Модуль 03: «Физхимиялық талдау»

Ag/Ag⁺ (C_M=0,01 моль/л) және Cd/Cd²⁺ (С_М=0,05 моль/л) тұратын гальваникалық элементтің электрқозғалтқыш күшін есептеңдер. Жүретін реакция теңдеуін жазыңдар. Стандартты потенциал мәндерін кестеден алыңдар.

Күміс электродында тотықсыздану процесі жүреді:

Ag⁺ + ē = Ag⁰.

Кадмий электродында тотығу процесі жүреді:

Cd⁰ – 2ē = Cd²⁺.

Коэффициенттерді ескере отырып, екі процесті қосамыз:

2Ag⁺+2ē+ Cd⁰– 2ē = 2Ag⁰+ Cd²⁺;

нәтижесінде: 2Ag⁺+ Cd⁰= 2Ag⁰+ Cd²⁺.

А және В екі жартылай элементінен тұратын тотығу-тотықсыздану элементінің электрқозғалтқыш күшін есептеңдер. Жүретін реакция теңдеуін жазыңдар. Стандартты потенциал мәндерін 6-кестеден алыңдар.

Кесте 6 - 25⁰С-ғы стандартты электродтық потенциалдар

1. Беттік құбылыстар.

2. Беттік керілу.

3. Концентрацияға тәуелділігі.

4. Гиббстің абсорбция изотермасы.

5. Беттік-активті заттар.

6. Абсорбция.

7. Лэнгмюр теориясы.

8. Лэнгмюр және Фрейндлих теңдеулері.

9. Коллоидтық жүйелер; алынуы.

10. Коллоидты жүйелердің оптикалық қасиеттері.

11. Золь мицелласы; құрылысы.

12. Коллоидты жүйелердің электрокинетикалық қасиеттері.

13. Коагуляция; коагуляция табалдырығы.

14. Қорғау саны.

Бақылау сұрақтары

1. «Беттік керілу» деген не және ол неге тәуелді?

2. «Беттік активті заттар» деген не?

3. «Адсорбция» деген не және ол неге тәуелді?

4. Газ – ерітінді шекарасындағы адсорбцияның газ – қатты зат шекарасындағы адсорбциядан айырмашылығы қандай?

5. Коллоидты жүйелерді қалай алады?

6. Коллоидты жүйелердің ерекшелігі неде?

7. Золь мицелласы қалай түзіледі?

8. Песков – Фаянс ережесінің тұжырымдамасы.

9. «Коагуляция» деген не?

10.«Қорғау саны» деген не?

Иондық адсорбция

Иондық адсорбция – күшті электролиттердің адсорбциясы. Бұл жағдайда еріген зат иондар түрінде адсорбцияланады.

1. Молекула емес, зарядталған бөлшектер (иондар) адсорбцияланады.

2. Адсорбция тек полярлы адсорбенттерде жүреді.

3. Адсорбция қос электрлік қабаттың түзілуімен жүреді.

4.Адсорбция таңдамалы болып табылады, яғни берілген әрбір адсорбентте катиондар мен аниондар әртүрлі адсорбцияланады.
Иондардың химиялық табиғатының әсері

1. Коллоидтық химия үшін құрмына өзі тектес немесе өзіне жақын иондар кіретін кристалл бетіндегі иондар адсорбциясы ерекше қызығушылық тудырады. Бұл жағдайда адсорбцияны өзіне иондар адсорбциялануға қабілетті кристалдық тор құрылысының толықтырылуы деп қарастыруға болады. Бұл Песков пен Фаянсқа ережені тұжырымдауға мүмкіндік берді: қатты зат бетіне сол беттің құрамына кіретін иондар немесе сол бет құрамына кіретін өзара жақын топтамалары бар (немесе изоморфты) иондар адсорбцияланады.

2. Неғұрлым ион заряды көп болса, соғұрлым ион қарсы зарядталған қатты дене бетінде күштірек тартылып, адсорбция да күштірек болады:
K⁺ << Ca²⁺ << Al³⁺ << Th⁴⁺

адсорбцияның артуы

Mg²⁺ < Ca²⁺ Sr²⁺ < Ba²⁺

Адсорбциялық қабілеті артады

Бірдей көлемдегі келесі ерітінділерді араластыру арқылы алмасу реакциясының нәтижесінде коллоидтық ерітінді алынды:

а) 0,001н Pb(NO₃)₂ және 0,0005н HJ;

б) 0,01н Pb(NO₃)₂ және 0,02н HJ.

Екі электролиттің (K₂SO₄ немесе CaCl₂) қайсысының коагуляция табалдырығы аз болатынын анықтаңдар.

Шешуі:

PbJ₂ қатты бөлшектері золдің мицелла ядросын түзеді. PbJ₂–тің қанша молекуласы ядро түзетіні белгісіз болғандықтан, m коэффициентін қоямыз.

Олай болса, ядро – mPbJ₂.

Песков-Фаянстың иондардың таңдамалы адсорбциясы ережесі бойынша ядро бетінде Pb²⁺ иондары адсорбцияланады. Қанша екендігі белгісіз болғандықтан, n коэффициентін қоямыз.

Адсорбциялық қабат nPb²⁺-ден тұрады. Адсорбция нәтижесінде ядро оң зарядқа (+2n-ге тең) ие болады. Электролиттік әрекеттесу барысында оң зарядталған ядроға теріс зарядталған иондар яғни NO₃⁻ тартылады да, қарама-қарсы иондар қабаты түзіледі. Қарсы иондар қабатында зарядтың толық қамтамасыз етілуі жүрмейтіндігі белгілі. Сондықтан 2(n-x) коэффициенті қойылады. Pb²⁺-тің бір ионын бейтараптау үшін екі NO₃⁻ ионы қажет болғандықтан алдына 2 коэффициентін қоямыз.

Қарсы иондар қабаты 2 (n-x) NO₃⁻.

Адсорбциялық қабат пен қарсы иондар қабатының зарядтарының қосындысы гранула зарядына тең: (+2)·n + (-1)·(2)·(n - x) = +2n - 2n + 2x = +2x.

Адсорбциялық қабат иондары зарядтарының соңғы бейтараптануы иондардың диффузиялық қабатында жүреді. Гранула заряды +2х болғандықтан, бейтараптау үшін 2·х NO₃⁻ теріс зарядтарған иондары қажет. Нәтижесіндегі диффузиялық қабат 2x NO⁻³. Золь мицелласының формуласын құрамыз:

1) коагулирленетін ион заряды гранула зарядына қарсы зарядтқа ие болуы керек;

2) ион заряды неғұрлым жоғары болған сайын, соғұрлым оның коагулирлеу қабілеті де жоғары болады. Осы золді теріс зарядталған иондар коагулирлейді.

Жоғары заряд SO₄⁻² ионында. Сондықтан K₂SO₄ төменгі коагуляция табалдырығына ие болады.

2. 
   Берілген концентрациялардағы реакция нәтижесінде ерітіндіде келесі иондар қалады: H⁺, J^-, NO₃⁻.
   

Адсорбциялық қабат n J^-.

Қарсы иодар қабаты (n - x)H⁺.

Гранула заряды (-1) · n + (+1 )(n - x) = -x.

Диффузиялық қабат х · Н⁺.

Золь мицелласының құрылыс схемасын құрамыз:

Шульце-Гарди ережесіне сәйкес, бұл золь оң зарядталған иондарды коагулирлейді. Жоғары заряд Са²⁺ ионында. Сондықтан СаСl₂ төменгі коагуляция табалдырығына ие болады.

Концентрациялары әртүрлі бірдей көлемдегі А және В ерітінділерін араластыру арқылы алмасу реакциясының нәтижесінде коллоидты ерітінді алынды. Мицелланың формуласын жазып, түсіндіріңдер және оның құрылыс схемасын көрсетіңдер. Екі электролиттің қайсысының коагуляция табалдырығы аз болатынын анықтаңдар.