующего обжига.

Для выполнения расчета процесса обжига требуется сделать следующее:

рассчитать расход воздуха на горение топлива, применяемого для зажигания шихты;

вычислить расход воздуха для окисления сульфидов металлов шихты;

определить количество богатых и бедных отходящих газов;

составить материальный баланс процесса обжига.

В примере используются следующие исходные данные.

Состав шихты, поступающей на агломерирующий обжиг, принят такой, %: 27,88 составляет свинцовый концентрат; 2,55 — кварцевая руда; 3,47 — железная руда; 1,47 — известняк; 1,4 — оборотный шлак; 63,23 -оборотный агломерат.

В свинцовый концентрат входят следующие компоненты, %: 47,5 РЬ; 6,7 Zn;4 Си; 6,2 Fe; 19,6 S; 1,7 СаО; 2,36 CO2; 2 Si02; 2 А1203; 9-прочих.

Составы кварцевой и железной руды, известняка приведены в п. 1.2.

Зная массы компонентов шихты и их химические составы, можно рассчитать химический состав «сырой» шихты. Например, масса свинца в сульфидном свинцовом концентрате составит 27,88• 0,475 = 13,243 кг; масса цинка равна 27,88 • 0,067 = 1,868 кг и т.д.

Результаты расчетов представлены в табл. 2.2

Таблица 2.2 Состав шихты аглообжига без учета оборотного агломерата

Единственным предприятием, осваивавшим Хибинские месторождения, было ОАО «Апатит»

Николаев Анатолий, член экспертной комиссии, д.т.н,, заместитель директора Института химии КНЦ РАН,

лауреат Государственной премии РФ в области науки и техники

Большая часть налогов в казну родного государства поступает за счет использования, а точнее продажи природных ресурсов (нефти, газа, минерального сырья, леса). Например, в 2004 г. валовый объем извлеченных минерально-сырьевых ресурсов был оценен в 150 млрд. долларов. Стабилизационный фонд страны растет как тесто на дрожжах; опережающими темпами рассчитываемся с долгами прежних лет. Остается только радоваться и гордиться прозорливости правительства, но почему-то не получается. Продаем-то мы в основном сырье, т.е. невосполнимые природные богатства, а покупаем продукты его переработки или продукты сельского хозяйства, выращенные на удобрениях из нашего сырья

Опыт использования минеральных ресурсов другими развитыми странами (Австралией, Германией, Канадой, США, Финляндией и мн.др.) показывает, что валовый внутренний продукт (ВВП) может быть увеличен на порядок, т.е. в 10 и более раз, относительно начальной стоимости сырья. Для этого требуется перерабатывать сырье самим и выходить на рынок с продуктами более глубокой переработки.

Очевидно, что будущее благополучие страны тесно связано с развитием химических технологий минерального сырья.

Экономика Мурманской области также ориентирована на эксплуатацию природных ресурсов. На площади менее одного процента территории России сосредоточены крупные и эффективные источники важнейших видов минерального сырья федерального и регионального значений.

Более 100 месторождений твердых полезных ископаемых имеют в современных условиях высокий инвестиционный и промышленный потенциал.

Если говорить о минеральных богатствах Кольского полуострова, находящихся в активном освоении, то номером один являются апатит-нефелиновые руды Хибинских месторождений. Уникальные по мировым меркам месторождения по запасам, качеству руд и апатитовых концентратов из них, открытые в 30-тых годах прошлого столетия А.Е.Ферсманом с сотрудниками, начали эксплуатироваться с 1929 г.

Апатит как сырье для удобрений

В последние годы существования Советского Союза выпуск апатитового концентрата на ОАО «Апатит» достиг 20 млн.т/год и резко сократился до -8,5.

Полагают, что эта цифра отражает реальный платежеспособный спрос потребителей апатитового концентрата и фосфорных удобрений из него. Потребности отечественного сельского хозяйства удовлетворяются незначительно, и как следствие — низкая урожайность наших полей.

Дефицит фосфора в почвах страны увеличивается с каждым годом, т.к. с урожаем мы выносим фосфора больше, чем вносим.

В сравнении с 90-ми годами прошлого столетия мы сократили количество вносимого фосфора в 10 раз.

Самое грустное то, что большая часть удобрений, производимых заводами в России, уплывает за рубеж, чтобы вернуться к нам в виде их урожая, но мы-то продаем невосполнимые природные ресурсы.

Апатитовые руды — это не только фосфор

Какие изменения необходимы для улучшения положения в стране с потреблением удобрений? Во-первых, сделать их доступными по цене за счет государственной поддержки и/или снижения затрат на производство.

Важным направлением является комплексное использование всех ценных составляющих руды, а это, кроме фосфора, алюминий, калий, титан, редкоземельные концентраты, фтор, стронций, ванадий, да и кремний, который кажется балластом.

Состав четырех концентратов из апатит-нефелиновых руд приведен в табл. 1 и 2.

Таблица 1 Химический состав апатитового и нефелинового концентратов

Переработка лопаритовых концентратов

Лопарит — сложное комплексное сырье. Среди редкоземельных элементов в лопарите представлена цериевая группа, причем преобладает содержание оксидов церия и лантана.

Лопарит — сложное комплексное сырье. Концентраты содержат, % (по массе):

• (Nb,Ta)2O5 8 — 9;
• (при отношении Nb2O5: Ta2O5 ≈ 15:1), TiO2 32 — 35;
• (Ce,La…)2O3 26 — 28;
• CaO 6 — 8;
• Na2O 7 — 8;
• в подчиненных количествах K2O, SrO, оксиды Fe и Al, а также ThO2 0,2 — 0,7.

Среди редкоземельных элементов в лопарите представлена цериевая группа, причем преобладает содержание оксидов церия и лантана.

Технология должна обеспечивать извлечение всех ценных составляющих: ниобия, тантала, редкоземельных металлов и титана. Разработаны и используются две технологические схемы переработки лопаритовых концентратов — хлорная и сернокислотная.

Способ хлорирования

Все ценные составляющие лопарита наиболее просто можно извлечь способом хлорирования. Сущность его состоит в том, что компоненты рудного концентрата взаимодействуют с газообразным хлором при 750 — 850 °С в присутствии угля или кокса. Различия в летучести образующихся хлоридов позволяют разделить основные ценные составляющие концентрата.

Ниже приведены температуры плавления и кипения некоторых хлоридов:

Хлориды ниобия, тантала и титана, имеющие сравнительно низкие точки кипения, в процессе хлорирования уносятся с газами и улавливаются в конденсационных устройствах; высококипящие хлориды редкоземельных металлов, натрия и кальция остаются в хлораторе в форме плава хлоридов.

Ниже приведены реакции хлорирования основных ценных составляющих лопарита:

Nb2O5 + 3Cl2 + 1,5C = 2NbOCl3 + 1,5CO2;

Nb2O5 + 5Cl2 + 2,5C = 2NbCl5 + 2,5CO2;

Ta2O5 + 2Cl2 + 2,5C = 2TaCl5 + 2,5CO2;

TiO2 + 2Cl2 + C = TiCl4 + CO2;

(Ln)2O3 + 3Cl2 + 1,5C = 2(Ln)Cl3 + 1,5CO2.

Одновременно CO2 реагирует с углеродом с образованием CO:

CO2 + C ↔ 2CO.

Хлорирование оксидов происходит также с участием оксида углерода, например, по реакциям:

Nb2O5 + 3CO + 3Cl2 = 2NbOCl3 + 3CO2;

TiO2 + 2CO + 2Cl2 = TiCl4 + 2CO2;

Другие образующиеся при хлорировании хлориды: CaCl2, NaCl, AlCl3, FeCl3, SiCl4.

Реакции хлорирования протекают со значительной убылью энергии Гиббса и практически необратимы.

Роль углерода состоит не только в связывании кислорода в СO2, но также в активировании процесса хлорирования.

Рисунок 1. Хлоратор для хлорированния лопаритового концентрата в сoлевом расплаве:
1 — бункеры для концентрата и кокса; 2 — шнековый питатель; 3 — хлоратор, футерованный шамотным кирпичом; 4 — фурмы; 5 — расплав; б — копильиик; 7 — летка; 8 — охлаждаемый газоход; 9 — патрубок вывода ПГС в систему конденсации

Хлорирование лопаритового концентрата можно проводить в хлораторах шахтного типа с брикетированной шихтой или в хлораторах с солевым расплавом.

Последние имеют существенные преимущества: исключаются трудоемкие операции приготовления брикетов и их прокаливания; благодаря эффективному массо- и теплообмену в перемешиваемом барботирующим хлором расплаве обеспечивается высокая скорость процесса и, соответственно, высокая удельная производительность хлоратора.

Примерный состав такого расплава, % LnCl3 55; CaCl2 20; NaCl 15, остальное — хлориды других элементов. Температура затвердевания расплава 520 °С. Тонкоизмельченный концентрат и нефтяной кокс подаются в расплав хлоридов, через который барботируют хлор, поступающий через фурмы в нижнюю часть хлоратора.

Хлоратор представляет собой шахту прямоугольного сечения с высотой уровня расплава 3,1-3,2 м. По мере хлорирования избыточный расплав непрерывно сливается через переточный канал в копильник. Нагревается расплав с помощью графитовых электродов, смонтированных в стенки хлоратора.

Хлорирование ведут при 850-900 °С, среднем содержании концентрата в расплаве 1,5 % и углерода ~5 %. В этих условиях удельная производительность хлоратора по концентрату — 5-5,5 т/м2 сечения печи в 1 сут.

Особенностью хлорирования в расплаве является преобладание содержания СО2 над СО в газовой фазе (отношение СО2:СО ~ 16:1). Из этого следует, что реакции хлорирования оксидов в расплаве идут с образованием СО2, а реакция Будуара протекает лишь частично, так как пузырьки СО2 быстро удаляются из расплава, не успевая вступить в реакцию с взвешенными частицами кокса.

Испытывали различные системы конденсации компонентов парогазовой смеси (ПГС).

Получила распространение система, в которой последовательно осуществляется первоначально конденсация твердых хлоридов (NbOCl3, NbCl5, TaCl5 и др.

) в пылевых камерах при температурах на выходе из камер 200-140 °С, а затем жидких хлоридов (TiCl4, SiCl4) в оросительных конденсаторах с орошением охлажденным тетрахлоридом титана.

Рисунок 2. Схема солевого фильтра с аэролифтной циркуляцией расплава:
1 — корпус, футерованный шамотным кирпичом; 2 — каплеуловительная камера; 3 — инертная керамическая насадка; 4 — газоход; 5 — колосниковая решетка; 6 — аэролифтная труба; 7 — патрубок вывода ПГС; 8 — загрузочный бункер кусков NaCl

С целью отделения хлоридов железа и алюминия и исключения их конденсации вместе с хлоридами ниобия и тантала перед пылевыми камерами устанавливают солевой фильтр. Его действие основано на образовании FeCl3 и AlCl3 с хлоридами натрия и калия легкоплавких комплексов типа MeFeCl4 и MeAlCl4, термически устойчивых и обладающих низким давлением паров Pпар при температурах 500-600 °С:

Над солевыми расплавами систем NaCl—FeCl3—AlCl3 и KCl—FeCl3—AlCl3, давление паров хлоридов NbOCl3, NbCl5, TaCl5, TiCl4, SiCl4, высокое, поэтому они не поглощаются расплавами солевого фильтра.

На рис.2 приведена схема солевого фильтра. Расплав хлоридов в фильтре циркулирует с помощью аэролифтного устройства.

В фильтр периодически загружают смесь NaCl + КСl или отработанный электролит магниевых электролизеров. По мере накопления из фильтра сливается расплав, насыщенный хлоридами железа и алюминия.

Конденсат твердых хлоридов имеет следующий примерный состав в пересчете на оксиды, % (по массе): (Nb,Ta)2O5 51 — 54; TiO2 1,0 — 1,8; Fe2O3 0,40 — 1,4; SiO2 0,43 — 1,4; Al2O3 0,64 — 0,8; ThO2 ~0,1; Ln2O3 0,9; C 0,5 — 2.

Часть тантала и ниобия попадает в конденсат жидкого TiCl4, где они находятся в растворе и частично в виде взвеси. При ректификационной очистке TiCl4 они остаются в кубовом остатке, из которого дополнительно извлекаются.

Таким образом, в результате хлорирования лопарита получают три продукта: плав, содержащий хлориды РЗМ, конденсат хлоридов тантала и ниобия и технический тетрахлорид титана.

Для получения смеси оксидов тантала и ниобия конденсат хлоридов подвергают гидролитическому разложению:

2NbOCl3 + (x + 3)H2O = Nb2O5∙xH2O + 6HCl;

2TaCl5 + (x + 5)H2O = Ta2O5∙xH2O + 10HCl.

В кислый раствор переходит большая часть примесей железа, алюминия и частично титана. Полученная смесь гиброксидов, содержащая до 90% (Na,Ta)2O2 (в прокаленном продукте), поступает на очистку и разделение тантала и ниобия.

Другой путь переработки конденсата, содержащего NbOCl3, NbCl5, TaCl5, хлориды железа, алюминия и др., заключается в получении смеси чистых пентахлоридов NbCl5 и TaCl5, которые затем можно разделить методом ректификации.

Хлорная технология переработки лопарита обеспечивает извлечение 93-94% ниобия и 86-88% тантала в технические оксиды, 96,5-97% титана в технический тетрахлорид, извлечение 95,5-96% редкоземельных металлов в плав хлоридов.

Сернокислотный способ

Сернокислотный способ основан на разложении лопаритового концентрата серной кислотой и разделении ценных составляющих с использованием различий в растворимости двойных сульфатов титана, ниобия и тантала, редкоземельных элементов с сульфатами щелочных металлов или аммония.

Концентрат разлагают (сульфатизируют) 95 %-ной серной кислотой при 150-250 °С. Расход кислоты — 2,78 т на 1 т тонкоизмельченного концентрата.

Добавление сульфата аммония (0,2 т на 1 т концентрата) к серной кислоте предотвращает спекание реагирующей массы и повышает извлечение в раствор ниобия и тантала. Полное разложение концентрата достигается за 20-30 мин.

TiO2 + CaO + 3H2SO4 = CaTi(SO4)3 + 3H2O;

4TiO2 + Ln2O3 + 11H2SO4 = Ln2(SO4) х 4Ti(SO4)2 + 11H2O.

Ниобий и тантал в присутствии больших количеств титана входят в состав двойных сульфатов титана в виде изоморфной примеси. Продукт сульфатизации выщелачивают водой.

В твердой фазе остается подавляющая часть РЗЭ в форме малорастворимых двойных сульфатов Na2SO4∙Ln2(SO4)3∙2H2O и их изоморфной смеси с CaS04.

В раствор переходят титан (в виде TiOSO4), ниобий и тантал (вероятно, в форме сульфатов Э2O3(SO4)2).

Для отделения титана от ниобия и тантала используют осаждение сульфатом аммония малорастворимой двойной соли (NH4)2TiO(SO4)2∙H2O.

При суммарной концентрации H2SO4 + (NH4)2SO4 400-600 г/л растворимость соли равна 2,5 — 5 г/л. В осадок выделяется 70-80% титана от его содержания в растворе.

Двойной сульфат титана используют как эффективный дубитель кожи. Термическим его разложением можно получить технический диоксид титана.

Из раствора, в котором остаются ниобий, тантал и часть титана, извлекают ниобий и тантал экстракцией.

Сернокислотный способ не обеспечивает столь четкого разделения всех ценных составляющих лопарита, какое достигается при хлорировании. Однако положительной его стороной является использование дешевого реагента и лучшие санитарные условия труда.

Извлечение ниобия, тантала и РЗМ в конечные продукты примерно такое же, как в хлорном способе, извлечение титана ниже (~70%). Его можно повысить дополнительным извлечением титана из рафинатов после экстракционного извлечения ниобия и тантала.

Источник: Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. «Металлургия редких металлов», 1991

The post Состав концентрата — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Состав концентрата appeared first on Химия.

• Кузнецова Лариса Васильевна, учитель химии

Разделы: Химия, Конкурс «Презентация к уроку»

Презентация к уроку

Загрузить презентацию (1,3 МБ)

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Тип урока: Комбинированный.

Цель урока: Создать условия для формирования умения учащихся устанавливать причинно-следственную зависимость физических свойств веществ от вида химической связи и типа кристаллической решетки, предсказывать тип кристаллической решетки на основе физических свойств вещества.

Задачи урока:

• Сформировать понятия о кристаллическом и аморфном состоянии твердых тел, ознакомить учащихся с различными типами кристаллических решеток, установить зависимость физических свойств кристалла от характера химической связи в кристалле и типа кристаллической решетки, дать учащимся основные представления о влиянии природы химической связи и типов кристаллических решеток на свойства вещества.
• Продолжить формирование мировоззрения учащихся, рассмотреть взаимное влияние компонентов целого-структурных частиц веществ, в результате которого появляются новые свойства, воспитывать умения организовать свой учебный труд, соблюдать правила работы в коллективе.
• Развивать познавательный интерес школьников, используя проблемные ситуации;

Оборудование: Периодическая система Д.И.

Менделеева, коллекция «Металлы», неметаллы: сера, графит, красный фосфор, кристаллический кремний, йод; Презентация «Типы кристаллических решёток», модели кристаллических решеток разных типов (поваренной соли, алмаза и графита, углекислого газа и йода, металлов), образцы пластмасс и изделий из них, стекло, пластилин, компьютер, проектор.

1. Организационный момент.

Учитель приветствует учеников, фиксирует отсутствующих.

2. Проверка знаний по темам” Химическая связь. Степень окисления”.

Самостоятельная работа (15 минут)

3. Изучение нового материала.

Учитель озвучивает тему урока и цель урока. (Слайд 1,2)

Учащиеся записывают в тетради дату, тему урок.

Актуализация знаний.

Учитель задаёт вопросы классу:

1. Какие виды частиц вы знаете? Имеют ли заряды ионы, атомы и молекулы?
2. Какие виды химических связей вы знаете?
3. Какие вам известны агрегатные состояния веществ?

Учитель: «Любое вещество может быть газом, жидкостью и твёрдым веществом. Например, вода. При обычных условиях – это жидкость, но она может быть паром и льдом.

Или кислород при обычных условиях представляет собой газ, при температуре -1940 C он превращается в жидкость голубого цвета, а при температуре -218,8°C затвердевает в снегообразную массу, состоящую из кристаллов синего цвета.

На этом уроке мы рассмотрим твёрдое состояние веществ: аморфное и кристаллическое». (Слайд 3)

Учитель: аморфные вещества не имеют чёткой температуры плавления – при нагревании они постепенно размягчаются и переходят в текучее состояние. К аморфным веществам относят, например шоколад, который тает и в руках и во рту; жевательную резинку, пластилин, воск, пластмассы (показываются примеры таких веществ). (Слайд 7)

Кристаллические вещества имеют чёткую температуру плавления и, главное, характеризуются правильным расположением частиц в строго определенных точках пространства. (Слайды 5,6) При соединении этих точек прямыми линиями образуется пространственный каркас, называемый кристаллической решёткой. Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решётки.

В зависимости от того, какие виды частиц находятся в узлах этой решётки, различают 4 типа решёток. (Слайд 8) Если в узлах кристаллической решётки находятся ионы, то такая решётка называется ионной.

Учитель задаёт учащимся вопросы:

– Как будут называться кристаллические решётки, в узлах которых находятся атомы, молекулы?

Но есть кристаллические решётки, в узлах которых находятся и атомы, и ионы. Такие решётки называются металлическими.

Сейчас мы будем заполнять таблицу: «Кристаллические решётки, вид связи и свойства веществ». В ходе заполнения таблицы мы будем устанавливать взаимосвязь между типом решётки, видом связи между частицами и физическими свойствами твёрдых веществ.

Далее на экране появляется таблица. (Слайд 9). Её заполнение идёт в ходе диалога учителя с учащимися.

Рассмотрим 1-й тип кристаллической решётки, которая называется ионной. (Слайд 9)

– Какие частицы располагаются в узлах этой решётки?

– Какая химическая связь в этих веществах?

Посмотрите на ионную кристаллическую решётку (показывается модель такой решётки). В её узлах находятся положительно и отрицательно заряженные ионы.

Например, кристалл хлорида натрия построен из положительных ионов натрия и отрицательных хлорид-ионов, образующих решётку в форме куба. К веществам с ионной кристаллической решёткой относятся соли, оксиды и гидроксиды типичных металлов.

Вещества с ионной кристаллической решёткой обладают высокой твёрдостью и прочностью, они тугоплавкие и нелетучие.

Учитель: Физические свойства веществ с атомной кристаллической решёткой те же, что и у веществ с ионной кристаллической решёткой, но часто в превосходной степени – очень твёрдые, очень прочные.

Алмаз, у которого атомная кристаллическая решётка – самое твёрдое вещество из всех природных веществ. Он служит эталоном твёрдости, которая по 10-бальной системе оценивается высшим баллом 10.(Слайд 10).

Учитель: Рассмотрим 3-й тип кристаллической решётки, которая называется металлической. (Слайды 11,12) В узлах такой решётки находятся атомы и ионы, между которыми свободно перемещаются электроны, связывая их в единое целое.

Далее учащиеся по учебнику рассматривают модель металлической кристаллической решётки.

Такое внутреннее строение металлов и определяет их характерные физические свойства.

Учитель: Какие физические свойства металлов вы знаете? (ковкость, пластичность, электро- и теплопроводность, металлический блеск).

Учитель: На какие группы делятся все вещества по строению? (Слайд 12)

Рассмотрим тип кристаллической решётки, которой обладают такие хорошо известные нам вещества как вода, углекислый газ, кислород, азот и другие. Она называется молекулярной. (Слайд14)

– Какие частицы располагаются в узлах этой решётки?

Далее учащиеся по учебнику рассматривают модель молекулярной кристаллической решётки.

Химическая связь в молекулах, которые находятся в узлах решётки, может быть и ковалентная полярная, и ковалентная неполярная. Несмотря на то, что атомы внутри молекулы связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения.

Поэтому вещества с молекулярной кристаллической решёткой имеют малую твердость, низкие температуры плавления и летучие. Когда газообразные или жидкие вещества при особых условиях превращаются в твёрдые, тогда у них появляется молекулярная кристаллическая решётка. Примерами таких веществ может быть твёрдая вода – лёд, твёрдый углекислый газ – сухой лёд.

Такую решётку имеет нафталин, который применяют для защиты шерстяных изделий от моли.

– Какими свойствами молекулярной кристаллической решётки обусловлено применение нафталина? (летучестью).

В узлах решеток находятся неполярные или полярные молекулы. Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного взаимодействия.

Вывод: Вещества непрочные, имеют малую твердость, низкую температуру плавления, летучи.

Вопрос: Какой процесс называется возгонкой или сублимацией?

Ответ: Переход вещества из твердого агрегатного состояния сразу в газообразное, минуя жидкое, называется возгонкой или сублимацией.

Демонстрация опыта: возгонка йода

Потом учащиеся по очереди называют сведения, которые они записали в таблицу.

Кристаллические решетки, вид связи и свойства веществ.

Учитель: Какой мы можем сделать вывод из проделанной работы по таблице?

Вывод 1: От типа кристаллической решётки зависят физические свойства веществ. Состав вещества → Вид химической связи → Тип кристаллической решетки → Свойства веществ. (Слайд 18).

Вопрос: Какой тип кристаллической решетки из рассмотренных выше не встречается в простых веществах?

Ответ: Ионные кристаллические решетки.

Вопрос: Какие кристаллические решетки характерны для простых веществ?

Ответ: Для простых веществ – металлов – металлическая кристаллическая решетка; для неметаллов – атомная или молекулярная.

Работа с Периодической системой Д.И. Менделеева.

Вопрос: Где в Периодической системе находятся элементы-металлы и почему? Элементы-неметаллы и почему?

Ответ: Если провести диагональ от бора до астата, то в нижнем левом углу от этой диагонали будут находиться элементы-металлы, т.к. на последнем энергетическом уровне они содержат от одного до трех электронов. Это элементы I A, II A, III A (кроме бора), а также олово и свинец, сурьма и все элементы побочных подгрупп.

Элементы-неметаллы находятся в верхнем правом углу от этой диагонали, т.к. на последнем энергетическом уровне содержат от четырех до восьми электронов. Это элементы IV A,V A, VI A, VII A, VIII A и бор.

Учитель: Давайте найдем элементы неметаллы, у которых простые вещества имеют атомную кристаллическую решетку (Ответ: С, В, Si) и молекулярную (Ответ: N, S, O, галогены и благородные газы)

Учитель: Сформулируйте вывод, как можно определить тип кристаллической решетки простого вещества в зависимости от положения элементов в Периодической системе Д.И.Менделеева.

Ответ: Для элементов-металлов, которые находятся в I A, II A, IIIA(кроме бора), а также олова и свинца, и всех элементов побочных подгрупп в простом веществе тип решетки-металлическая.

Для элементов-неметаллов IV A и бора в простом веществе кристаллическая решетка атомная; а у элементов V A, VI A, VII A, VIII A в простых веществах кристаллическая решетка молекулярная.

Продолжаем работать с заполненной таблицей.

Учитель: Посмотрите внимательно на таблицу. Какая закономерность прослеживается?

Внимательно слушаем ответы учеников, после чего вместе с классом делаем вывод. Вывод 2 (слайд 17)

4. Закрепление материала

Тест (самоконтроль):

1. Вещества, имеющие молекулярную кристаллическую решётку, как правило: a)Тугоплавки и хорошо растворимы в воде б) Легкоплавки и летучи в) Тверды и электропроводны

   г) Теплопроводны и пластичны

2. Понятия «молекула» не применимопо отношению к структурной единице вещества: a) Вода б) Кислород в) Алмаз

   г) Озон

3. Атомная кристаллическая решётка характерна для: a) Алюминия и графита б) Серы и йода в) Оксида кремния и хлорида натрия

   г) Алмаза и бора

4. Если вещество хорошо растворимо в воде, имеет высокую температуру плавления, электропроводно, то его кристаллическая решётка: а) Молекулярная б) Атомная в) Ионная

   г) Металлическая

6. Домашнее задание.

Охарактеризуйте каждый вид кристаллической решётки по плану: Что в узлах кристаллической решётки, структурная единица → Тип химической связи между частицами узла → Силы взаимодействия между частицами кристалла → Физические свойства, обусловленные кристаллической решёткой → Агрегатное состояние вещества при обычных условиях → Примеры .

По формулам приведённых веществ: SiC, CS2, NaBr, C2H2 – определите тип кристаллической решётки(ионная, молекулярная) каждого соединения и на основе этого опишите предполагаемые физические свойства каждого из четырёх веществ.

1.3.3. Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решётки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения

/ Теория для подготовки к ЕГЭ / 1.3.3. Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решётки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения.

Для большинства веществ характерна способность в зависимости от условий находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном.

Например, вода при нормальном давлении в интервале температур 0-100oC является жидкостью, при температуре выше 100оС способна существовать только в газообразном состоянии, а при температуре менее 0оС представляет собой твердое вещество.
Вещества в твердом состоянии различают аморфные и кристаллические.

Характерными признаками аморфных веществ является отсутствие четкой температуры плавления: их текучесть плавно увеличивается с ростом температуры. К аморфным веществам относятся такие соединения, как воск, парафин, большинство пластмасс, стекло и т.д.

Все же кристаллические вещества обладают конкретной температурой плавления, т.е. вещество с кристаллическим строением переходит из твердого состоянии в жидкое не постепенно, а резко, при достижении конкретной температуры. В качестве примера кристаллических веществ можно привести поваренную соль, сахар, лед.

Разница в физических свойствах аморфных и кристаллических твердых веществ обусловлена прежде всего особенностями строения таких веществ. В чем заключается разница между веществом в аморфном и кристаллическом состоянии, проще всего понять из следующей иллюстрации:

Как можно заметить, в аморфном веществе, в отличие от кристаллического, отсутствует какой-либо порядок в расположении частиц. Если же в кристаллическом веществе мысленно соединить прямой два близкорасположенных друг к другу атома, то можно обнаружить, что на этой линии на строго определенных промежутках будут лежать одни и те же частицы:

Таким образом, в случае кристаллических веществах можно говорить о таком понятии, как кристаллическая решетка.

Кристаллической решеткой называют пространственный каркас, соединяющий точки пространства, в которых находятся частицы, образующие кристалл.

Точки пространства, в которых находятся образующие кристалл частицы, называют узлами кристаллической решетки.

В зависимости от того, какие частицы находятся в узлах кристаллической решетки, различают: молекулярную, атомную, ионную и металлическую кристаллические решетки.

В узлах молекулярной кристаллической решетки

Кристаллическая решетка льда как пример молекулярной решетки

находятся молекулы, внутри которых атомы связаны прочными ковалентными связями, однако сами молекулы удерживаются друг возле друга слабыми межмолекулярными силами. Вследствие таких слабых межмолекулярных взаимодействий кристаллы с молекулярной решеткой являются непрочными.

Такие вещества от веществ с иными типами строения отличаются существенно более низкими температурами плавления и кипения, не проводят электрический ток, могут как растворяться, так и не растворяться в различных растворителях. Растворы таких соединений могут как проводить, так и не проводить электрический ток в зависимости от класса соединения.

Следует отметить, что, если вещество находится в газообразном или жидком состоянии, говорить о молекулярной кристаллической решетке неуместно: корректнее использовать термин — молекулярный тип строения.

Кристаллическая решетка алмаза как пример атомной решетки

В узлах атомной кристаллической решетки

находятся атомы. При этом все узлы такой кристаллической решетки «сшиты» между собой посредством прочных ковалентных связей в единый кристалл. Фактически, такой кристалл является одной гигантской молекулой.

Вследствие особенностей строения все вещества с атомной кристаллической решеткой являются твердыми, обладают высокими температурами плавления, химически мало активны, не растворимы ни в воде, ни в органических растворителях, а их расплавы не проводят электрический ток.

Следует запомнить, что к веществам с атомным типом строения из простых веществ относятся бор B, углерод C (алмаз и графит), кремний Si, из сложных веществ — диоксид кремния SiO2 (кварц), карбид кремния SiC, нитрид бора BN.

У веществ с ионной кристаллической решеткой

в узлах решетки находятся ионы, связанные друг с другом посредством ионных связей.Поскольку ионные связи достаточно прочны, вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью и тугоплавкостью. Чаще всего они растворимы в воде, а их растворы, как и расплавы проводят электрический ток.

К веществам с ионным типом кристаллической решетки относятся соли металлов и аммония (NH4+), основания, оксиды металлов. Верным признаком ионного строения вещества является наличие в его составе одновременно атомов типичного металла и неметалла.

Водопоглощение — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Водопоглощение — Химия

Водопоглощениесиликатного кирпича определяют по ГОСТ7025 «Кирпич и камни керамические исиликатные. Методы определенияводопоглощения, средней плотности иконтроля морозостойкости».

Водопоглощениеопределяют не менее чем на трех образцах.

Водопоглощениесиликатных изделий определяют безпредварительного высушивания образцов.

Образцы укладываютв один ряд по высоте с зазорами междуними не менее 2 см на решетку в сосуд сводой температурой (20 ± 5) °С. так, чтобыуровень воды был выше верха образцовна 2 – 10 см.

Образцы выдерживаютв воде 48 ч.

Насыщенные водойобразцы вынимают из воды, обтирают влажнойтканью и взвешивают. Массу воды, вытекшейиз образца на чашку весов, включают вмассу образца, насыщенного водой.Взвешивание каждого образца должнобыть закончено не позднее 2 мин послеего удаления из воды.

Водопоглощение Wобразцов по массе в процентах вычисляютпо формуле:

 , [%]    (3)

где m1 – массаобразца, насыщенного водой, г;

т– массаобразца, высушенного до постоянноймассы, г.

Зазначение водопоглощения изделийпринимают среднее арифметическоерезультатов определения водопоглощения всехобразцов, рассчитанное с точностью до1 %.

Водопоглощениесиликатных изделий должно быть не менее6 %.

2.3 Определение средней плотности

Среднюю плотностьсиликатного кирпича определяют по ГОСТ7025 «Кирпич и камни керамические исиликатные. Методы определенияводопоглощения, средней плотности иконтроля морозостойкости».

Среднюю плотностьопределяют не менее чем на трех образцах.

Объем образцовопределяют по их геометрическим размерам,измеренным с погрешностью не более 1мм. Для определения каждого линейногоразмера образец измеряют в трех местах– по ребрам и середине грани. Заокончательный результат принимаютсреднее арифметическое трех измерений.

Образцы очищаютот пыли и высушивают до постоянноймассы.

Среднюю плотностьобразца вычисляют по формуле:

,[кг/м3] (4)

где m– масса образца, кг;

V– объемобразца, см3.

За значение среднейплотности изделий принимают среднееарифметическое результатов определенийсредней плотности всех образцов,рассчитанное с точностью до 10 кг/м3.

2.3 Определение марки по прочности

Образцы измеряютс погрешностью до 1 мм. Каждый линейныйразмер образца вычисляют как среднееарифметическое значение результатовизмерений двух средних линий противолежащихповерхностей образца.

На боковыеповерхности образца наносят вертикальныеосевые линии. Образец устанавливают вцентре плиты пресса, совмещая геометрическиеоси образца и плиты, и прижимают верхнейплитой пресса.

Нагрузка на образецдолжна возрастать непрерывно и равномерносо скоростью, обеспечивающей егоразрушение через 20 – 60 с после началаиспытания.

Предел прочности при сжатии Rсжобразца вычисляют по формуле:

, [МПа (кгс/см2)] (5)

где Р –наибольшая нагрузка,установленная при испытании образца,МН (кгс);

F –площадь поперечного сечения образца,вычисляемая как среднее арифметическоезначение площадей верхней и нижнейего поверхностей,м2 (см2).

Пределыпрочности изделий при сжатии и изгибеприведены в таблице 3.

Таблица3 – Пределы прочности изделий при сжатиии изгибе

Примечания

1 Предел прочностипри изгибе определяют по фактическойплощади изделия без вычета площадипустот.

2 Марка по прочностилицевого кирпича должна быть не менее125 лицевых камней — 100.

При вычислениипредела прочности при сжатии образцовиз двух целых кирпичей толщиной 88 ммили из двух их половинок результатыиспытаний умножают на коэффициент 1,2.

Предел прочностипри сжатии образцов в партии вычисляютс точностью до 0,1 МПа (1 кгс/см2)как среднее арифметическое значениерезультатов испытаний установленногочисла образцов.

При испытаниикирпича на изгиб образец устанавливаютна двух опорах пресса. Нагрузкуприкладывают в середине пролета иравномерно распределяют по ширинеобразца. Нагрузка на образец должнавозрастать непрерывно со скоростью,обеспечивающей его разрушение через20 – 60 с после начала испытаний.

Рисунок 1 – Схема испытания кирпича наизгиб

Предел прочности приизгибе Rизгобразца вычисляют по формуле:

 ,[МПа (кгс/см2)] (6)

где Р – наибольшая нагрузка,установленная при испытанииобразца, МН (кгс);

l –расстояние между осями опор, м (см);

b –ширина образца, м (см);

h –высота образца посерединепролета без выравнивающего слоя,м (см).

Предел прочностипри изгибе образцов в партии вычисляютс точностью до 0,05 МПа (0,5 кгс/см2)как среднее арифметическое значениерезультатов испытаний установленногочисла образцов.

При вычислениипредела прочности при изгибе образцовв партии не учитывают образцы, пределыпрочности которых имеют отклонение отсреднего значения предела прочностивсех образцов более чем на 50 % и не болеечем по одному образцу в каждую сторону.

Как определить водопоглощение кирпича?

Водопоглощение кирпича является одним из важнейших показателей, определяющих пригодность использования материала в конкретной области строительства.

Чтобы понимать, почему данная характеристика так важна при выборе, следует разобраться в основных свойствах строительного материала. Водопоглощение — это способность впитывать и сохранять влагу.

Показатель водопоглощения определяется в процентах к объему материала.

Пористость кирпича напрямую влияет на его водопоглощение.

Чем выше пористость материала (чем больше количество пустот), тем больший объем влаги он впитает. Пористость напрямую связана с прочностью и способностью выдерживать нагрузки.

Проникшая в полость вода при минусовых температурах замерзнет, увеличится в размерах и разрушит строительный материал. Чем выше показатель водопоглощения, тем ниже будет уровень прочности конструкции и устойчивости к низким температурам.

Это негативно скажется и на долговечности строительного материала.

Нормы водопоглощения

Чтобы увеличить прочность и долговечность материала, следует максимально снизить показатель его водопоглощения, но практика свидетельствует о другом.

Показатель водопоглощения влаги нельзя ограничивать по нескольким причинам:

Основные виды кирпича.

1. Если показатель впитываемости воды будет низким, то кладка получится менее прочной, так как нарушится сцепка с раствором.
2. Недостаточное количество пор и пустот существенно снизит показатели его теплосохранности, делая материал непригодным для использования в регионах с затяжными зимами.

   Чтобы избежать таких проблем, специалистами разработаны определенные нормы, по которым показатель водопоглощения должен быть не ниже 6%. Максимальный уровень определяется в зависимости от вида стройматериала.

Разделяют 3 основных типа строительного кирпича:

• бетонный;
• силикатный;
• керамический.

Производство изделий из бетонной смеси происходит методом заливки раствора в специальные формы. На практике данный вид редко используется, потому что он тяжелый, дорогой, плохо сохраняет тепло.

Несмотря на эти недостатки, данное изделие обладает самым низким показателем водопоглощения в 3-5%.

Кладка, выполненная из такого строительного материала, прекрасно выдерживает резкие перепады температур и характеризуется длительным сроком эксплуатации.

У силикатного кирпича в основе песок с небольшим добавлением извести и связующих материалов, возможно наличие пигментов. Водопоглощение силикатного кирпича составляет порядка 15%.
Именно по этой причине его не рекомендовано использовать для строительства стен, расположенных в местах с повышенной влажностью. Керамический кирпич производят из глины, которую обжигают при максимально высокой температуре в 1000°С.

Качественный керамический кирпич имеет показатель водопоглощения в 6-14%. Особенностью этого строительного материала является его слоистая структура. При низких температурах влага задерживается между слоями и не может быстро высвободиться из них.

Перепады температур приводят к тому, что керамический кирпич начинает быстро разрушаться. Для того чтобы продлить эксплуатацию кладки из керамического кирпича, следует проводить качественные отделочные работы.

Как определить показатель водопоглощения?

Исследования должны проводиться только в специальных условиях:

Хорошее водопоглощение силикатным кирпичом, позволяет использовать его для строительства фундаментов.

• температура в помещении должна быть в пределах 15-25°С;
• исследуются только целые, неповрежденные образцы;
• изделие должно быть высушено до неизменной массы в специальных автоклавах при температуре порядка 150°С.
• силикатный стройматериал можно исследовать только по истечении суток после сушки.

Исследования проводятся одновременно для 3 образцов. Это необходимо для определения среднего арифметического значения. После того как каждый образец взвешен и высушен, его помещают в сосуд с водой таким образом, чтобы уровень жидкости перекрывал поверхность камня на 2-8 см.

По истечении 2 суток изделия вынимают из воды и сразу же взвешивают. В расчет берется и масса кирпича, и масса вытекшей в чашу весов воды. Далее используется формула вычисления водопоглощения материала, по которой несложно определить данный показатель:

ПВ=m0-m1/m1*100%, где:

• ПВ — показатель водопоглощения;
• m0 — масса насыщенного водой камня;
• m1 — масса высушенного образца.

Результат определяется в процентном соотношении, для строительного кирпича он должен составлять не более 5%, а для отделочных элементов — не выше 15%.

Данные исследования несложно осуществить своими силами. Результаты исследований будут весьма полезными для правильного выбора материала, что в итоге определит качество и долговечность возводимых построек.

Уровень водопоглощения строительного изделия — это одна из важнейших характеристик, которая позволяет определить сферу использования строительного материала.

Например, у силикатного кирпича хорошая впитываемость влаги, поэтому его использование для возведения фундаментов, цокольных этажей поверхностей, расположенных в среде с повышенной влажностью, ограничено.

Для постройки стен и несущих перегородок он вполне подходит.

Выбирая кирпич для строительства, всегда надо руководствоваться его характеристиками, чтобы постройка получилась крепкой и долговечной.

The post Постоянная решетки — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Постоянная решетки appeared first on Химия.

В справочной таблице даны значения удельного сопротивления р некоторых металлов и изоляторов при температуре 18—20° С, выраженные в ом·см.

Величина р для металлов в сильной степени зависит от примесей, в таблице даны значения р для химически чистых металлов, для изоляторов даны приближенно.

Металлы и изоляторы расположены в таблице в порядке возрастающих значений р.

Таблица удельное сопротивление металлов

Таблица удельное сопротивление изоляторов

Удельное сопротивление чистых металлов при низких температурах

В таблице даны значения удельного сопротивления (в ом·см) некоторых чистых металлов при низких температурах (0°С).

Отношение сопротивлении Rt/Rq чистых металлов при температуре Т °К и 273° К

В справочной таблице дано отношение Rt/Rq сопротивлений чистых металлов при температуре Т °К и 273° К.

Удельное сопротивление электролитов

В таблице даны значения удельного сопротивления электролитов в ом·см при температуре 18° С. Концентрация растворов с дана в процентах, которые определяют число граммов безводной соли или кислоты в 100 г раствора.

_______________

Источник информации: КРАТКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК/ Том 1, — М.: 1960.

Электрическое сопротивление и проводимость

26 марта 2013.
Категория: Электротехника.

При замыкании электрической цепи, на зажимах которой имеется разность потенциалов, возникает электрический ток. Свободные электроны под влиянием электрических сил поля перемещаются вдоль проводника.

В своем движении электроны наталкиваются на атомы проводника и отдают им запас своей кинетической энергии.

Скорость движения электронов непрерывно изменяется: при столкновении электронов с атомами, молекулами и другими электронами она уменьшается, потом под действием электрического поля увеличивается и снова уменьшается при новом столкновении.

В результате этого в проводнике устанавливается равномерное движение потока электронов со скоростью нескольких долей сантиметра в секунду. Следовательно, электроны, проходя по проводнику, всегда встречают с его стороны сопротивление своему движению. При прохождении электрического тока через проводник последний нагревается.

Электрическое сопротивление

Электрическим сопротивлением проводника, которое обозначается латинской буквой r, называется свойство тела или среды превращать электрическую энергию в тепловую при прохождении по нему электрического тока.

На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рисунке 1, а.

Переменное электрическое сопротивление, служащее для изменения тока в цепи, называется реостатом. На схемах реостаты обозначаются как показано на рисунке 1, б.

В общем виде реостат изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании.

Ползунок или рычаг реостата ставится в определенное положение, в результате чего в цепь вводится нужное сопротивление.

Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и сечения, то проводники будут проводить ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от материала самого проводника.

Температура проводника также оказывает влияние на его сопротивление. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление жидкостей и угля уменьшается. Только некоторые специальные металлические сплавы (манганин, констаитан, никелин и другие) с увеличением температуры своего сопротивления почти не меняют.

Итак, мы видим, что электрическое сопротивление проводника зависит от: 1) длины проводника, 2) поперечного сечения проводника, 3) материала проводника, 4) температуры проводника.

За единицу сопротивления принят один Ом. Ом часто обозначается греческой прописной буквой Ω (омега). Поэтому вместо того чтобы писать «Сопротивление проводника равно 15 Ом», можно написать просто: r = 15 Ω.
1 000 Ом называется 1 килоом (1кОм, или 1кΩ),
1 000 000 Ом называется 1 мегаом (1мгОм, или 1МΩ).

При сравнении сопротивления проводников из различных материалов необходимо брать для каждого образца определенную длину и сечение. Тогда мы сможем судить о том, какой материал лучше или хуже проводит электрический ток.

1. Сопротивление проводников

Удельное электрическое сопротивление

Сопротивление в омах проводника длиной 1 м, сечением 1 мм² называется удельным сопротивлением и обозначается греческой буквой ρ (ро).

В таблице 1 даны удельные сопротивления некоторых проводников.

Таблица 1

Удельные сопротивления различных проводников

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро.

1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм². Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,0175 Ом.

Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм².

Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм².

Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм². Определить необходимую длину проволоки.

Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм² и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора.

Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться.

Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 – 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом.

Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры.

Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

Изменение сопротивления проводника при его нагревании, приходящееся на 1 Ом первоначального сопротивления и на 1° температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления и обозначается буквой α.

Если при температуре t0 сопротивление проводника равно r0, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления

Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

Таблица 2

Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим rt:

rt = r0 [1 ± α (t – t0)].

Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.

rt = r0 [1 ± α (t – t0)] = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 Ом.

Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.

Электрическая проводимость

До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r, то проводимость определяется как 1/r. Обычно проводимость обозначается буквой g.

Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

Если r = 20 Ом, то

Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

Удельное сопротивление меди

> Теория > Удельное сопротивление меди

Одним из самых распространённых металлов для изготовления проводов является медь. Её электросопротивление минимальное из доступных по цене металлов. Оно меньше только у драгоценных металлов (серебра и золота) и зависит от разных факторов.

Формула вычисления сопротивления проводника

Что такое электрический ток

На разных полюсах аккумулятора или другого источника тока есть разноимённые носители электрического заряда. Если их соединить с проводником, носители заряда начинают движение от одного полюса источника напряжения к другому. Этими носителями в жидкости являются ионы, а в металлах – свободные электроны.

Определение. Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.

Удельное сопротивление

Удельное электрическое сопротивление – это величина, определяющая электросопротивление эталонного образца материала. Для обозначения этой величины используется греческая буква «р». Формула для расчета:

p=(R*S)/l.

Эта величина измеряется в Ом*м. Найти её можно в справочниках, в таблицах удельного сопротивления или в сети интернет.

Свободные электроны по металлу двигаются внутри кристаллической решётки. На сопротивление этому движению и удельное сопротивление проводника влияют три фактора:

• Материал. У разных металлов различная плотность атомов и количество свободных электронов;
• Примеси. В чистых металлах кристаллическая решётка более упорядоченная, поэтому сопротивление ниже, чем в сплавах;
• Температура. Атомы не находятся на своих местах неподвижно, а колеблются. Чем выше температура, тем больше амплитуда колебаний, создающая помехи движению электронов, и выше сопротивление.

На следующем рисунке можно увидеть таблицу удельного сопротивления металлов.

Удельное сопротивление металлов

Интересно. Есть сплавы, электросопротивление которых падает при нагреве или не меняется.

Проводимость и электросопротивление

Так как размеры кабелей измеряются в метрах (длина) и мм² (сечение), то удельное электрическое сопротивление имеет размерность Ом·мм²/м. Зная размеры кабеля, его сопротивление рассчитывается по формуле:

R=(p*l)/S.

Кроме электросопротивления, в некоторых формулах используется понятие «проводимость». Это величина, обратная сопротивлению. Обозначается она «g» и рассчитывается по формуле:

g=1/R.

Проводимость жидкостей

Проводимость жидкостей отличается от проводимости металлов. Носителями зарядов в них являются ионы. Их количество и электропроводность растут при нагревании, поэтому мощность электродного котла растёт при нагреве от 20 до 100 градусов в несколько раз.

Интересно. Дистиллированная вода является изолятором. Проводимость ей придают растворенные примеси.

Электросопротивление проводов

Самые распространенные металлы для изготовления проводов – медь и алюминий. Сопротивление алюминия выше, но он дешевле меди. Удельное сопротивление меди ниже, поэтому сечение проводов можно выбрать меньше. Кроме того, она прочнее, и из этого металла изготавливаются гибкие многожильные провода.

В следующей таблице показывается удельное электросопротивление металлов при 20 градусах. Для того чтобы определить его при других температурах, значение из таблицы необходимо умножить на поправочный коэффициент, различный для каждого металла. Узнать этот коэффициент можно из соответствующих справочников или при помощи онлайн-калькулятора.

Выбор сечения кабеля

Сопротивление медного провода

Поскольку у провода есть сопротивление, при прохождении по нему электрического тока выделяется тепло, и происходит падение напряжения. Оба этих фактора необходимо учитывать при выборе сечения кабелей.

Выбор по допустимому нагреву

При протекании тока в проводе выделяется энергия. Её количество можно рассчитать по формуле электрической мощности:

P=I²*R.

В медном проводе сечением 2,5мм² и длиной 10 метров R=10*0.0074=0.074Ом. При токе 30А Р=30²*0,074=66Вт.

Эта мощность нагревает токопроводящую жилу и сам кабель. Температура, до которой он нагревается, зависит от условий прокладки, числа жил в кабеле и других факторов, а допустимая температура – от материала изоляции. Медь обладает большей проводимостью, поэтому меньше выделяемая мощность и необходимое сечение. Определяется оно по специальным таблицам или при помощи онлайн-калькулятора.

Таблица выбора сечения провода по допустимому нагреву

Допустимые потери напряжения

Кроме нагрева, при прохождении электрического тока по проводам происходит уменьшение напряжения возле нагрузки. Эту величину можно рассчитать по закону Ома:

U=I*R.

Справка. По нормам ПУЭ оно должно составлять не более 5% или в сети 220В – не больше 11В.

Поэтому, чем длиннее кабель, тем больше должно быть его сечение. Определить его можно по таблицам или при помощи онлайн-калькулятора. В отличие от выбора сечения по допустимому нагреву, потери напряжения не зависят от условий прокладки и материала изоляции.

В сети 220В напряжение подаётся по двум проводам: фазному и нулевому, поэтому расчёт производится по двойной длине кабеля. В кабеле из предыдущего примера оно составит U=I*R=30A*2*0.074Ом=4,44В. Это немного, но при длине 25 метров получается 11,1В – предельно допустимая величина, придётся увеличивать сечение.

Максимально допустимая длина кабеля данного сечения

Электросопротивление других металлов

Сопротивление тока: формула

Кроме меди и алюминия, в электротехнике используются другие металлы и сплавы:

• Железо. Удельное сопротивление стали выше, но она прочнее, чем медь и алюминий. Стальные жилы вплетаются в кабеля, предназначенные для прокладки по воздуху. Сопротивление железа слишком велико для передачи электроэнергии, поэтому при расчёте сечения жилы не учитываются. Кроме того, оно более тугоплавкое, и из него изготавливаются вывода для подключения нагревателей в электропечах большой мощности;
• Нихром (сплав никеля и хрома) и фехраль (железо, хром и алюминий). Они обладают низкой проводимостью и тугоплавкостью. Из этих сплавов изготавливаются проволочные резисторы и нагреватели;
• Вольфрам. Его электросопротивление велико, но это тугоплавкий металл (3422 °C). Из него изготавливаются нити накала в электролампах и электроды для аргонно-дуговой сварки;
• Константан и манганин (медь, никель и марганец). Удельное сопротивление этих проводников не меняется при изменениях температуры. Применяются в претензионных приборах для изготовления резисторов;
• Драгоценные металлы – золото и серебро. Обладают самой высокой удельной проводимостью, но из-за большой цены их применение ограничено.

Индуктивное сопротивление

Формулы для расчёта проводимости проводов справедливы только в сети постоянного тока или в прямых проводниках при низкой частоте.

В катушках и в высокочастотных сетях появляется индуктивное сопротивление, во много раз превышающее обычное. Кроме того, ток высокой частоты распространяется только по поверхности провода.

Поэтому его иногда покрывают тонким слоем серебра или используют литцендрат.

Справка. Литцендрат – это многожильный провод, каждая жила в котором изолирована от остальных. Это делается для увеличения поверхности и проводимости в сетях высокой частоты.

Удельное сопротивление меди, гибкость, относительно невысокая цена и механическая прочность делают этот металл, вместе с алюминием, самым распространенным материалом для изготовления проводов.

Электротехнические материалы

 15.1. Подготовка образцов и   условий испытания.                        

15.2. Поддержание контроль условий испытания.                                 

15.3. Электрические испытания.                               

             15.3.1.Определение общих и удельных сопротивлений образцов.                                                                                 
             15.3.2.

Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь на низких частотах.    
             15.3.3. Определение электрической прочности.      
             15.3.4. Определение стойкости к внешним электрическим воздействиям.

        
             15.3.5. Определение параметров статической электризации. 

15.4.  Тепловые испытания.                                                                                                                             

15.5.  Механические испытания.                                                                                                                   

15.1. Подготовка образцов и условия испытаний

Условиями окружающей среды при проведении испытаний называют сочетание температуры и относительной влажности воздуха или температуры и жидкости, в которых находится образец.

Подготовка образцов преследует две цели — устранить предшествовавшие испытанию воздействия среды и стабилизировать свойства материала. Этим целям служат нормализация и кондиционирование.

Нормализация — предварительная обработка образцов твердых электроизоляционных материалов в течение определенного времени и при определенных условиях окружающей среды с целью устранения или частичного снижения предшествующего состояния материала. Если стандартом на материал не предусмотрены особые условия нормализации, то она заключается в выдержке образца в течение 24 ч при 50 ºС и относительной влажности не более 20%.

Кондиционирование — вторичная обработка образцов в определенных условиях в течение определенного времени с целью стабилизации свойств материала.

Условия нормализации, кондиционирования и испытаний указываются в стандартах на материал и должны выбираться из ряда, определенного в ГОСТ 6433.1-71.

В течении этих процессов к образцам должен быть обеспечен свободный доступ окружающей среды. Образцы не должны соприкасаться со стенками камеры или друг с другом.

Время между кондиционированием и испытанием не должно превышать, как правило, 5 мин.

В тех случаях, когда температуры при подготовке и испытаниях различны, необходимо довести температуру образца до испытательной и выдержать его при этой температуре.

15.2. Поддержание и контроль условий испытания

При подготовке и проведении испытаний требуется соблюдать определенные значения температуры среды, в которой находится образец. Для этой цели применяют термостаты (термокамеры) или криостаты.

В зависимости от диапазона рабочих температур они делятся на термокамеры (20-400 ºС), электропечи (до 1000 ºС и выше) и криостаты для создания отрицательных температур. Регулировка температуры осуществляется, как правило, автоматически.

Во всем рабочем объеме камеры температура должна быть по возможности одинаковой, чувствительный элемент датчика должен быть помещен возможно ближе к образцу. Может применяться принудительная циркуляция воздуха при помощи вентилятора.

Существуют также термовлагокамеры, позволяющие получить не только заданную температуру, но и необходимую влажность. Эти камеры оборудованы специальным испарителем, размещенным в нижней части камеры.

Для испытаний малых образцов могут применяться эксикаторы, где требуемая влажность достигается химическим путем, для снижения влажности в эксикатор помещают вещества, поглощающие влагу, например: фосфорный ангидрид, силикагель и пр., при этом достигается близкая к нулю влажность.

Влажность от 50 до 100% получают, помещая в камеру насыщенные растворы в воде различных веществ.

15.3.1. Определение общих и удельных сопротивлений образцов

Если к диэлектрику приложить постоянное напряжение, то по нему будет протекать ток утечки.

Постоянная составляющая этого тока называется сквозным током и может быть представлена в виде двух составляющих: поверхностного сквозного тока, протекающего по тонкому электропроводящему слою влаги с растворенными в ней веществами, образовавшимся в результате взаимодействия со средой, и объемного сквозного тока, т.е. тока, проходящего через объем материала.

Этим двум составляющим тока соответствуют два сопротивления: поверхностное электрическое сопротивление диэлектрика Rs — отношение приложенного напряжения к поверхностному току, и объемное электрическое сопротивление диэлектрика R — отношение приложенного напряжения к объемному току. Соответственно, обратные этим сопротивлениям величины называются поверхностной и объемной проводимостями. Эти характеристики диэлектрика зависят как от материала диэлектрика, так и от геометрических размеров образца.

Под удельным поверхностным сопротивлением rs [Ом] понимают поверхностное сопротивление плоского участка поверхности твердого диэлектрика в форме квадрата при протекании электрического тока между двумя противоположными сторонами этого квадрата.

Форма и размеры образцов испытуемых материалов зависит от измеряемой величины. Образцы для определения объемного и поверхностного сопротивлений производят на плоских (круглых или квадратных) или трубчатых образцах.

Внутреннее сопротивление определяют на плоских образцах с двумя несквозными отверстиями.

Сопротивление изоляции измеряют на плоских, трубчатых или стержневых образцах.

Число испытуемых образцов должно быть не менее трех.

Электроды  для испытания твердых диэлектриков должны удовлетворять следующим условиям: обладать высокой проводимостью и обеспечивать хороший электрический контакт по всей поверхности соприкосновения с образцом, не влиять на образец (не деформировать, не оказывать химического воздействия).

Металлические нажимные электроды применяют для измерения объемного и поверхностного удельных сопротивлений. Представляют собой систему из трех электродов: измерительного, напряжения (высоковольтного) и охранного.

Напряжение прикладывается между измерительным электродом и электродом напряжения и измеряется ток в их цепи, охранный электрод служит для уменьшения краевых эффектов, он заземляется. В зависимости от измеряемой величины электроды выполняют различные функции.

Контакт с материалом создается прижатием давлением 10±0,2 кПа. Эти электроды применяют при испытаниях всех твердых, а также эластичных материалов при температурах -60…+250 С.

Фольговые электроды применяют для определения удельных сопротивлений и сопротивления изоляции. Их выполняют из отожженной алюминиевой, оловянной или свинцовой фольги толщиной от 5 до 20 мкм.

Контакт обеспечивается путем притирания с помощью тонкого слоя трансформаторного масла, кремнийорганической жидкости. Толщина смазки не должна превышать 1 мкм. Контакт также может быть создан прижатием через резину давлением 10±0,2 кПа, если в стандарте на материал не оговорено иное значение.

Способы закрепления фольги на резине для внутреннего и наружнего электродов показаны на рисунке.

Электроды из осажденных металлов представляют собой плотно прилегающие пленки  драгоценных или цветных металлов. Нанесение производится с помощью следующих операций: нанесение распылением в вакууме, нанесение шоопированием, нанесение кистью (разнообразные пасты).

Графитовые электроды применяют в виде жидкой суспензии водной или на лаке или в виде порошка графита. Электроды из суспензии на воде применяют для испытаний негигроскопичных материалов. Наносят с помощью кисти, после чего сушат.

Графитово-лаковые суспензии наносят пульвелизатором через трафарет. После сушки толщина нанесеного покрытия должна быть примерно 0,1 мм. Сопротивление слоя из лакографита не должно превышать 100 Ом. Способ получения электродов из порошка графита показан на рисунке.

Графит уплотняют давлением 10 кПа.

Помимо названных применяются также следующие виды электродов: штифтовые, ленточные, ножевые, брусковые, ртутные и на основе токопроводящей резны.

Измерительные ячейки для определения удельного сопротивления жидких материалов. Удельное объемное сопротивление жидких диэлектриков определяют на образцах объемом не менее 50 см2, число проб — не менее двух. Измерительная ячейка представляет собой двух- или трехэлектродную систему с плоскими или цилиндрическими электродами. Схематичный вид трехэлектродной ячейки изображен на рисунке.

Методы и средства измерения сопротивлений.

Сопротивление образца может быть измерено прямо или косвенно.

  В первом случае применяют электронные омметры (мега-, тераомметры), реже мосты постоянного тока, значения сопротивления считывается сразу со шкалы прибора.

При косвенных измерениях сопротивление определяют расчетным путем по результатам измерения тока, протекающего в образце, при известном значении напряжения, приложенного к образцу.

Независимо от метода измерения  и применяемых средств при определении сопротивления материала необходимо выполнить ряд требований. Погрешность измерения сопротивления не должна превышать ±5, ±10, ±15% при измерении сопротивлений до 109, 109-1013, более 1013 Ом соответственно. Измерение сопротивления должно выполняться при постоянном напряжении, погрешность измерения напряжения не более 2%.

Электронные магаомметры и тераомметры. Представляют собой усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, охваченный глубокой обратной связью, в прямую или обратную цепь которого включается измеряемое сопротивление.

Схемы измерения объемного и поверхностного сопротивлений, где Л- высокоомный входной зажим, К — входной зажим, Э — экран (электрический нуль прибора):

Различные типы мегаомметров и тераомметров обеспечивают различные пределы измеряемых сопротивлений и погрешностей измерения.

Мосты постоянного тока. Применяют для точных измерений сопротивлений в тех случаях, когда измерительное напряжение на образце по условиям испытаний не должно превышать 100 В. Схема включения:

Здесь: R3 — неизменно, R2 — регулируется плавно и R3 — дискретно. Класс точности 0,05 — 10 в зависимости от диапазона.

Косвенные методы измерения сопротивлений. Наибольшее распространение получил метод измерения тока, протекающего через исследуемый образец при фиксированном напряжении на образце.

Для получения требуемой точности измерения Rx  погрешность установки напряжения U не должна превышать 0,5%, такой же должна быть погрешность шунта, погрешность резистора R0 — 1%:

Отсчет показаний гальванометра должен производиться после определенной выдержки после подачи напряжения, что вызвано установлением сквозного тока. Сопротивление R0 порядка 107 Ом.

Расчет удельных электрических сопротивлений.

r = RS/l, где R — измеренное объемное сопротивление, S — эффективная площадь измерительного электрода, l — средняя толщина образца.

15.3.2. Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь на низких частотах

Образец диэлектрика с потерями может быть представлен в виде эквивалентной последовательной или параллельной схемы:

Независимо от выбора схемы сдвиг фазы j, ток I, напряжение U и диэлектрические потери P неизменны. Для последовательной схемы справедливы следующие соотношения:

tg d = w Cs Rs;  P = I2 Rs = U2 w Cs tg d / ( 1 + tg2 d)

Для параллельной схемы:

tg d = 1 / ( Rp w Cp);    P = U2 w Cp tg d.

При tg d

Удельное сопротивление металлов. Таблица

Удельное сопротивление металлов является мерой их свойства противодействовать прохождению электрического тока. Эта величина выражается в Ом-метр (Ом⋅м). Символ, обозначающий удельное сопротивление, является греческая буква ρ (ро). Высокое удельное сопротивление означает, что материал плохо проводит электрический заряд.

Сопротивление провода

Величина сопротивления провода зависит от трех параметров: удельного сопротивления металла, длины и диаметра самого провода. Формула для расчета сопротивления провода:

где:R — сопротивление провода (Ом)ρ — удельное сопротивление металла (Ом.m)L — длина провода (м)

А — площадь поперечного сечения провода (м2)

В качестве примера рассмотрим проволочный резистор из нихрома с удельным сопротивлением 1.10×10-6 Ом.м.  Проволока имеет длину 1500 мм и диаметр 0,5 мм. На основе этих трех параметров рассчитаем сопротивление провода из нихрома:

Нихром и константан часто используют в качестве материала для сопротивлений. Ниже в таблице вы можете посмотреть удельное сопротивление некоторых наиболее часто используемых металлов.

Поверхностное сопротивление

Величина поверхностного сопротивления рассчитывается таким же образом, как и сопротивление провода. В данном случае площадь сечения можно представить в виде произведения w и t:

Для некоторых материалов, таких как тонкие пленки, соотношение между удельным сопротивлением и толщиной пленки называется поверхностное сопротивление слоя RS:

где RS измеряется в омах. При данном расчете толщина пленки должна быть постоянной.

Часто производители резисторов для увеличения сопротивления вырезают в пленке дорожки, чтобы увеличить путь для электрического тока.

Свойства резистивных материалов

Удельное сопротивление металла зависит от температуры. Их значения приводится, как правило, для комнатной температуры (20°С). Изменение удельного сопротивления в результате изменения температуры характеризуется температурным коэффициентом.

Например, в термисторах (терморезисторах) это свойство используется для измерения температуры. С другой стороны, в точной электронике, это довольно нежелательный эффект.
Металлопленочные резисторы имеют отличные свойства температурной стабильности. Это достигается не только за счет низкого удельного сопротивления материала, но и за счет механической конструкции самого резистора.

Много различных материалов и сплавов используются в производстве резисторов.

Нихром (сплав никеля и хрома), из-за его высокого удельного сопротивления и устойчивости к окислению при высоких температурах, часто используют в качестве материала для изготовления проволочных резисторов.

Недостатком его является то, что его невозможно паять. Константан, еще один популярный материал, легко паяется и имеет более низкий температурный коэффициент.

Отправить сообщение об ошибке.

The post Удельное электрическое сопротивление объемное — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Удельное электрическое сопротивление объемное appeared first on Химия.

Водопоглощениесиликатного кирпича определяют по ГОСТ7025 «Кирпич и камни керамические исиликатные. Методы определенияводопоглощения, средней плотности иконтроля морозостойкости».

Водопоглощениеопределяют не менее чем на трех образцах.

Водопоглощениесиликатных изделий определяют безпредварительного высушивания образцов.

Образцы укладываютв один ряд по высоте с зазорами междуними не менее 2 см на решетку в сосуд сводой температурой (20 ± 5) °С. так, чтобыуровень воды был выше верха образцовна 2 – 10 см.

Образцы выдерживаютв воде 48 ч.

Насыщенные водойобразцы вынимают из воды, обтирают влажнойтканью и взвешивают. Массу воды, вытекшейиз образца на чашку весов, включают вмассу образца, насыщенного водой.Взвешивание каждого образца должнобыть закончено не позднее 2 мин послеего удаления из воды.

Водопоглощение Wобразцов по массе в процентах вычисляютпо формуле:

 , [%]    (3)

где m1 – массаобразца, насыщенного водой, г;

т– массаобразца, высушенного до постоянноймассы, г.

Зазначение водопоглощения изделийпринимают среднее арифметическоерезультатов определения водопоглощения всехобразцов, рассчитанное с точностью до1 %.

Водопоглощениесиликатных изделий должно быть не менее6 %.

2.3 Определение средней плотности

Среднюю плотностьсиликатного кирпича определяют по ГОСТ7025 «Кирпич и камни керамические исиликатные. Методы определенияводопоглощения, средней плотности иконтроля морозостойкости».

Среднюю плотностьопределяют не менее чем на трех образцах.

Объем образцовопределяют по их геометрическим размерам,измеренным с погрешностью не более 1мм. Для определения каждого линейногоразмера образец измеряют в трех местах– по ребрам и середине грани. Заокончательный результат принимаютсреднее арифметическое трех измерений.

Образцы очищаютот пыли и высушивают до постоянноймассы.

Среднюю плотностьобразца вычисляют по формуле:

,[кг/м3] (4)

где m– масса образца, кг;

V– объемобразца, см3.

За значение среднейплотности изделий принимают среднееарифметическое результатов определенийсредней плотности всех образцов,рассчитанное с точностью до 10 кг/м3.

2.3 Определение марки по прочности

Образцы измеряютс погрешностью до 1 мм. Каждый линейныйразмер образца вычисляют как среднееарифметическое значение результатовизмерений двух средних линий противолежащихповерхностей образца.

На боковыеповерхности образца наносят вертикальныеосевые линии. Образец устанавливают вцентре плиты пресса, совмещая геометрическиеоси образца и плиты, и прижимают верхнейплитой пресса.

Нагрузка на образецдолжна возрастать непрерывно и равномерносо скоростью, обеспечивающей егоразрушение через 20 – 60 с после началаиспытания.

Предел прочности при сжатии Rсжобразца вычисляют по формуле:

, [МПа (кгс/см2)] (5)

где Р –наибольшая нагрузка,установленная при испытании образца,МН (кгс);

F –площадь поперечного сечения образца,вычисляемая как среднее арифметическоезначение площадей верхней и нижнейего поверхностей,м2 (см2).

Пределыпрочности изделий при сжатии и изгибеприведены в таблице 3.

Таблица3 – Пределы прочности изделий при сжатиии изгибе

Примечания

1 Предел прочностипри изгибе определяют по фактическойплощади изделия без вычета площадипустот.

2 Марка по прочностилицевого кирпича должна быть не менее125 лицевых камней — 100.

При вычислениипредела прочности при сжатии образцовиз двух целых кирпичей толщиной 88 ммили из двух их половинок результатыиспытаний умножают на коэффициент 1,2.

Предел прочностипри сжатии образцов в партии вычисляютс точностью до 0,1 МПа (1 кгс/см2)как среднее арифметическое значениерезультатов испытаний установленногочисла образцов.

При испытаниикирпича на изгиб образец устанавливаютна двух опорах пресса. Нагрузкуприкладывают в середине пролета иравномерно распределяют по ширинеобразца. Нагрузка на образец должнавозрастать непрерывно со скоростью,обеспечивающей его разрушение через20 – 60 с после начала испытаний.

Рисунок 1 – Схема испытания кирпича наизгиб

Предел прочности приизгибе Rизгобразца вычисляют по формуле:

 ,[МПа (кгс/см2)] (6)

где Р – наибольшая нагрузка,установленная при испытанииобразца, МН (кгс);

l –расстояние между осями опор, м (см);

b –ширина образца, м (см);

h –высота образца посерединепролета без выравнивающего слоя,м (см).

Предел прочностипри изгибе образцов в партии вычисляютс точностью до 0,05 МПа (0,5 кгс/см2)как среднее арифметическое значениерезультатов испытаний установленногочисла образцов.

При вычислениипредела прочности при изгибе образцовв партии не учитывают образцы, пределыпрочности которых имеют отклонение отсреднего значения предела прочностивсех образцов более чем на 50 % и не болеечем по одному образцу в каждую сторону.

Как определить водопоглощение кирпича?

Водопоглощение кирпича является одним из важнейших показателей, определяющих пригодность использования материала в конкретной области строительства.

Чтобы понимать, почему данная характеристика так важна при выборе, следует разобраться в основных свойствах строительного материала. Водопоглощение — это способность впитывать и сохранять влагу.

Показатель водопоглощения определяется в процентах к объему материала.

Пористость кирпича напрямую влияет на его водопоглощение.

Чем выше пористость материала (чем больше количество пустот), тем больший объем влаги он впитает. Пористость напрямую связана с прочностью и способностью выдерживать нагрузки.

Проникшая в полость вода при минусовых температурах замерзнет, увеличится в размерах и разрушит строительный материал. Чем выше показатель водопоглощения, тем ниже будет уровень прочности конструкции и устойчивости к низким температурам.

Это негативно скажется и на долговечности строительного материала.

Нормы водопоглощения

Чтобы увеличить прочность и долговечность материала, следует максимально снизить показатель его водопоглощения, но практика свидетельствует о другом.

Показатель водопоглощения влаги нельзя ограничивать по нескольким причинам:

Основные виды кирпича.

1. Если показатель впитываемости воды будет низким, то кладка получится менее прочной, так как нарушится сцепка с раствором.

2. Недостаточное количество пор и пустот существенно снизит показатели его теплосохранности, делая материал непригодным для использования в регионах с затяжными зимами.

   Чтобы избежать таких проблем, специалистами разработаны определенные нормы, по которым показатель водопоглощения должен быть не ниже 6%. Максимальный уровень определяется в зависимости от вида стройматериала.

Разделяют 3 основных типа строительного кирпича:

• бетонный;
• силикатный;
• керамический.

Производство изделий из бетонной смеси происходит методом заливки раствора в специальные формы. На практике данный вид редко используется, потому что он тяжелый, дорогой, плохо сохраняет тепло.

Несмотря на эти недостатки, данное изделие обладает самым низким показателем водопоглощения в 3-5%.

Кладка, выполненная из такого строительного материала, прекрасно выдерживает резкие перепады температур и характеризуется длительным сроком эксплуатации.

Именно по этой причине его не рекомендовано использовать для строительства стен, расположенных в местах с повышенной влажностью. Керамический кирпич производят из глины, которую обжигают при максимально высокой температуре в 1000°С.

Качественный керамический кирпич имеет показатель водопоглощения в 6-14%. Особенностью этого строительного материала является его слоистая структура. При низких температурах влага задерживается между слоями и не может быстро высвободиться из них.

Перепады температур приводят к тому, что керамический кирпич начинает быстро разрушаться. Для того чтобы продлить эксплуатацию кладки из керамического кирпича, следует проводить качественные отделочные работы.

Как определить показатель водопоглощения?

Исследования должны проводиться только в специальных условиях:

Хорошее водопоглощение силикатным кирпичом, позволяет использовать его для строительства фундаментов.

• температура в помещении должна быть в пределах 15-25°С;
• исследуются только целые, неповрежденные образцы;
• изделие должно быть высушено до неизменной массы в специальных автоклавах при температуре порядка 150°С.
• силикатный стройматериал можно исследовать только по истечении суток после сушки.

Исследования проводятся одновременно для 3 образцов. Это необходимо для определения среднего арифметического значения. После того как каждый образец взвешен и высушен, его помещают в сосуд с водой таким образом, чтобы уровень жидкости перекрывал поверхность камня на 2-8 см.

По истечении 2 суток изделия вынимают из воды и сразу же взвешивают. В расчет берется и масса кирпича, и масса вытекшей в чашу весов воды. Далее используется формула вычисления водопоглощения материала, по которой несложно определить данный показатель:

ПВ=m0-m1/m1*100%, где:

• ПВ — показатель водопоглощения;
• m0 — масса насыщенного водой камня;
• m1 — масса высушенного образца.

Результат определяется в процентном соотношении, для строительного кирпича он должен составлять не более 5%, а для отделочных элементов — не выше 15%.

Данные исследования несложно осуществить своими силами. Результаты исследований будут весьма полезными для правильного выбора материала, что в итоге определит качество и долговечность возводимых построек.

Уровень водопоглощения строительного изделия — это одна из важнейших характеристик, которая позволяет определить сферу использования строительного материала.

Например, у силикатного кирпича хорошая впитываемость влаги, поэтому его использование для возведения фундаментов, цокольных этажей поверхностей, расположенных в среде с повышенной влажностью, ограничено.

Для постройки стен и несущих перегородок он вполне подходит.

Выбирая кирпич для строительства, всегда надо руководствоваться его характеристиками, чтобы постройка получилась крепкой и долговечной.

The post Водопоглощение — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Водопоглощение appeared first on Химия.

Электропроводность воды – очень важное для каждого из нас свойство воды.

Каждый человек должен знать, что вода, как правило, обладает электропроводностью. Незнание этого факта может привести к пагубным последствиям для жизни и здоровья.

Например, категорически запрещается пользоваться электроприборами, принимая ванну или душ, строго запрещается купаться в открытых водоемах во время грозы …

Дадим несколько определений понятию электропроводность, в общем, и электропроводности воды в частности.

Электропроводность, это …

Скалярная величина, характеризующая электропроводность вещества и равная отношению плотности электрического тока проводимости к напряженности электрического поля.

…

Свойство вещества проводить неизменяющийся во времени электрический ток под действием неизменяющегося во времени электрического поля.

Политехнический терминологический толковый словарь. Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014

Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935-1940

Электропроводность или Электрическая проводимость — свойство вещества проводить под действием не изменяющегося электрического поля неизменяющийся во времени электрический ток. Э. п. обусловлена наличием в веществе подвижных электрических зарядов — носителей тока.

Видом носителя тока определяется электронная (у металлов и полупроводников), ионная (у электролитов), электронно-ионная (у плазмы) и дырочная (совместно с электронной) (у полупроводников). В зависимости от удельной электрической проводимости все тела делят на проводники , полупроводники и диэлектрики, физ.

величина, обратная электрическому сопротивлению. В СИ единицей электрической проводимости является сименс (см.); 1 См = 1 Ом-1.

Большая политехническая энциклопедия. — М.: Мир и образование. Рязанцев В. Д.. 2011

Электропроводность воды, это …

Электропроводность воды – это показатель проводимости водой электрического тока, характеризующий содержание солей в воде.

Политехнический терминологический толковый словарь. Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014

Электропроводность морской воды — способность морской воды проводить ток под действием внешнего электрического поля благодаря наличию в ней носителей электрических зарядов — ионов растворенных солей, главным образом NaCl. Электропроводность морской воды увеличивается пропорционально повышению ее солености и в 100 — 1000 раз больше, чем у речной воды. Зависит также от температуры воды.

Из приведенных выше определений становится очевидным, что величина электропроводности воды не является константой, а зависит от наличия в ней солей и других примесей. Так, например, электропроводность дистиллированной воды минимальна.

Как же узнать электропроводность воды, как ее измерить …

Кондуктометрия — измерение электропроводности воды

Для измерения электропроводности воды используется метод Кондуктометрия (смотрите определения ниже), а приборы, с помощью которых производят измерения электропроводности, имеют созвучное методу название – Кондуктометры.

Кондуктометрия, это …

Кондуктометрия  и, мн. нет, ж. (нем. Konduktometrie < лат. conductor проводник + греч. metreō мерю), тех., хим. — один из видов химического количественного анализа, основанный на измерении электропроводности исследуемого раствора при постепенном добавлении к нему исследуемого реагента.

Толковый словарь иностранных слов Л. П. Крысина.- М: Русский язык, 1998

Кондуктометрия (от англ. conductivity — электропроводность и греч. metreo — измеряю) — электрохимический метод анализа, основанный на измерении электрической проводимости растворов. Применяют для определения концентрации растворов солей, кислот, оснований, контроля состава некоторых промышленных растворов.

Энциклопедический словарь. 2009

Удельная электропроводность воды

И в завершение приведем несколько значений удельной электропроводности для различных видов вод*.

Удельная электропроводность воды, это …

Удельная электропроводность воды — электропроводность единицы объема воды.

Удельная электропроводность воды * :

• Водопроводная вода – 36,30 мкСМ/м;
• Дистиллированная вода – 0,63 мкСМ/м;
• Питьевая (бутилированная) – 20,2 мкСМ/м;
• Питьевая вымороженная – 19,3 мкСМ/м;
• Водопроводная вымороженная – 22 мкСМ/м.

* Статья «Электропроводность образцов питьевой воды разной степени чистоты»  Авторы: Воробьёва Людмила Борисовна. Журнал: «Интерэкспо Гео-Сибирь Выпуск № -5 / том 1 / 2012».

ДАТА СОЗДАНИЯ ПУБЛИКАЦИИ: Мар 3, 2016 22:07 Waterman

Минерализация (общее солесодержание) — tds

Суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ; обычно выражается в мг/дм3 (до 1000 мг/дм3) и ‰ (более 1000 мг/дм3). Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах.

Многие производства, сельское хозяйство, предприятия питьевого водоснабжения предъявляют определенные требования к качеству вод, в частности, к минерализации, так как воды, содержащие большое количество солей, отрицательно влияют на растительные и животные организмы, технологию производства и качество продукции, вызывают образование накипи на стенках котлов, коррозию, засоление почв.

В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать величины 1000 мг/дм3. По согласованию с органами Роспотребнадзора для водопровода, подающего воду без соответствующей обработки (например, из артезианских скважин), допускается увеличение минерализации до 1500 мг/дм3).

Температура

Температура воды является результатом нескольких одновременно протекающих процессов, таких как солнечная радиация, испарение, теплообмен с атмосферой, перенос тепла течениями, турбулентным перемешиванием вод и др.

  Годовой и суточный ход температуры воды на поверхности и глубинах определяется количеством тепла, поступающего на поверхность, а также интенсивностью и глубиной перемешивания. Суточные колебания температуры могут составлять несколько градусов и обычно проникают на небольшую глубину. На мелководье амплитуда колебаний температуры воды близка к перепаду температуры воздуха.

В требованиях к качеству воды водоемов, используемых для купания, спорта и отдыха, указано, что летняя температура воды в результате спуска сточных вод не должна повышаться более, чем на 3 °С по сравнению со среднемесячной температурой самого жаркого месяца года за последние 10 лет.

В водоемах рыбохозяйственного назначения допускается повышение температуры воды в результате спуска сточных вод не больше, чем на 5 °С по сравнению с естественной температурой.

Температура воды — важнейший фактор, влияющий на протекающие в водоеме физические, химические, биохимические и биологические процессы, от которого в значительной мере зависят кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения. Значения температуры используют для вычисления степени насыщения воды кислородом, различных форм щелочности, состояния карбонатно-кальциевой системы, при многих гидрохимических, гидробиологических, особенно лимнологических исследованиях, при изучении тепловых загрязнений.

The post Удельная электропроводность — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Удельная электропроводность appeared first on Химия.

ID: 16322

Название работы: Определение удельного вращения и неизвестной концентрации сахарного раствора при помощи поляриметра см – 3

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Физика

Описание: Лабораторная работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ И НЕИЗВЕСТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА ПРИ ПОМОЩИ ПОЛЯРИМЕТРА СМ 3 Описание лабораторной установки Поляриметр круговой СМ3 используемый в данной работе применяется для измерения угла вращения пл

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-06-20

Размер файла: 164 KB

Работу скачали: 35 чел.

Лабораторная работа

Определение удельного вращения и неизвестной концентрации сахарного раствора при помощи поляриметра см – 3

Описание лабораторной установки

Поляриметр круговой СМ-3, используемый в данной работе, применяется для измерения угла вращения плоскости поляризации оптически активными прозрачными однородными растворами и жидкостями. На рис.2.13. показан общий вид и устройство поляриметра СМ-3.

Головка поляризатора с анализатором  1  является измерительной частью поляриметра и состоит из поляризационного устройства, анализатора и наблюдательной трубки, закрепленных на концах корпуса кюветного отделения  2 .

На лицевой стороне измерительной головки прибора имеется окуляр  7 с двумя лупами, через которые снимаются отсчеты со шкалы лимба и отсчетного устройства. Вращением втулки  8  устанавливают резкое изображение линии раздела поля зрения.

В кюветное отделение вставляется трубка, на которую нанесена ее фактическая длина между торцами. На стеклянной трубке имеется выпуклость, необходимая для сбора пузырьков воздуха.

Осветительный узел  3  состоит из натриевой лампы в патроне, стеклянного светофильтра, матового стекла и диафрагмы. На тыльной стороне, в нижней части осветительного узла находится тумблер включения.

На рис.2.14. показана оптическая схема прибора СМ-3. Свет от лампы  1 (натриевая лампа ДНаС 18-04.2) проходит через светофильтр  2 , конденсор  3 , поляризатор  4 , хроматическую фазовую пластинку  5 , защитное стекло  6 , трубку  7  с двумя покровными стеклами  8 ,  анализатор  9 , объектив  10 , окуляр  11  и две лупы  12 .

Методика измерения угла поворота плоскости поляризации

В поляриметре применен принцип уравнивания яркостей поля зрения, разделенного на две части. Разделение поля зрения на части осуществляется введением в оптическую систему поляриметра хроматической фазовой пластинки.

Фазовые пластинки изготавливают из искусственного кристаллического кварца с определенным направлением оптической оси. Свет от лампы, пройдя через конденсор и поляризатор, одной частью пучка проходит через хроматическую фазовую пластинку, защитное стекло, кювету и анализатор.

Другая половина пучка не проходит через фазовую пластинку. Являясь оптически активным веществом, кварц будет поворачивать плоскость поляризации падающего на него света на довольно значительный угол. При этом, как известно, угол поворота пропорционален толщине пластинки.

Изготовив пластинку определенной толщины, можно подобрать необходимый угол поворота.

,

где   — интенсивность падающего света.

Если между поляризатором и анализатором ввести кювету с оптически активным правовращающим раствором, то плоскость поляризации  РР' падающего света повернется на малый угол  φ по часовой стрелке (рис.2.15, б). Очевидно, что  и равномерность освещения половинок  1  и  2  поля зрения нарушится:

На рис.2.15, в в качестве примера показано, как будет меняться освещенность поля зрения анализатора в случае левовращающей оптически активной среды.

Равенство освещенностей полей сравнения можно восстановить, поворачивая анализатор на угол, равный углу поворота плоскости поляризатора раствором. Следовательно, угол вращения плоскости поляризации будет определяться по разности отсчетов, соответствующих равенству освещенности полей зрения: с оптически активным веществом и без него.

По углу вращения плоскости поляризации возможно определение концентрации оптически активных веществ. Для большинства таких веществ угол поворота определяется формулой (1.8). Тогда неизвестная концентрация  ,  где  φ – угол поворота в градусах; α – удельное вращение оптически активного вещества для излучения  λ = 589 нм  при температуре  20о С;  l – длина кюветы.

При измерении на поляриметре угла вращения плоскости поляризации правовращающими оптически активными растворами отсчеты по шкале первого отсчетного устройства и лимбу будут от  0  до  35о.

Практическая часть

Упражнение №1. Определение удельного вращения плоскости поляризации света в растворе сахара

1.  Включить прибор в сеть.
2.  В кюветное отделение поляриметра вставить трубку с дистиллированной водой и закрыть крышкой. Вращением втулки  8  (рис.2.13) установить окуляр на резкое изображение линии раздела полей сравнения.
3.  Вращая ручку  6 (рис.2.13), повернуть анализатор так, чтобы половинки поля зрения были одинаково освещены (минимально освещены). При этом в поле зрения не должно наблюдаться окрашивания частей поля зрения и не должно быть заметно резкого выделения стороны хроматической фазовой пластинки. Резкое выделение стороны фазовой пластинки может происходить от неправильной установки лампы.
4.  По лимбу и нониусу отметить нулевое положение  φ0  с точностью отсчета (по нониусу) до 0,02о .   На шкале нониуса цифра «10» соответствует отсчету 0,10о  ; «20» соответствует 0,20о  и т. д. Нулевой отсчет определить не менее трех раз, каждый раз сбивая его поворотом лимба вправо или влево. Найти среднее значение   . Полученные данные занести в табл.2.5.
5.  Кювету с исследуемым раствором поместить в кюветное отделение поляриметра и закрыть крышкой. Затем установить втулкой окуляр на резкое изображение линии раздела полей сравнения.
6.  Плавным и медленным поворотом анализатора добиться одинаковой освещенности (минимальной) обеих половинок поля зрения (линия раздела при этом исчезнет). Сделать отсчет    по лимбу и нониусу. Отсчет произвести не менее трех раз, сбивая положение лимба вправо и влево. Найти среднее значение   . Полученные данные занести в табл.2.5. Вычислить угол поворота плоскости поляризации  . Результат вычисления занести в табл.2.6.
7.  Вынуть трубку с раствором; заменить ее другой; опыт повторить для всех известных концентраций сахарного раствора. Результаты измерений и вычислений занести в таблицы  2.5  и  2.6.
8.  Вычислить удельное вращение плоскости поляризации сахара по известным концентрациям и соответствующим углам поворота плоскости поляризации. Согласно формуле (1.8), удельное вращение

,

где  φi – угол поворота плоскости поляризации в градусах,  l — толщина слоя оптически активного раствора в  см , с – концентрация раствора в  г·см-3 . Полученные результаты занести в табл.2.6.

9.  Найти среднее значение     и сравнить результат эксперимента с табличным значением: для сахарного раствора (при   λ  = 0,589 мкм)   = 4,80 град. г-1 см3 см-1.

                Определение угла поворота плоскости поляризации

и удельного вращения сахарного раствора           Таблица  2.5

Таблица 2.6

Упражнение №2. Определение неизвестной концентрации

сахарного раствора

1.  По данным табл.2.6. построить градуировочную кривую зависимости угла поворота плоскости поляризации от концентрации сахара в  растворе.
2.  Кювету с раствором сахара неизвестной концентрации  сx  поместить в кюветное отделение и произвести измерение угла поворота   плоскости поляризации (Упражнение №1, пп. 4, 5, 6). Найти  среднее значение   .
3.  По градуировочной кривой определить неизвестную концентрацию сахарного раствора по соответствующему углу   .

Контрольные вопросы

1.  Как проявляется оптическая активность вещества?
2.  Что такое удельное вращение?
3.  Как объясняется явление вращения плоскости поляризации света в феноменологической теории?
4.  Объяснить принцип уравнивания освещенностей полей зрения в поляриметре.
5.  Как в данной работе измеряется угол поворота плоскости поляризации света сахарным раствором?
6.  Как определить концентрацию сахара в растворе?
7.  Где используется оптическая активность веществ?

Библиографический список

Основная литература

1.  Матвеев А.Н. Оптика. — М.: Высшая школа, 1985. §44, с.281-284.
2.  Ландсберг Г.С. Оптика. — М.: Наука, 1976. Гл.X X, c.607-620.

Дополнительная литература

1.  Борн М., Вольф Э. Основы оптики. — М.: Наука, 1973.
2.  Калитеевский Н.И.  Волновая оптика. — М.: Наука, 1971.

Рис.2.13. Основные элементы конструкции поляриметра: 1 – головка анализатора с поляризатором; 2 – кюветное отделение; 3 –осветительный узел; 4 — основание; 5 –корпус; 6 – ручка вращения лимба; 7 – окуляр; 8 – втулка для наведения на резкость

8

5

6

3

2

1

7

Рис.2.14. Оптическая принципиальная схема поляриметра СМ-3

5

3

12

11

10

9

8

7

6

4

1

2

Рис.2.15. К определению угла поворота

плоскости поляризации

а)

1

2

б)

в)

2

1

1

2

В'

Р'

Р

А'

А

Р

В

2β

В'

А

А'

φ

Р'

В

Р

В'

А

А'

φ

Р'

В

Гост 18995.3-73 — продукты химические органические. метод определения величины удельного вращения

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Дата введения 01.07.74

Настоящий стандарт распространяется на органические химические продукты (реактивы, особо чистые вещества или технические продукты) и устанавливает метод определения величины удельного вращения (поляризации).

Определение удельного вращения основано на свойстве некоторых органических соединений вращать плоскость поляризации света.

Вращение называется правым (+), если оно происходит по часовой стрелке, по отношению к наблюдателю, смотрящему на источник света, и левым (-), если оно происходит против часовой стрелки.

Удельное вращение показывает угол поворота плоскости поляризации, вызываемого

индивидуальной жидкостью или раствором оптически активного вещества с концентрацией 1 г/см3, помещенного в поляризационную трубку длиной 1 дм при использовании D-линии натриевой лампы (длина волны 589,3 нм) при температуре t.

Допускается применение поляризационных трубок длиной 2 дм.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1. АППАРАТУРА

Поляриметр любого типа, позволяющий измерять угол поворота с необходимой точностью.

Термостат.

Термометр с ценой деления шкалы 0,1 °С для измерения температур от 0 до 50 °С.

Колба 1 (2)-100-2 по ГОСТ 1770.

Весы лабораторные общего назначения типа ВЛР-200 г.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

2.1. Если поляриметр имеет кожух, то перед началом определения через кожух поляризационной трубки пропускают воду из термостата в течение 10 мин, имеющую температуру (20,0 ± 0,1) °С. При отсутствии кожуха следует работать в помещении при (20 ± 3) °С.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.2. Затем определяют нулевую точку по инструкции, приложенной к прибору.

Если нулевое деление нониуса не совпадает с нулевым делением круговой шкалы, то при вычислении удельного вращения на эту величину вносят поправку со знаком плюс, когда нулевое деление нониуса переместилось по направлению часовой стрелки от нуля шкалы, и минус, если оно переместилось в направлении против часовой стрелки. Нулевую точку определяют пять раз.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.3. Масса испытуемого вещества в 100 см3 раствора, растворитель, а также точность измерения угла поворота плоскости поляризации должны быть указаны в нормативно-технической документации на соответствующее вещество.

Колбу с раствором вьщерживают в термостате при (20,0 ± 0,1) °С в течение 30 мин, доводят объем раствора до метки водой или растворителем, перемешивают и снова вьщерживают в термостате при той же температуре в течение 10 мин.

Раствор должен быть прозрачным.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

2.4. При определении удельного вращения индивидуальной жидкости ее вьщерживают в термостате при (20,0 ± 0,1) °С в течение 30 мин.

2.5. Допускается использование линии ртутной лампы (длина волны 546 нм) при применении автоматического светоэлектрического прибора.

2.4, 2.5. (Измененная редакция, Изм. № 2).

2.6. При применении автоматического прибора подготовку ведут по инструкции, прилагаемой к прибору.

2.7. Испытуемая индивидуальная жидкость или раствор оптически активного вещества должны быть прозрачными, при наличии мути их фильтруют.

2.6, 2.7. (Введены дополнительно, Изм. № 1).

3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

3.1. Испытуемый раствор или индивидуальную жидкость помещают в поляризационную трубку так, чтобы на верхнем конце трубки образовался выпуклый мениск. На конец трубки надвигают скользящим движением покровное стекло, срезая при этом мениск. На стекло помещают прокладку и прижимают винтом верхнюю крышку; при этом в трубке не должно оставаться пузырьков воздуха.

Трубку с испытуемым раствором или индивидуальной жидкостью помещают в желоб прибора, закрывают сверху крышкой и наблюдают через окуляр освещенность поля при (20,0 ± 0,1) °С. Вращением маховика и микрометрического винта добиваются освещенности поля и четкого изображения линии раздела.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

3.2. Отсчет на приборе ведут по шкале следующим образом: число целых градусов отсчитывают от нуля круговой шкалы диска до нулевой черты нониуса. Затем отмечают, какое деление нониуса совпадет с делением круговой шкалы, и находят число десятых и сотых долей градуса. Таким образом измеряют угол вращения в градусах.

Измерение повторяют пять раз.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Удельное вращение  вычисляют по одной из формул, указанных ниже:

для индивидуальных жидкостей

для растворов

где a — наблюдаемый угол вращения, град.;

l — длина трубки, дм;

r — плотность испытуемой жидкости при 20 °С, г/см3;

т — масса испытуемого вещества в 100 см3 раствора, г.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

4.2. Допускаемые расхождения между результатами двух параллельных определений и суммарная погрешность определения должны быть указаны в нормативно-технической документации на соответствующее вещество.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химической промышленности СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 17.07.73 № 1740

3. ВЗАМЕН ГОСТ 9884-61 в части разд. 3

4. Стандарт содержит все требования СТ СЭВ 3677-82

5. В стандарт введен международный стандарт ИСО 6353-1-82 (GM 5.26)

6. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

7. Ограничение срока действия снято по протоколу № 7-95 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-95)

8. ИЗДАНИЕ (август 2009 г.) с Изменениями № 1, 2, утвержденными в мае 1983 г., июне 1990 г. (ИУС 8-83, 9-90)

СОДЕРЖАНИЕ

Зависимость угла вращения от условий измерения

Измерение вращения плоскости поляризации света оптически активных веществ осуществляется благодаря методу физико – химического исследования – поляриметрии.

Измерения осуществляют с помощью оптических приборов — поляриметров, в которых через систему двух поляризующих призм последовательно проходит луч света.

Так как между концентрацией оптически активного вещества и углом вращения существует пропорциональная зависимость, поляриметрические измерения можно использовать для количественного определения оптически активного вещества.

Оптическое вращение, найденное при помощи поляриметрии, пересчитывают в молекулярное или удельное вращение.

По результатам определения знака и величины вращения плоскости поляризации можно предположить и доказать строение, пространственную конфигурацию вещества, сделать выводы о механизме реакции и др.

Хиральные соединения по разному действуют на плоскополяризованный свет. Энантиомеры хирального вещества оказывают действие на поляризованный свет, поэтому являются оптическими изомерами.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Замечание 1

Если раствор содержит два энантиомера с равными концентрациями, то он не вызывает вращения плоскости поляризации света и его называют рацемической смесью.

Поляриметрия широко применяется:

• В производстве антибиотиков (определение пенициллина и энзима пенициллиназы при их совместном присутствии). Пенициллин разрушается энзимом пенициллиназы. Так как продукты разрушения пеницилина не обладают оптической активностью, то оптическая активность раствора уменьшается. Изменение вращения плоскости поляризации позволяет определить изменение содержания пенициллина во времени.
• В фармацевтическом производстве для идентификации лекарственных средств.
• Для анализа алкалоидов, эфирных масел и др.

Например: Выделенная из камфорного базилика камфора дает правовращающийся раствор в спирте, при этом удельное вращение плоскости поляризации составляет +8,6º, а выделенная из полыни – дает левовращающийся раствор с удельным вращением плоскости поляризации равным -8,6º. Синтетическая камфора не вращает плоскость поляризации.

Факторы, влияющие на угол вращения

Удельное вращение $[alpha]$ можно выразить через соотношение

$φ=[alpha]cdot l cdot C.$

Тогда для каждого энантиомера величина вращения зависит от:

• длины волны света;
• толщины образца;
• концентрации оптически активного вещества;
• природы растворителя;
• температуры;
• давления (для газов).

Замечание 2

При определении изучении оптической активности вещества учитывают температуру и длину волны ${{
m [}alpha {
m ]}}t_{lambda }$. Если вращение измерено при длине волны, которая соответствует $D$-линии натриевой лампы (при 589 нм — желтый цвет), то удельное вращение имеет вид [$alpha $]D.

Величина молярного вращения ${{
m [М]}}t_{lambda }$ соответствует выражению:

где $M$ – молекулярный вес.

При изменении длины волны, концентрации и растворителя, знак вращения может меняться.

Удельное вращение увеличивается при повышении температуры, а при увеличении длины волны – уменьшается.

Пример 1

Ддля сахарозы

Если удельное вращение плоскости поляризации $alpha $ для вещества является величиной постоянной, то определяют угол вращения $eta $, а потом по формуле

вычисляют концентрацию раствора.

На практике возможны отклонения от линейной зависимости $[alpha]$ от концентрации за счет диссоциации, ассоциации и взаимодействия между растворенным веществом и растворителем.

Пример 2

Карбоновые кислоты, обладающие хиральностью, могут менять величину и знак вращения в зависимости от кислотности и основности растворителя, так как недиссоциированная кислота и ее анион характеризуются разной величиной вращения.

Метод поляриметрии применяют для изучения гидролиза сахарозы под влиянием кислоты. В результате реакции образуются $D$-глюкоза и $D$-фруктоза

$C_{12}H_{22}O_{11} → C_6H_{12}O_6 + C_6H_{12}O_6$

Удельное вращение сахарозы — +65,5º, D-глюкоза — +52,5º, D-фруктоза — -93,0º.

Замечание 3

В процессе гидролиза удельное вращение плоскости поляризации изменяется от +65,5 до -20,2º((+52,5-93,0)/2). Это позволяет по изменению α исследуемого раствора находить содержание сахарозы.

Электронные спектры хиральных молекул

Кривые кругового дихроизма (КД) и дисперсии оптического вращения (ДОВ) тесно связаны с электронными спектрами хиральных молекул:

При индивидуальном электронном переходе максимумы на УФ- и КД-кривых и точка, в которой кривая ДОВ меняет знак, почти совпадают.

На схеме изображен положительный эффект Коттона. В случае, когда максимум кривой КД и длинноволновой экстремум кривой ДОВ отрицательны (направлены вниз), эффект Коттона является отрицательным. При этом энантиомеры дают зеркально – симметричные кривые ДОВ и КД.

The post Удельное вращение — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Удельное вращение appeared first on Химия.

В фармакопейном анализе понятие растворимости приводится в качестве характеристики приблизительной растворимости фармацевтических субстанций и вспомогательных веществ (далее – веществ) при фиксированной температуре. Испытание, если нет других указаний в фармакопейной статье, следует проводить при температуре (20 ± 2) ºC.

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ

Растворимость                                        ОФС.1.2.1.0005.15
Взамен ГФ XII, ч.1, ОФС 42-0049-07

В фармакопейном анализе понятие растворимости приводится в качестве характеристики приблизительной растворимости фармацевтических субстанций и вспомогательных веществ (далее – веществ) при фиксированной температуре. Испытание, если нет других указаний в фармакопейной статье, следует проводить при температуре (20 ± 2) ºC.

Если растворимость является показателем чистоты вещества, то в фармакопейной статье должны быть представлены конкретные количественные соотношения вещества и растворителей.

Рекомендуется использовать растворители разной полярности (обычно три); не рекомендуется использование легкокипящих и легковоспламеняющихся (например, диэтиловый эфир) или очень токсичных (например, бензол, метиленхлорид) растворителей.

Растворимость вещества (в пересчете на 1 г вещества) выражают в следующих терминах, приведенных в таблице.

Таблица — Обозначения растворимости фармацевтических субстанций и вспомогательных веществ

Вещество считают растворившимся, если в растворе при наблюдении в проходящем свете не обнаруживаются частицы вещества. В растворе могут присутствовать следовые количества физических примесей, например, таких как волокна фильтровальной бумаги. Для веществ, образующих при растворении опалесцирующие растворы, соответствующее указание должно быть приведено в фармакопейной статье.

Термин «смешивается с…» используется для характеристики жидкостей, смешивающихся с указанным растворителем во всех соотношениях.

Если указано, что вещество растворимо в жирных маслах, то имеется в виду, что оно растворимо в любом масле, относящемся к классу жирных масел.

Методика определения растворимости

К навеске растертого в тонкий порошок вещества прибавляют отмеренное количество растворителя и непрерывно встряхивают в течение 10 мин при (20 ± 2) ºC.

Для медленно растворимых веществ, требующих для своего растворения более 10 мин, допускается нагревание на водяной бане до 30 ºC. Наблюдение производят после охлаждения раствора до комнатной температуры и энергичного встряхивания в течение 1 – 2 мин.

Условия растворения медленно растворимых веществ указывают в фармакопейных статьях.

К 1,0 г растертого вещества прибавляют 1,0 мл растворителя и проводят растворение, как описано выше. Если вещество полностью растворилось, оно очень легко растворимо.

Если вещество растворилось не полностью, то к 100 мг растертого вещества прибавляют 1,0 мл растворителя и проводят растворение, как описано выше. Если вещество полностью растворилось, оно легко растворимо.

Если вещество растворилось не полностью, то добавляют 2,0 мл растворителя и продолжают растворение. Если вещество полностью растворилось, оно растворимо.

Если вещество растворилось не полностью, то добавляют 7,0 мл растворителя и продолжают растворение. Если вещество полностью растворилось, оно умеренно растворимо.

Если вещество растворилось не полностью, то к 10 мг растертого вещества прибавляют 10,0 мл растворителя и проводят растворение, как описано выше. Если вещество полностью растворилось, оно мало растворимо.

Если вещество растворилось не полностью, то к 10 мг растертого вещества прибавляют 100 мл растворителя и проводят растворение, как описано выше. Если вещество полностью растворилось, оно очень мало растворимо.

Если вещество не растворилось, оно практически нерастворимо в данном растворителе.

Для веществ с известной растворимостью испытание проводят по описанной выше методике, но только для крайних значений, относящихся к указанному термину. Например, если вещество растворимо, то 100 мг растертого вещества не должны растворяться в 1,0 мл растворителя, но должны раствориться полностью в 3,0 мл растворителя.

Скачать в PDF ОФС.1.2.1.0005.15 Растворимость

Растворимость — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Растворимость — Химия

Растворимость — это свойство вещества растворяться в воде или другом растворителе. В воде могут растворяться и твёрдые и жидкие и газообразные вещества. По растворимости все вещества делятся на три группы:

• хорошо растворимые
• мало растворимые
• нерастворимые

Абсолютно нерастворимых веществ несуществует, поэтому название нерастворимые условно и нужно читать «практически нерастворимые».

Растворимость веществ зависит от температуры зависит от температуры и давления, так, например, вещество KNO3 (нитрат калия) при температуре +20°C имеет растворимость 31,6 г / 100 г воды, а при температуре +100°C — 245 г / 100 г воды.

Нерастворимые вещества

Твёрдые

Жидкие

Газообразные

Малорастворимые вещества

Твёрдые

Жидкие

Газообразные

Растворимые вещества

Твёрдые

Жидкие

Газообразные

• H-OH
• H-NO3
• Na-Cl
• Na-CO3
• K-F
• K-NO3
• NH4-OH
• NH4-S
• NH4-PO4
• Mg-SO4
• Sr-Cl
• Ba-OH
• Ba-NO3
• Sn-SO4
• Al-NO3
• Cr-I
• Mn-Br
• Fe-Br
• Fe-Cl
• Co-Br
• Ni-Br
• Cu-Br
• Zn-I
• Cd-Br
• Hg-Cl
• Ag-F

• H-F
• H-SO4
• Na-Br
• Na-SiO3
• K-Cl
• K-CO3
• NH4-F
• NH4-NO3
• Mg-Cl
• Ca-Cl
• Sr-Br
• Ba-Cl
• Sn-F
• Pb-NO3
• Al-SO4
• Cr-NO3
• Mn-I
• Fe-I
• Fe-Br
• Co-I
• Ni-I
• Cu-NO3
• Zn-NO3
• Cd-I
• Hg-NO3
• Ag-NO3

• H-Cl
• H-PO4
• Na-I
• Na-SO4
• K-Br
• K-SiO3
• NH4-Cl
• NH4-CO3
• Mg-Br
• Ca-Br
• Sr-I
• Ba-Br
• Sn-Cl
• Al-Cl
• Cr-F
• Cr-SO4
• Mn-NO3
• Fe-NO3
• Fe-NO3
• Co-NO3
• Ni-NO3
• Cu-SO4
• Zn-SO4
• Cd-NO3
• Hg-SO4

• H-Br
• Na-OH
• Na-S
• Na-PO4
• K-I
• K-SO4
• NH4-Br
• NH4-SiO3
• Mg-I
• Ca-I
• Sr-S
• Ba-I
• Sn-Br
• Al-Br
• Cr-Cl
• Mn-F
• Mn-SO4
• Fe-SO4
• Fe-SO4
• Co-SO4
• Ni-SO4
• Zn-Cl
• Cd-F
• Cd-SO4
• Hg2-F

• H-I
• Na-F
• Na-NO3
• K-OH
• K-S
• K-PO4
• NH4-I
• NH4-SO4
• Mg-NO3
• Ca-NO3
• Sr-NO3
• Ba-S
• Sn-NO3
• Al-I
• Cr-Br
• Mn-Cl
• Fe-Cl
• Fe-F
• Co-Cl
• Ni-Cl
• Cu-Cl
• Zn-Br
• Cd-Cl
• Hg-F
• Hg2-NO3

• H-SiO3
• Ba-CO3
• Pb-OH
• Pb-PO4
• Mn-S
• Fe-S
• Fe-SiO3
• Co-PO4
• Cu-OH
• Zn-CO3
• Cd-SiO3
• Hg-PO4
• Ag-OH

• Mg-OH
• Sn-OH
• Pb-F
• Al-OH
• Mn-CO3
• Fe-CO3
• Co-OH
• Ni-OH
• Cu-S
• Zn-SiO3
• Cd-PO4
• Hg2-OH
• Ag-CO3

• Mg-CO3
• Sn-CO3
• Pb-CO3
• Cr-OH
• Mn-SiO3
• Fe-SiO3
• Co-S
• Ni-CO3
• Cu-SiO3
• Zn-PO4
• Hg-OH
• Hg2-CO3
• Ag-SiO3

• Ca-CO3
• Sn-SiO3
• Pb-SiO3
• Cr-SiO3
• Mn-PO4
• Fe-PO4
• Co-CO3
• Ni-SiO3
• Cu-PO4
• Cd-OH
• Hg-CO3
• Hg2-SiO3
• Ag-PO4

• Sr-CO3
• Sn-PO4
• Pb-SO4
• Mn-OH
• Fe-OH
• Fe-OH
• Co-SiO3
• Ni-PO4
• Zn-OH
• Cd-CO3
• Hg-SiO3
• Hg2-PO4

Скачать статью в формате PDF.

ОФС.1.2.1.0005.15 Растворимость

В фармакопейном анализе понятие растворимости приводится в качестве характеристики приблизительной растворимости фармацевтических субстанций и вспомогательных веществ (далее – веществ) при фиксированной температуре. Испытание, если нет других указаний в фармакопейной статье, следует проводить при температуре (20 ± 2) ºC.

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ

Растворимость                                        ОФС.1.2.1.0005.15
Взамен ГФ XII, ч.1, ОФС 42-0049-07

В фармакопейном анализе понятие растворимости приводится в качестве характеристики приблизительной растворимости фармацевтических субстанций и вспомогательных веществ (далее – веществ) при фиксированной температуре. Испытание, если нет других указаний в фармакопейной статье, следует проводить при температуре (20 ± 2) ºC.

Если растворимость является показателем чистоты вещества, то в фармакопейной статье должны быть представлены конкретные количественные соотношения вещества и растворителей.

Рекомендуется использовать растворители разной полярности (обычно три); не рекомендуется использование легкокипящих и легковоспламеняющихся (например, диэтиловый эфир) или очень токсичных (например, бензол, метиленхлорид) растворителей.

Растворимость вещества (в пересчете на 1 г вещества) выражают в следующих терминах, приведенных в таблице.

Таблица растворимости

Растворимость — это свойство вещества растворяться в воде или другом растворителе. В воде могут растворяться и твёрдые и жидкие и газообразные вещества. По растворимости все вещества делятся на три группы:

• хорошо растворимые
• мало растворимые
• нерастворимые

Абсолютно нерастворимых веществ несуществует, поэтому название нерастворимые условно и нужно читать «практически нерастворимые».

Растворимость веществ зависит от температуры зависит от температуры и давления, так, например, вещество KNO3 (нитрат калия) при температуре +20°C имеет растворимость 31,6 г / 100 г воды, а при температуре +100°C — 245 г / 100 г воды.

The post Параметр растворимости — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Параметр растворимости appeared first on Химия.

Удовольствие, которое мы получаем при ношении одежды, зависит от многих обстоятельств, в частности от гигиенических свойств ткани.

Одни изделия носятся годами, и расстаться с ними невозможно, другие висят в шкафу почти нетронутыми. Чувство комфорта формирует несколько показателей, одним из которых является гигроскопичность.

Немного теории

В одежде, пошитой из гигроскопичной ткани, человек чувствует себя комфортно.

Гигроскопичность – это способность материала поглощать и отдавать влагу. Слово имеет древнегреческое происхождение, в дословном переводе означает «наблюдение за влагой».

Оценивают степень гигроскопичности по величине влажности, которая в большой мере зависит от условий ее определения:

• Обычную в понимании покупателей влажность называют фактической. Она показывает процентное содержание влаги по отношению к сухой ткани в имеющихся условиях.
• Кондиционной называют влажность при нормальных атмосферных условиях: влажности воздуха – 65 % и температуре – 20 °С.
• Максимальной влажностью называют показатель, измеренный при влажности воздуха – 100 % и температуре 20 °С.

Так оценивают гигроскопичность специалисты. Рядовым покупателям важно знать общую характеристику гигроскопичности, не вдаваясь в подробности.

• Если ткань способна поглощать влагу, у человека появляется ощущение комфорта. В пространстве, окружающем кожу, всегда будет присутствовать благоприятный микроклимат.
• Материал, не имеющий такой возможности, при контакте неприятен. Гигиенисты не рекомендуют пользоваться подобными тканями. Человек в такой одежде чувствует себя как будто в стеклянном футляре.

Реагирование на молекулы воды зависит от структуры тканей, состава волокон, их химического строения.

• Сырье с особыми группами атомов, проявляющих сродство к воде, называют гидрофильным.
• Волокна, не имеющие таких групп, склонны отталкивать воду. Их называют гидрофобными.

Помимо показателя гигроскопичности гигиенисты оценивают воздухопроницаемость и паропроницаемость материалов. Хорошие ткани могут поглощать влагу, пропускать пары и воздух.

При поглощении влаги волокна увеличиваются в объеме, размеры их изменяются. Когда гигроскопичная ткань попадает в атмосферу с влажностью, равной 0 %, высыхание происходит не сразу.

Какой-то период времени вода, благодаря взаимодействию с волокнами, остается связанной, не испаряется. Гигроскопичные ткани в абсолютно сухом воздухе мгновенно не теряют воду. Процесс высыхания идет медленно.

Материалы с гидрофобными свойствами обладают малой гигроскопичностью. В окружении сухого воздуха они пересыхают мгновенно. У человека в одежде из тканей с маленькой гигроскопичностью появляются неприятные чувства. Вслед за высыханием ткани начинает пересыхать кожа тела.

Гигроскопичность разных тканей

Для каждой ткани характерна своя степень гигроскопичности.

Рядовому покупателю важно знать физические свойства ткани, чтобы обеспечить себе не только приятное внешнее впечатление от одежды, но и носить ее с удовольствием.

Шерсть

Самой большой гигроскопичностью обладают шерстяные ткани. Природой задумано такое строение шерсти, которое позволяет животным благополучно выживать в жару и в холод, в субтропиках и в пустынях.

• При нормальной влажности окружающего воздуха шерстяные волокна могут поглощать до 17 % влаги.
• При высокой влажности окружающей среды гигроскопичность достигает 40 %.

Шелк

Несколько меньшей поглощающей способностью обладают натуральные шелковые нити.

• В нормальных условиях показатель составляет 11 %.
• При высокой влажности воздуха значение гигроскопичности достигает 40 %.

Вискоза

Удивительно, что на следующей позиции находится искусственное вискозное волокно. Благодаря целлюлозному каркасу, оставшемуся после модификации сырья:

• гигроскопичность тканей в нормальных условиях равна 12 %;
• при высокой влажности показатель увеличивается до 40 %.

Лен

Четвертое место в рейтинге гигроскопичности тканей занимает лен.

• В нормальных условиях способность поглощать влагу равна 12 %.
• В максимально влажном окружении показатель увеличивается до 21 %.

Хлопок

Замыкает пятерку лидирующих материалов хлопок.

• В нормальных условиях он способен поглощать до 8 % влаги.
• В максимально влажном окружении значение гигроскопичности достигает 8 %.

Мерсеризированные хлопковые волокна обладают большей способностью к поглощению воды.

Все остальные ткани обладают маленькой гигроскопичностью:

• У ацетатных волокон, капрона, винола показатель укладывается в диапазон от 5 до 7 % в нормальных условиях.
• Лавсан, спандекс, хлорсодержащие волокна характеризуются гигроскопичностью от 0,5 до 1,5 %.

Способность поглощать и отдавать молекулы воды существенно снижается после обработки тканей. Любые пропитки, уменьшающие сминаемость, предотвращающие усадку, закрепляющие красители, неизбежно приводят к заметному уменьшению гигроскопичности материала.

ОФС.1.2.3.0002.15 Определение воды

ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ

Взамен  ст.  ГФ XI

Метод основан на химическом взаимодействии воды с компонентами реактива К. Фишера.

Реактив К. Фишера

Реактив К. Фишера представляет собой раствор серы диоксида, йода и пиридина (или другого основания, например, имидазола) в метаноле. Взаимодействие реактива с водой протекает в две стадии стехиометрически по уравнениям:

Используемые растворы и реактивы должны быть безводными. Их хранят и применяют в условиях, исключающих возможность воздействия на них атмосферной влаги.

Йодсернистый реактив представляет собой  раствор, содержащий  пиридин безводный, монометиловый эфир этиленгликоля, йод и  серу диоксид. В йодсернистых реактивах часто пиридин заменяют на другие основания.

Использование реактивов такого состава должно быть предварительно валидировано для подтверждения в каждом конкретном случае стехиометрии реакции и отсутствия несовместимости между испытуемым веществом и реактивом.

При определении воды в твердых веществах, нерастворимых в метаноле, тонко измельченную навеску вещества взбалтывают с метанолом, после чего титруют реактивом К. Фишера. Некоторые вещества или смеси можно растворять в безводной уксусной кислоте, хлороформе, пиридине и других растворителях.

Пропанол и другие алканолы имеют большую растворяющую способность для молекул с длинной цепью и могут использоваться как таковые или в смеси с метанолом при анализе высокомолекулярных соединений.

2-Метоксиэтанол (монометиловый эфир этиленгликоля) применяют в тех случаях, когда в присутствии метанола протекают побочные реакции (этерификация, образование кеталей и т. п.). Однако, титрование в этом растворителе протекает медленнее по сравнению с метанолом.

Хлороформ является хорошим растворителем для жиров и может использоваться в смеси с метанолом, содержание которого обычно составляет 50 %, но не менее 25 %. Формамид улучшает растворимость полярных веществ и может добавляться в метанол для определения воды в протеинах.

Масса навески, время взбалтывания навески с растворителем, а также наименование растворителя, должны быть указаны в фармакопейной статье.

С помощью реактива К. Фишера может быть определена как гигроскопическая, так и кристаллизационная вода. При этом воду можно определять в органических и неорганических соединениях, в различных растворителях и летучих веществах.

Прибор

Прибор для титрования по методу К.

Фишера представляет собой закрытую систему, состоящую из бюретки, снабженной осушительной трубкой, заполненной, осушающим агентом, (например, молекулярными ситами), сосуда для подачи реактива и колбы для титрования, соединенных с бюреткой.

Колба для титрования представляет собой сосуд вместимостью 60–100 мл с двумя платиновыми электродами, трубкой для подвода азота, осушительной трубкой, заполненной, осушающим агентом, (например, молекулярными ситами), и пробкой, в которую вставляется кончик бюретки.

Испытуемое вещество вносят в сосуд через трубку, расположенную с противоположной стороны по отношению к трубке-осушителю, и закрываемую притертой пробкой. Перемешивание раствора в процессе титрования осуществляют при помощи магнитной мешалки или продуванием высушенного азота через раствор.

Конечную точку титрования определяют амперометрически. Электрическая схема состоит из потенциометра с сопротивлением 2000 Ом, подключенного к источнику постоянного тока с напряжением 1,5 В и обеспечивающего необходимую разность потенциалов.

Разность потенциалов отрегулирована таким образом, чтобы через платиновые электроды, соединенные последовательно с микроамперметром, проходил небольшой начальный ток. При прибавлении реактива стрелка микроамперметра отклоняется, но сразу же возвращается в исходное положение.

В конце реакции получаемое отклонение должно оставаться неизменным не менее 30 с.

Конечную точку титрования допускается определять визуально по изменению окраски титруемой жидкости от желтой до красновато-коричневой при условии обеспечения необходимой точности. При этом необходимо проводить контрольный опыт.

Допускается использование автоматических титраторов в соответствии с инструкцией производителя.

Если нет других указаний в фармакопейной статье, используют методику А.

Методика А

Точную навеску испытуемого вещества, содержащую приблизительно от 30 до 50 мг воды, помещают в сосуд для титрования, в который предварительно внесено 5,0 мл метанола безводного. Перемешивают
1 мин и титруют реактивом К. Фишера, прибавляя его при приближении к конечной точке по 0,1–0,05 мл.

Параллельно проводят контрольный опыт (титруют 5,0 мл метанола безводного).

Методика Б

Около 20 мл метанола безводного или растворителя, указанного в фармакопейной статье, помещают в сосуд для титрования и титруют реактивом К. Фишера, определяя конечную точку титрования амперометрически.

Затем в сосуд для титрования вносят точную навеску испытуемого вещества, указанную в фармакопейной статье. Смесь перемешивают в течение 1 мин и снова титруют реактивом К.

Фишера, определяя конечную точку титрования амперометрически.

Методика С

Около 10 мл метанола безводного или растворителя, указанного в фармакопейной статье, помещают в сосуд для титрования и титруют йодсернистым реактивом, определяя конечную точку титрования амперометрически.

Затем быстро вносят в сосуд для титрования указанное количество испытуемого вещества и точно отмеренный объем йодсернистого реактива, взятый с избытком приблизительно на 1 мл или объем, указанный в фармакопейной статье.

Сосуд закрывают пробкой, выдерживают в защищенном от света месте в течение 1 мин или в течение времени, указанного в фармакопейной статье, периодически перемешивая содержимое сосуда.

Избыток йодсернистого реактива титруют до первоначального значения силы тока, используя метанол безводный или растворитель, указанный в фармакопейной статье, к которому было прибавлено точно известное количество воды, эквивалентное около 2,5 мг/мл.

При кулонометрическом титровании необходимый для реакции К. Фишера йод образуется при анодном окислении йодид-иона:

2J− − 2e → J2

Образующийся йод реагирует с присутствующей водой и диоксидом серы в присутствии основания. Йод потребляется до тех пор, пока в среде присутствует вода. Избыток йода указывает на достижение конечной точки титрования. Количество оттитрованной воды пропорционально количеству электричества, пропущенному через ячейку.

1 моль йода соответствует 1 молю воды, а количество электричества 10,71 Кл соответствует 1 мг воды.

Правильность и точность метода должны быть обеспечены устранением атмосферной влаги из системы.

Оборудование

Главным блоком прибора является кулонометрическая ячейка. Наиболее часто используемая ячейка состоит из анодного отделения, в котором протекает реакция К. Фишера, и меньшего по объему катодного отделения, в котором протекает катодная реакция восстановления. Каждое отделение содержит платиновый электрод.

Анодное отделение заполняется анолитом, в качестве которого используется модифицированный реактив К. Фишера, содержащий йодид-анион вместо йода. Катодное отделение заполняется подходящим католитом, как правило, содержащим соли аммония в качестве активного компонента. Отделения разделены диафрагмой, предотвращающей смешение двух растворов.

Поскольку диффузия активных компонентов не может быть полностью исключена диафрагмой, компоненты католита должны быть совместимы с анолитом. Могут использоваться и однокамерные ячейки без диафрагмы.

В этом случае анодная и катодная реакции протекают в одном и том же объеме электролита, поэтому катодная реакция восстановления не должна давать продукты, способные окисляться на аноде, что может привести к завышенным результатам определения.

Реакционная ячейка должна поддерживаться в абсолютно сухом состоянии. Заливка реактива в анодное отделение производится через сухую воронку, после чего ячейка немедленно герметизируется. При этом может произойти обесцвечивание реактива. Влагу удаляют из системы предварительным электролизом.

Катодное отделение также должно быть безводным. Небольшой избыток элементарного йода в католите не оказывает влияния на титрование.

Анализируемая  жидкая проба вводится в ячейку с анолитом шприцем через  силиконовую прокладку. Следует избегать ввода твердых проб в ячейку.

Также твердые пробы могут вводиться в виде раствора после растворения в подходящем растворителе, или вода высвобождается из пробы в трубчатой печи при нагревании и переносится в анолит потоком сухого инертного газа. Газы вводятся в анолит через трубку для ввода газа (барботер).

Объем пробы не должен превышать 10 мл. Обычно в ячейку дозируется 0,5–5,0 мл жидкой пробы. Газовые пробы вводятся в объеме от 100 мл до 10 л.

Методика

Кулонометрическое титрование выполняют до установления конечной точки титрования.

Отделение реакционной ячейки заполняют электролитом для микроопределения воды согласно инструкциям изготовителя. Влагу удаляют из системы предварительным электролизом.

Точное количество испытуемого вещества, указанное в фармакопейной статье, вносят в реакционную ячейку и перемешивают в течение
30 с или в течение времени, указанного в фармакопейной статье. Титруют до установления конечной точки титрования.

При использовании испарителя точную навеску испытуемого вещества, указанную в фармакопейной статье, помещают в трубку и нагревают. После выпаривания воды из образца в ячейку проводят титрование.

Проводят контрольный опыт и вычисляют содержание воды в испытуемом веществе в процентах.

Проверка точности. Между двумя последовательными титрованиями вводят точно взвешенное количество воды – такое же, как в определяемом образце, и выполняют кулонометрическое титрование. Результат должен быть в пределах от 97,5 до 102,5 % для содержания 1000 мкг воды в образце и в пределах от 90,0 до 110,0 % для содержания 100 мкг воды в образце.

The post Гигроскопическая точка — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Гигроскопическая точка appeared first on Химия.