Очистка воды электролизом. Электролитическая вода
Очистка воды электролизом
Вопрос о качестве воды, текущей из наших кранов, становится все актуальней с развитием промышленности в городах. Ведь её чистота и качество неразрывно связаны с нашим здоровьем. За год человек в среднем выпивает около 750 литров воды, он состоит из неё на 70%. Вода выполняет множество функций в нашем организме: обмен веществ, вывод накопившихся токсинов и продуктов распада, поддержание теплового баланса. Обезвоживание организма более опасно, чем недостаток пищи.
Вода из крана в лучшем случае подходит для купания в ванной и мытья посуды. Она содержит массу примесей: ржавчину, тяжелые металлы, химические примеси, соли кальция и магния и самые различные вещества класса канцерогенных химических соединений. Примеси попадают в водоём питьевой воды со сточными и грунтовыми водами и просто из старых ржавых водопроводов. Водоочистка - это процесс устранения загрязняющих примесей из воды, в большинстве случаев очистку производят, чтоб сделать воду пригодной для питья. Для того чтобы продемонстрировать всю грязь, которая содержится в водопроводной воде и которую мы пьем, достаточно провести процесс очистки воды электролизом в одном стакане воды, взятой из крана. Впечатляющее зрелище - кристально чистая на вид вода из крана за какое-то мгновение становится мутной и грязной, невооруженным глазом заметен слоистый зелено-коричневый осадок, падающий слоями на дно стакана. Любой наблюдатель процесса водоочистки сразу невольно задумается о здоровье внутренних органов, камнях в почках, иммунной системе и многом другом.
Очистка воды электролизом представляет собой физико-химический процесс. Он заключается в выделении на электродах различных составных частей веществ, растворенных в воде. Процедура очистки воды электролизом возникает при пропускании через раствор или расплав электролита электрического разряда. Анодом в химии называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — (катионы) — начинают движение к катоду, отрицательные ионы — (анионы) — стремятся к аноду. Суть процесса в следующем: в электрическом поле, созданном соединенными с источником электрической энергии электродами, возникает упорядоченное движение ионов. Для возникновения процесса необходимо лишь поместить устройство в проводящую жидкость – воду. Электролиз воды - это сложный электролитический процесс доочистки водопроводной воды, при котором с помощью электрического тока вода распадается на составляющие - кислород и водород, иногда для этого процесса используется шестивольтная батарея. Ячейка электролиза состоит из двух электродов. Их присоединяют к противоположным полюсам источника электрической энергии. Первые примеры применения электролиза описаны в истории и датированы примерно 300 столетием до н.э.
Широкое применение процесса электролиза очистки воды обусловлено его эффективностью. Результатом такой водоподготовки является разрушение органических веществ в воде и извлечение металлов, кислот, неорганических веществ и примесей. Электролитическая очистка осуществляется с помощью специальных устройств - электролизеров. Стоит отметить, что обычный гидравлический насос – простой приборчик элементарного электролиза воды из крана.
Поскольку очистка воды электролизом основана на способности веществ распадаться под действием электрического тока, то использование этого метода имеет ряд преимуществ, главное из которых — высокая степень очистки, позволяющая передавать очищенную воду на коммунальные сооружения, также следует отметить, что вещества (СО2, Н2, О2), образующиеся при распаде воды, оказывают гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем содержащиеся в исходной воде. К недостаткам этого метода можно отнести повышенный расход электроэнергии. Сегодня представляет интерес использование этого метода для локальной очистки водоемов, содержащих роданид, тиосульфат и сульфат натрия с высокой концентрацией загрязняющих примесей. В настоящее время установки для очистки воды электролизом разрабатываются повсеместно, ведутся исследования этого перспективного метода, который в дальнейшем позволит устранить ряд важных проблем, связанных со здоровьем человека и защитой окружающей среды.
Смотрите также:
www.bwt.ru
Электрохимическая очистка воды
Для очистки стоков от растворимых и диспергированных примесей применяются процессы анодного окисления, катодного восстановления, электрокоагуляции, диализа, электрофлокуляции. Данные процессы протекают на электродах при условии прохождения через сточную воду электрического тока постоянной силы.
Электрохимический метод очистки воды: принципы
Электрохимические методы водоочистки позволяют извлекать из стоков ценные продукты. При этом технология является достаточно простой и не предполагает применения реагентов. Главный недостаток метода – большие затраты электроэнергии. Очистка стоков электрохимическими методами может быть периодической и непрерывной.
Очистка воды электролизом
При прохождении водной массы через межэлектродное пространство прибора электролизер происходит электролиз воды, а также поляризация частиц, окислительно-восстановительные процессы, электрофорез, взаимодействие продуктов электролиза между собой. Данные процессы направлены на удаление из стоков примесей в растворенном виде – они распадаются с образованием воды, СО2, Nh4 и других нетоксичных веществ. В качестве анодов используются нерастворимые электрохимическим способом материалы – магнетиты, графиты, диоксиды тяжелых металлов. Их наносят на основу из титана. Катоды изготавливают из сплавов железа, вольфрама, никеля, графита, молибдена и других металлов. Эффективность электрохимических методов оценивают по плотности тока, напряжению, коэффициенту полезного использования напряжения, выходу по току, выходу по энергии.
Применение электрохимических методов водоочистки: коагуляция
В случае применения нерастворимых электродов коагуляция происходит в результате электрофоретических явлений и разряда электродных заряженных частиц, образования в растворе разрушающих сольватные оболочки веществ (хлор, кислород) на поверхности загрязняющих частиц. Такой процесс идеально подходит для очистки сточных вод со сравнительно невысоким содержанием коллоидных частиц и низкой устойчивостью к загрязнениям. Для очистки промышленных стоков с высокоустойчивыми загрязнениями в составе проводят электролиз с применением растворимых стальных и алюминиевых анодов. Под воздействием тока металлы растворяются, и в воду переходя катионы металлов. Они вступают в реакцию с элементами гидроксильных групп, образуя гидроксиды металлов.
С увеличением концентрации взвешенных частиц до 100 мг/л и более эффективность электрокоагуляции начинает падать. С уменьшением расстояния между электродами показатель расхода энергии на анодное растворение металла падает. Электрокоагуляцию рекомендуют проводить в нейтральной или слабощелочной среде, плотность тока при этом не должна превышать 10 А/м2. Достоинства методики – отсутствие необходимости применять реагенты, невысокая чувствительность по отношению к условиям очистного процесса, получение шлама с отличными механическими и структурными характеристиками.
Электрохимическая очистка воды: электрофлотация
В ходе электрофлотации очистка сточных вод производится с помощью пузырьков газа, образующихся в рамках электролиза. На аноде при этом появляются пузырьки кислорода, а на катоде – водородные. При использовании растворимых электродов получаются хлопья коагулянтов и пузырьки газа, поэтому эффективность флотации возрастает.
Электрохимическая очистка сточных вод: электродиализ
Электродиализ – методика разделения составных компонентов раствора, основана на разнице мембранных диффузий. Процесс очистки стоков в данном случае основывается на разделении ионизированных частичек под действием электродвижущей силы, которая создается в растворе по обе стороны мембраны. Электродиализ подходит для опреснения морской, речной, озерной воды, подготовки промышленных стоков. Для обессоливания применяются мембраны (гомогенные, гетерогенные). Гомогенные – это смесь порошка ионита со связующим веществом.
Электродиализ, как правило, проводится с двумя ионообменными мембранами. При использовании ионообменных диафрагм общая эффективность процесса повышается, падает расход электроэнергии. Главный недостаток методики – это концентрационная поляризация, которая приводит к осаждению солей на мембранных поверхностях и ухудшению показателей очистки.
Преимущества электрохимического метода очистки воды
Главные преимущества электрохимической очистки стоков:
- Компактные размеры комплекса.
- Простота обслуживания и эксплуатации систем.
- Отсутствие необходимости в применении реагентов.
- Независимости от температурных характеристик стоков.
- Эффект бактерицидной очистки.
Но есть и недостатки – среди них невысокая производительность, значительная энергоемкость, большой объем шлама, образование токсичных побочных продуктов (необязательно, но часто).
global-aqua.ru
khimia_semistrovaya_rabota
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет»
(Национальный исследовательский университет)
Кафедра «Конструирование и технология электронных средств»
СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА ПО ХИМИИ
ТЕМА: Электролиз
Вариант 5
Преподаватель: Смолко В.А.
Студент: Головнин А.А.
Факультет: ПС Группа: 139
Учебный год: 2013 Семестр: 1
Челябинск
2013
Обессоливание воды электролизом
Очистка воды электролизом представляет собой физико-химический процесс. Он заключается в выделении на электродах различных составных частей веществ, растворенных в воде. Процедура очистки воды электролизом возникает при пропускании через раствор или расплав электролита электрического разряда. Анодом в химии называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — (катионы) — начинают движение к катоду, отрицательные ионы — (анионы) — стремятся к аноду. Суть процесса в следующем: в электрическом поле, созданном соединенными с источником электрической энергии электродами, возникает упорядоченное движение ионов. Для возникновения процесса необходимо лишь поместить устройство в проводящую жидкость – воду. Электролиз воды - это сложный электролитический процесс доочистки водопроводной воды, при котором с помощью электрического тока вода распадается на составляющие - кислород и водород, иногда для этого процесса используется шестивольтная батарея. Ячейка электролиза состоит из двух электродов. Их присоединяют к противоположным полюсам источника электрической энергии. Первые примеры применения электролиза описаны в истории и датированы примерно 300 столетием до н.э.
Широкое применение процесса электролиза очистки воды обусловлено его эффективностью. Результатом такой водоподготовки является разрушение органических веществ в воде и извлечение металлов, кислот, неорганических веществ и примесей. Электролитическая очистка осуществляется с помощью специальных устройств - электролизеров. Стоит отметить, что обычный гидравлический насос – простой приборчик элементарного электролиза воды из крана.
Поскольку очистка воды электролизом основана на способности веществ распадаться под действием электрического тока, то использование этого метода имеет ряд преимуществ, главное из которых — высокая степень очистки, позволяющая передавать очищенную воду на коммунальные сооружения, также следует отметить, что вещества (СО2, Н2, О2), образующиеся при распаде воды, оказывают гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем содержащиеся в исходной воде. К недостаткам этого метода можно отнести повышенный расход электроэнергии. Сегодня представляет интерес использование этого метода для локальной очистки водоемов, содержащих роданид, тиосульфат и сульфат натрия с высокой концентрацией загрязняющих примесей. В настоящее время установки для очистки воды электролизом разрабатываются повсеместно, ведутся исследования этого перспективного метода, который в дальнейшем позволит устранить ряд важных проблем, связанных со здоровьем человека и защитой окружающей среды.
Часто электрохимическое обессоливание воды комбинируется с реагентным или ионитным методом обработки воды. При этом анодные и катодные продукты используются для умягчения воды или регенерации Н - - и ОН-ионитов.
Принцип электрохимического обессоливания воды заключается в следующем. Если в среднее отделение ванны, разделенной диафрагмами на три отделения, залить воду, содержащую растворенные соли, например, хлорид натрия, в крайние отделения, залитые чистой водой, поместить электроды и вести электролиз, то анионы током будут переноситься в анодное пространство.
Способ электрохимического обессоливания воды с помощью ионитовых диафрагм, являющихся полупроницаемыми, так как каждая пропускает ионы только определенного заряда, называется электродиализом.
Способ электрохимического обессоливания воды имеет перспективы дальнейшего совершенствования в случае применения диафрагм из ионитовых смол, например, СДВ-3 в качестве катодной и АН-2 ф в качестве анодной, избирательно пропускающих только катионы или только анионы.
Принцип электрохимического обессоливания воды заключается в следующем. Если в среднее отделение ванны, разделенной диафрагмами на три отделения, залить воду, содержащую растворенные соли, например, хлорид натрия, в крайние отделения, залитые чистой водой, поместить электроды и вести электролиз, то анионы током будут переноситься в анодное пространство.
Принцип электрохимического обессоливания воды заключается в следующем. Если в среднее отделение электролизера, разделенного диафрагмами на три отделения, залить воду, содержащую растворенные соли, например, хлорид натрия, в крайние отделения, залитые чистой водой, поместить электроды и вести электролиз, то анионы током будут переноситься в анодное пространство.
Описанный способ электрохимического обессоливания воды называется электроосмосом. В настоящее время из-за весьма большого расхода электроэнергии на опреснение воды до солености не выше 1 Бр он практически не применяется.
Поскольку при электрохимическом обессоливании воды последняя является электролитом, применение металлов в водяном тракте собственно установки (камерах, трубах, арматуре и насосах) должно быть исключено или должны быть приняты меры, предотвращающие электрохимическую коррозию металлических частей.
Для понижения расхода электроэнергии при электрохимическом обессоливании воды необходимо в первую очередь упорядочить движение ионов из обессоливаемой воды, направив к аноду только анионы, а к катоду - только катионы. Для этой цели применяют электрохимически активные диафрагмы из ионнообменных смол, связанных нерастворимым в воде инертным материалом - матрицей.
Электролизёр – это устройство для проведения электролиза, состоящее, в принципе, из двух электродов, один из которых подсоединён к положительному полюсу источника тока и служит анодом. На нём происходит процесс окисления. Второй электрод присоединён к отрицательному полюсу и является катодом. На его поверхности идёт процесс восстановления.
Процесс на аноде зависит от материала, из которого он изготовлен, если анод активный, т.е. растворяется (железо, цинк, медь, серебро и др. металлы в процессе электролиза), то независимо от природы аниона окисляется металл анода.
Схема элекролизёра
На рисунке показана схема электролизёра, где 1 – ёмкость, 2 – анод из железа, 3 – катод из железа, 4 – диафрагма, 5 – водный раствор FeSO4.
На положительном электроде — аноде ионы отдают электроны, т. е. протекает реакция электрохимического окисления; на отрицательном электроде — катоде происходит присоединение электронов, т. е. протекает реакция восстановления.
Составим схему процесса электролиза:
;
Воздух, рН<7
А(+) Ni2+; SO42-; h3O (OH-) Cu2+; h3O (H+) К(-)
Ni Cu
Ni- 2ē→
Cu2+ + 2ē → Cu
φ 2h3O-/O2+4H+ = +0.805 B φ 2h3O-/h3+2OH- = -0.228 В
2h3O - 4ē → O2+4H+ 2h3O+2e→h3+2OH-
φ S2O82-/2SO42-= +2,01 B
2SO42-—2e→S2O82-
η O2/Ni=0.70 В η H/Cu=0.48 В
φ (i)2h3O/O2 + 4H+= φ 2h3O/O2 + 4H+ - η O2/Ni= φ (i)2h3O/h3 + 2OH-= φ 2h3O/O2 + 2OH- - η h3/Cu=
=+ 0,805 - 0.70 =0.105 В =-0.228 – 0.48=-0.708 В
Наименьшим электродным Наибольшим электродным
потенциалом обладает процесс потенциалом обладает процесс
окисления никеля. Следовательно, восстановления углерода,
в соответствии с правилом, будет следовательно
происходить процесс: в соответствии с правилом,
Ni – 2ē → Ni2+
будет происходить процесс:
Cu2+ + 2ē → Cu
Теоретическую массу меди, выделившегося при электролизе на катоде, можно рассчитать с помощью объединённого закона Фарадея, используя формулу:
mтеор(Сu)=
= 5,97 г
Вычисляем практическую массу меди:
m(Cu) = 5,97×90/100 = 5,37 г
Находим теоретическую массу кислотного остатка:
mтеор(SO4)=
= 8,95г
Находим практическую массу кислотного остатка:
m(SO4) = 8,95×90/100 = 8,05 г
studfiles.net
Электролитические свойства воды и водных растворов
НОСТЬЮ. Однако водные растворы формальдегида, в частности формалин, весьма агрессивны для многих материалов, проявляя свойства кислотно-коррозионных сред. Даже свежеприготовленные растворы, полученные, например, поглощением мономерного газообразного формальдегида водой, имеют кислую реакцию. При длительном хранении pH водных растворов меняется от 3—4 до 2—2,5, причем точный анализ четко указывает на наличие в таких растворах небольших количеств муравьиной кислоты. Хотя иногда некоторые авторы [1] допускают возможность электролитической диссоциации формальдегида (метиленгликоля) с образованием свободных ионов водорода, наиболее вероятным объяснением природы кислой реакции водных растворов формальдегида следует признать именно наличие небольших количеств муравьиной кислоты. В пользу этого предположения говорит и факт весьма высокой агрессивности водных растворов формальдегида. [c.29]
Свойства гидратной воды. Водные растворы галогенидов щелочных металлов имеют pH, близкий к 7, но водные растворы солей многозарядных катионов обладают кислой, а многих солей щелочных металлов со слабыми кислотами — щелочной реакцией. Этот эффект обусловлен процессом гидролиза. Электролитическую диссоциацию координированной молекулы воды можно представить следующим образом [c.216]
Самарий (II) гораздо менее устойчив, чем Ей", и даже менее устойчив, чем УЬ". Самые последние измерения его стандартного потенциала дают значение около —1,55 в, что находится в соответствии с его очень сильными восстановительными свойствами. Разумеется, его водные растворы неустойчивы, так как он восстанавливает воду. Водные растворы, содержащие кроваво-красный 5т", можно приготовить обработкой водного 5гп" амальгамами щелочных металлов или электролитически. Двухвалентные галогениды получаются при восстановлении безводных галогенидов самария(1И) водородом или аммиаком при высоких температурах, ЗтГ, (в отличие от других галогенидов) можно получить термическим разложением иодида 5т" . Другие соединения можно получить реакциями замещения в водных растворах галогенидов. Все соединения 5т" термодинамически неустойчивы в водном растворе в присутствии [c.520]
Рассматриваемые металлы представляют интерес для гальванотехники прежде всего благодаря своей высокой химической стойкости. Широко известна способность титана противостоять коррозии в жестких климатических условиях, включая длительную эксплуатацию в морской воде. Цирконий устойчив на воздухе и в среде кислот, кроме концентрированных плавиковой, фосфорной, серной и царской водки. Германий также весьма стоек на воздухе и растворяется лишь в азотной, концентрированной серной кислотах и царской водке. Он обладает полупроводниковыми свойствами, что значительно расширяет области его использования. Получение покрытий достаточной толщины и сплошности позволило бы эффективно использовать эти металлы в антикоррозионной технике. Однако решение такой задачи связано с большими трудностями, обусловленными специфическими свойствами указанных материалов. Электролитическое выделение из водных растворов существенно затрудняется склонностью металлов к пассивации, низким перенапряжение.м выделения водорода, высоким отрицательным потенциалом. [c.144]
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ [c.19]
Что же касается общетеоретических вопросов, то при описании многих тем школьного курса химии учение о периодичности позволяет глубже раскрыть их содержание. Так, при изучении водных растворов следует обратить внимание на свойства растворителя (вода) и свойства растворяемых веществ (типы связи, строение молекулы, степени окисления), которые определяют такое свойство веществ, как их растворимость, поведение в воде (электролитическая диссоциация, гидролиз, окисление—восстановление). При описании состава химических соединений следует обратить внимание на взаимосвязь классификации соединений по составу с положением элементов в системе (совокупность свободных атомов, номер группы и периода). Это дает возможность устанавливать связи между разными классами соединений (оксиды, фториды, хлориды, гидриды, интерметаллиды) и видеть особенности каждого из них по составу (насыщенные или ненасыщенные молекулы), по агрегатному состоянию и строению (водородные соединения неметаллов, как правило, газообразны при обычных условиях, гидриды типичных металлов — ионные кристаллы) и т. п. [c.71]
Сам ион аммония и большинство его солей бесцветны. В твердом состоянии соли аммония образуют структуры, характерные для веществ со значительной долей ионной составляющей связи. Поэтому они хорошо растворяются в воде, почти сполна подвергаются электролитической ионизации. Структура иопа NHI— тетраэдрическая, в которой все вершины тетраэдра заняты атомами водорода, а азот находится в его центре. Положительный заряд равномерно распределен между всеми атомами водорода. По свойствам соли аммония похожи на соли калия вследствие близости ионных радиусов Nh5 (0,142 нм) и (0,133 нм). Существенная разница заключается только в том, что соли калия, образованные от сильных кислот, не подвержены гидролизу, а соли аммония в водных растворах гидролизуются в очень слабой степени вследствие слабо выраженных основных свойств аммиака. [c.250]
Более обстоятельное знакомство с неводными растворами обнаружило, что кислоты и основания с присущими им свойствами существуют и в неводных растворах и что электролитическая диссоциация не представляет собой явления, специфичного для водных растворов. Наоборот, электрический ток проводят растворы в самых разнообразных растворителях, причем не только электропроводность одного и того же вещества неодинакова в зависимости от растворителя, но и нередко в неводных растворах электролитами становятся вещества, не проводящие тока в воде. [c.55]
Жидкий аммиак по физическим свойствам во многом подобен воде. Он является хорошим растворителем для некоторых веществ, в том числе й для многих солей. Ч оли при растворении в жидком аммиаке, так же как и при растворении в воде, испытывают электролитическую диссоциацию. Взаимодействие между различными веществами, растворенными в жидком аммиаке, часто протекает иначе, чем в водных растворах, так как некоторые вещества, не растворимые в воде, растворяются в жидком аммиаке (подробнее см. т. II). [c.653]
Влияние полярности молекул на свойства веществ сказывается, в частности, в способности к электролитической диссоциации и в ассоциации. Полярностью молекул воды объясняется ряд специфических явлений, наблюдаемых в водных растворах (стр. 94). [c.65]
Согласно теории электролитической диссоциации, кислотные свойства растворов зависят от ионов Н , а основные—от ионов ОН . В воде, а также во всех нейтральных водных растворах концентрации этих ионов должны быть равны между собой. Следовательно, при температуре 22 °С эти концентрации равняются [c.250]
Азиды щелочных металлов хорошо растворимы в воде и взрывчатыми свойствами не обладают. В водных растворах они претерпевают электролитическую диссоциацию [c.136]
Изучение свойств бутанолового раствора НгЗО показывает, что мы все же имеем дело с кислотой катион Н Отщепляется и здесь, В этом смысле никакого отличия от водного раствора нет. Несходство мы заметим лишь когда установим силу кислоты, определим константу электролитической диссоциации серной кислоты в бутиловом спирте и убедимся, что в этом растворителе она диссоциирует примерно так же, как муравьиная кислота в воде [c.7]
Вещества КОН, Ва(ОН)2, NaOH и подобные им основные гидроксиды в твердом состоянии являются ионными кристаллами при их электролитической диссоциации в водном растворе образуются ионы ОН —сильное основание, а также ионы К , Ва " , Na" и др., которые кислотными свойствами в воде не обладают. [c.122]
Как во всех главных подгруппах периодической системы, в подгруппе галогенов первый элемент ( бтеор) занимает особое положение по отношению к другим элементам группы. Как было уже отмечено, фтор никогда не бывает заряжен положительно. Если сравнить свойства аналогичных по составу соединений галогенов, то особое место фтора опять-таки отчетливо проявляется. Так, фтористый водород отличается от других галогеноводородов заметно меньшей электролитической диссоциацией в водном растворе и, далее, своей склонностью к образованию кислых солей М НРг. Фториды часто сильно отличаются от остальных галогенидов своей растворимостью. Хлориды, бромиды и иодиды ш елочноземельных металлов — все очень легко растворимы в воде и даже отчасти расплываются. Наоборот, фториды ш елочпоземельных металлов труднорастворимы. Хлорид, бромид и иодид серебра практически нерастворимы, фторид серебра наоборот, расплывается. [c.830]
Водные растворы урана (III) могут быть получены растворением некоторых его галоидных солей или восстановлением в растворе урана высшей валентности, а также электролитически или с использованием металлического восстановителя, например алюминия. Поскольку иои быстро окисляется водой, то о его свойствах в водном растворе получены лишь скудные сведения. Однако они согласуются с известными свойствами ионов других трехвалентных актинидов реакции с участием иона и"+, не связанные с изл-тснением валентного состояния, похожи па подобные реакции с участием иоиов ред-к о 3 е м е л ь н ы X э л е м е i i т о в. [c.128]
Исторически сложи. юсь так, что воирссы, связанные с электролитической диссоциацией, изучались на примере водных растворов. Этому в немалой степени способствовало то обстоятельство, что вода является самым расиространеп1Ш1м в природе полярным растворителем. К тому же она характеризуется максимальным значением диэлектрической постоянной, в силу чего в водной среде наблюдается наибольшее ослабление кулоновского взаимодействия. Поэтому вода представляет собой наиболее ионизирующий растворитель для электролитов. Не случайно в дальнейшем с развитием брестедовской (протонной) теории кислот и оснований в качестве эталонной кислоты был выбран гидратированный протон — гид-роксоний Н3О +. И в настоящее время кислотно-основные свойства гидроксидов как характеристических соединений рассматриваются но отношению к водной среде. [c.84]
Электролитическая ионизация. Огеиень и константа ионизации. Изучение разбавленных растворов показало, что все их общие свойства (понижение давления пара, изменение температур замерзания и кипения, величина осмотического давления) изменяются пропорционально числу частиц растворенного вещества. Такие свойства называются коллтативными. Эта общая закономерность оказалась справедливой для растворов органических веществ в воде и для растворов в органических растворителях. При исследовании водных растворов солей, кислот, оснований было обнаружено, что изменение соответствующего свойства в зависимости от концентрации раствора значительно превышает ожидаемую величину. Например, понижение температуры замерзания моляльного раствора Na l превышает почти в два раза криоскопическую постоянную для воды (3,36° вместо [c.152]
Первой кислотой, с которой познакомился человек, была уксусная кислота, получаемая из перебродившего вина еще в начале нашей ары. Слово уксус происходит от греческого оксос — кислый. Только в 1815 г. английский химик Гэмфри Дэви и почти одновременно с ним французский химик Пьер Дюлонг высказали мысль, что носителем кислотных свойств вещества является атом водорода, входящий в состав молекулы кислоты. Шведский ученый Сванте Аррениус, автор теории электролитической диссоциации, в 1887 г. определил кислоты как вещества, которые в водном растворе распадаются с образованием катиона водорода Полвека спустя всеобщее признание получила протонная теория кислот и оснований, разработанная датским химиком Йоханне-сом Брёнстедом и его английским коллегой Томасом Лоури, согласно которой частицы кислот, попадая в водный раствор, отщепляют и передают молекулам воды протон (подвергаются протолизу и служат донорами протонов). [c.7]
Теория сольвосистем. Эта теория кислот и оснований сложилась благодаря работам Франклина, Джермана, Кеди и других. Согласно взглядам этих исследователей каждому водоподобному растворителю соответствует своя система кислот и оснований. Кислоты И основания в водном растворе 1и вода являются одной из таких систем. В настоящее время доказано, что, помимо воды, существует много других неорганических и органических растворител1ей, которые в результате самоионизации образуют ионы, аналогичные по своей природе ионам, образующимся при электролитической диссоциации воды. Ионы водорода, в силу присущих им свойств, связываются в растворах с молекулами растворителя и образуют положительно заряженные ионы. Самоионизацию воды, жидкого аммиака и безводной уксусной кислоты можно представить в виде следующих уравнений [c.9]
Несмотря на значительные успехи в области изучения структуры воды и водных растворов, предложенные теории гидратации ионов дают пока лишь качественное описание наблюдаемых явлений. Количественные характеристики растворов даются на основе классической теории электролитической диссоциации. В связи с этим для сильных электролитов (к ним относятся все растворенные в природных водах соли) при расчете констант диссоциации, равновесия, гидролиза и др. используют активности или умножают аналитически определяемые концентрации ионов на соответствующие коэффициенты активности. Согласно эмпирической теории Льюиса и Рендалла при концентрациях электролитов т 0,02 моль/л, что близко к солевому составу пресных вод, средний коэффициент активности диссоциирующего на ионы вещества у[ является функцией ионной силы раствора р., которая суммарно оценивает влияние силовых полей ионов на различные свойства растворов. Как известно, ионная сила водных растворов и коэффициенты активности определяются из выражений (г — валентность ионов) [c.83]
Аналогичные свойства гидрозолей золота и рубиновых стекол были использованы Силверманом для выявления аналогичной закономерности, управляющей окраской, создаваемой известными ионами тяжелых металлов, растворенными в воде и стекле, т. е. в гидрозолях металла и в пирозолях стекла. Силверман подчеркивал далее, что существенные свойства гидрозолей наблюдаются также и в коллоидах стекла. Их коагуляция и созревание, т. е. рост частиц при тепловой обработке, реакции с добавляемыми электролитами, их проводимость и т. д., попадают в ту же категорию свойств. Саттон и Силверман показали, что хлорид натрия разлагается в расплавах стекла так же, как и в водном растворе. Сильная электролитическая диссоциация служит простым объяснением образования хлопьев при добавлении хлорида натрия в плавящееся стекло. [c.266]
Влияние pH облучаемого раствора проявляется по нескольким направлениям. Изменение pH влияет на электролитическую диссоциацию продуктов радиолиза воды (Н, ОН, НОг, H Oa). Это, в свою очередь, накладывает свой отпечаток на ход радиоли-пических превращений в водных растворах. Вьше уже отмечалось (см. стр. 80), что образующиеся, в результате диссоциации ионы (Н , 0 , 07, НОГ) отличаются по своим окислительно-восстановительным свойствам от соответствующих продуктов в недиссоциированной форме. Например, по данным [40, 107, 108], G(Fe +) достигает максимального значения лищь в том случае, когда pH раствора ферросульфата, содержащего воздух, достаточно низок, чтобы подавить электролитическую диссоциацию НОа, и если в растворе присутствует достаточно кислорода, чтобы все атомы Н образовали радикалы НОа. [c.116]
После открытия вольтова столба и установления законов электролиза Фарадея стала медленно укрепляться идея, что многие вещества в растворе диссоциированы на ионы Гипотезы по этому вопросу были высказаны Гротгусом (1805), Уильямсоном (1851), Клаузиусом (1857), Гитторфом (1866—1869), Гельмгольцем (1882) и Адольфом Бартоли (1882), но они не дали настоящего решения этой проблемы, ограничившись качественной стороной. Заслуга правильной постановки вопроса принадлежит Сванте Аррениусу, который в статье Исследования гальванической проводимости электролитов (представленной в 1883 г. Стокгольмской академии наук в качестве резюме его докторской диссертации) не только высказал предположение, что электролитическая диссоциация вызывается растворителем в момент растворения соли, но и принял, что диссоциация усиливается с разбавлением. Кроме того, Аррениус отождествил химическую активность со степенью диссоциации на ионы, утверждая, что соединение тем более активно, чем больше оно диссоциировано на свои ионы. Ни докторская диссертация, ни только что упомянутая статья не получили благоприятного отклика в шведской научной среде, вследствие чего молодой Аррениус задумал публикацию обзора своих Исследований проводимости электролитов на французском языке. Именно в этот момент Аррениус познакомился с Оствальдом, тогда профессором в Риге, которого привлекла не только оригинальность теории Аррениуса, но и ее убедительность при объяснении многих явлений, характеризующих поведение вещества в растворе. По договоренности между Оствальдом, Аррениусом и еще одним молодым химиком, голландцем Бант-Гоффом (яркая оригинальность которого также вызвала нелюбовь к нему в официальных научных кругах), возник руководимый Оствальдом Журнал физической химии (1887) в первом номере его появилась знаменитая статья Вант-Гоффа об отношении между осмотическим давлением и давлением газов, статья Аррениуса о диссоциации растворенных в воде веществ (эта статья рассматривается как исток, от которого берет начало теория электролитической диссоциации) и статья Оствальда о термонейтральности растворов оснований и кислот. Это были первые шаги молодой физической химии Клеве, учителю Аррениуса в Швеции, казалось довольно-таки фантастичным предположение, что в водном растворе хлористого натрия существуют диссоциированные ионы хлора и натрия, не обнаруживая, по крайней мере частично, своих свойств. Но настойчивость Аррениуса и поддержка Оствальда и Вант-Гоффа помогли преодолеть это предубеждение. С другой стороны, теория Аррениуса получила экспериментальное подтверждение, достаточное дпя того, чтобы сломить любое противодействие. [c.399]
Некоторым возражением против теории электролитической диссоциации казалось следующее. Если в водном растворе, например, поваренной соли Na l, допустить самостоятельное существование частиц натрия и хлора, то возникает иногда такой вопрос почему этот натрий не разлагает с щипением воду и почему растворы поваренной соли ее имеют запаха, тогда как хлор обладает резким запахом Кажущееся противоречие объясняется тем, что в водных растворах Na I нет металлического натрия и газа хлора оба эти вещества находятся в состоянии ионов, несущих определенные электрические заряды. Электрический заряд ионов придает им особые свойства. В частности, ион натрия Na, находясь в воде, не разлагает ее, ион 1 бесцветен и не обладает запахом. [c.149]
Процессы ионизации и диссоциации веществ в растворах объясняются взаимодействием растворенного вещества с молекулами растворителя (в частном случае — с молекулами воды). В результате такого взаимодействия образуются соединения ионов растворенного вещества с ионами или молекулами растворителя. Классическая теория кислот и оснований не может объяснить ряд явлений, которые происходят при растворении данного вещества в различных растворителях. Например, хлорид аммония в водных растворах диссоциирует на NHj и СГ, т. е. ведет себя подобно другим солям в то же время растворенный в жидком аммиаке он проявляет все типичные свойства кислот вплоть до способности растворять металлы с выделением водорода, хотя Н+-ионов в этих растворах, очевидно, быть не может. Мочевина O(Nh3)2, нейтральная в водных растворах, в жидком аммиаке проявляет свойства кислоты, а в безводной уксусной кислоте — основания. Очень сильная в водных растворах азотная кислота, растворенная в жидкой HF или в безводной h3SO4 ведет себя как основание. Подобных фактов, противоречащих теории электролитической диссоциации, можно было бы привести много. [c.98]
В ходе изучения таутомерии и диссоциации иитросоединений — фундаментальных процессов, лежащих в основе всех важнейших превращений иитросоединений, — исследователи неоднократно обращались к исследованию физико-химических свойств бис(тринит-рометил) ртути. Бис (тринитрометил) ртуть хорошо растворяется в органических растворителях и воде, растворы окрашены в желтый цвет. Водный раствор бис (тринитрометил) ртути проводит электрический ток, что свидетельствует о гидролитическом и электролитическом расщеплении продукта. УФ-Спектры, снятые в полярных и неполярных растворителях, резко различаются между собой. На основании этих результатов был сделан вывод, что бис (тринитрометил) ртуть, подобно тринитрометану, существует в виде двух взаимопревращающихся форм [34] [c.316]
Если сравнить радиусы ионов с зарядом то у бора (20 пм) он почти в три раза меньше, чем у алюминия (57 пм), вследствие этого напряженность электрического поля у иона бора почти в 8 раз больше, чем у иона алюминия. Ион бора оказывает очень сильное поляризующее действие на атомы и ионы, что обусловливает большую долю ковалентности связей в соединениях бора. В соединениях алюминия заметна большая степень ионности связи. Так, АРС1з по свойствам близок к солям, ВС1з—галогенангидрид. В водных растворах солей алюминия А1С1з, Ai(NOз)з, АЬ(804)3 при электролитической диссоциации образуется гидратированный ион При взаимодействии ВСЬ с водой образуются две [c.136]
chem21.info
