Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Непрерывное перемощение частиц определяет сильно выраженную самодиффузию жидкости и ее текучесть. По структуре жидкое состояние является промежуточным между твердым состоянием со строго определенной периодической структурои во всем кристаяле (наличие дальнего порядка) и газом, а котором отсутствует какая-либо структура и движение частиц беспорядочно. Отсюда для жидкости характерно, г одной стороны, наличие опредоленного объема, а с другой — отсутствие определенной формы. Первое обстоятельство сближает ее с твердыми телами, второе — с газами.
У 'жидк<><ти вблизи температуры затвердевания упорядоченность внутренней структуры становится более четко выраженной. Напротив, по мере приближения жидкости к температуре кипения усиливается беспорядок во взаимном расположении частиц. 139 Структура и физические свойства жидкости зависят от химической индивидуальности образующих ее частиы, а также от характера и интенсивности сил, действующих между ними. Для воды, как мы видели, большую роль в ассоциации молекул играют водородные связи.
У неполярных молекул взаимодействие и взаимное расположение обусловливаются дисперсионными силами. Иначе говоря, общие закономерности образования структурных единиц для жидких тел такие же, как и для твердых тел. Отличие заключается в отсутствии жесткости в структуре и дальнего порядка в расположении частиц. з 2. ИОНИЗАЦИЯ МОЛЕКУЛ ЖИДКОСТИ или Н,О ... НОН ОНз + ОН В результате ионизации молекул НзО возникают гидратированные ионы ОН и ОНз*. При столкновении их снова образуются молекулы воды, т.е. процесс ионизации обратим. Процессы ионизации и молизации протекают непрерывно. Вследствие прочности связи Π— Н степень ионизации воды в общем незначительна. Аналогичная картина самоионизации имеет место и в других жидкостях, молекулы которых связаны друг с другом водородными связями, например: :Π— Н Н ! Н Н Н вЂ” О: ! Н вЂ” О:...
Н 03" - Н 0$--. Н вЂ” 01 ! Н Н Н 1 Н вЂ” О: ьΠ— Н ! Н Кроме того, зти молекулы находятся в поле действия соседних молекул и связаны с ними водородной связью. Тепловое движение частиц относительно друг друга может ослабить в одной из молекул связь Π— Н и разорвать ее. Разрыв сопровождается переходом протона к соседней молекуле за счет превращения водородной связи в ковалентную по донорно-акцепторному механизму: Н 1 Н вЂ” О:...Н вЂ” О 1 Н ац — — 1 ай+ 1 ач 140 Многие неорганические соединения (вода, аммиак, соли, щелочи и др.) в жидком состоянии распадаются на ионы. Рассмотрим самоианизацию воды.
Молекулы воды связаны друг с другом водородной связью и взаимно влияют друг на друга. На схеме жирным шрифтом выделены две молекулы воды, непосредственно взаимодействующие друг с другом: Н НН...НЧ1 КН,"+НН; Н,5 ... Н5Н =5Нз+ НННХОз ... НХОз НОзНз+ МОз НзЬО, ... НзНО, ЯО4Нз + 50зн В приведенных примерах также осуществляется переход протона ат одной молекулы к другой. В результате возникают отрицательный и положительный ионы. окруженные оболочкой неионизированных малс, кул. В общем случае такие ионы называются сольеетироеаиимжи. Реакции, соправождаклцнеся передачей протона, называются протельы тичесиильк В других случаях самоионизация жидкости осуществляется за счет передачи каких-либо других ионов, например: Вгрз + Вгрз Вгр + ВгГ4 Подобные реакции называются апретелипшиссиижт 1 3.
АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ Рентгеноструктурные исследования показывают, что аморфное состояние подобно жидкому, т.е. характеризуется неполной упорядоченностью взаимного расположения частиц. На рис. 75 приведена структура стеклообразнога диоксида кремния. Как видно, упорядоченное взаимное расположение структурных единиц, характерное для кристаллического а10з (см. рис. 69, Б), в стеклообразном РПОз строго Вероятность существования в водном растворе яегидратираванного иона Н" краине мала (1:101зе).
141 не выдерживается. Вследствие этого связи между структурными единицами неравноценны. Поэтому у аморфных тел нет определенной температуры плавления — в процессе нагревания они постепенно размягчаются и плавятся. Температурный интервал этих процессов для силикатных стекол, например, составляет 200'. У кристаллических тел при темпе- Р и с. 75. Строение аморфного ок- ратуре плавления совершается такой сида кремния (1У) 800э переход, при котором дальний порядок исчезает и остается лишь ближний порядок. В аморфных телах характер расположения атомов при нагревании практически не меняется. Изменяется лишь подвижность атомов — увеличиваются их колебания. Сначала очень немногие, а потом большое число атомов приобретают возможность менять соседей Наконец, число этих перемен в единицу времени становится таким же большим, как и в жидкости.
Сравнительно недавно научились получать в стеклообразном состоянии металлы. Для этого металл расплавляют и затем за очень короткое время охлаждают. Вследствие быстрого охлаждения в металле не возникаег правильной кристаллической структуры; он становится стеклообразным.
Металлостекла отличаются высокой твердостью, износоустойчивостью и коррозионной стойкостью. ! 4 ЖИДКИЕ РАСТВОРЫ Химическая теория растворов Д.И. Менделеева. Жидкие растворы, как и жидкие вещества, обладают внутренней структурой ближнего порядка. При этом структура разбавленных растворов ближе к структуре растворителя, а концентрированных — к структуре растворенного вещества. В жидких растворах частицы растворенного вещества связаны с окружающими их частицами растворителя. Эти комплексы называются салавата«сэй а для водных растворов шдратажп.
Подобное представление о растворах возникло еще в 60-х годах Х1Х в. в результате работ Д.И. Менделеева. На основании экспериментальных фактов он выдвинул предположение о существовании в растворах определенных химических соединений растворенного вещества с водой. Эта идея составила основу химической теории растворов. Химическая теория растворов принципиально отличается от физической теории, которая рассматри- 142 вала растворитель как инертную среду и приравнивала растворы к простым механическим смесям. Растворимость.
Растворимость вещества зависит как от его природы, так и от природы растворителя. Так, структура жидкого бензола определяется в основном дисперсионным взаимодействием неполярных молекул, и при введении в бензол другого вещества с неполярными молекулами, например гексана, характер взаимодействия между молекулами не меняется. Структуру возникающего раствора, как и взятых жидкостей, обусловливают те же ненаправленные и ненасыщаемые дисперсионные силы. Следствие этого — хорошая растворимость гексана в бензоле и бензола в гексане. Если же внести бензол в воду, то разрыв водородных связей (и нарушение структуры воды) не будет компенсирован образованием более прочных новых связей, Отсюда ясна причина плохой растворимости бензола в воде. В то же время, спирт (молекулы которого за счет ОН-групп связаны водородной связью) хорошо растворяется в воде, так как разрыв водородных связей воды (как и спирта) компенсируется образованием более прс>чных водородных связей между молекулами воды и спирта.
В зависимости от природы веществ возможны следующие случаи: н е о г р а н и ч е н н а я растворимость (вода — спирт, жидкие К вЂ” НЬ и КС! — КВг), о г р а н и ч е н н а я (частичная) растворимость (вода — эфир, жидкие РЬ вЂ” Хп, ЫС! — КС!), п р а к т и ч е < к о е отсутствие растворимости (вода — керосин, жидкио Ге — А8 и Ьср — СзС!). В последних двух случаях может иметь место рагслаивание смешиваемых жидкостей. Ионизация и диссоциация весцеств в растворе. В растворах, как и в индивидуальных жидкостях, взаимодействие молекул может сопровождаться их ионизацией.
Распад вещества на сольватированные ионы под действием молекул растворителя называется поппе«цпеп аегцееспаа а раетоарат или элехтролптнчеехой дпссодэсацссес!. Идея о распаде вещества в растворе на ионы была высказана С. Аррениусом (1887). Основоположниками современной теории электролитической диссоциации как процесса, вызываемого сольватацией молекул, являются И.А. Каблуков и В.А. Кистяковский.
В отличив от гипотезы ионизации С. Аррениуса, не учитывающей взаимодействие растворенного вещества с растворителем, в их теории к объяснению злектролитической диссоциации привлекается химическая теория растворов Д.И. Менделеева. Возможность и степень распада на ионы определяется природой растворенного вещества и природой растворителя. Распад на ионы связан либо с явлением дпееацпасспп (разъединения), либо с явлением 143 иояизашш (образования ионов). Так, при растворении ионных соединений (поскольку они уже состоят из ионов) имеет место диссоциация. Роль растворителя в этом случае заключается в создании условий для разъединения ионов противоположного знака и в препятствовании процессу,иолизации. Диссоциация ионных соединений протекает тем легче, чем полярнее молекулы растворителя При распаде ковалонтных соединений на ионы происходит гетеролитический разрыв связи, т е.
ионизация. Каждое вещество в данном растворителе и при данных условиях характеризуется определенной стенанью понизовки. Степенью ионкзации вещества в растворо называется отношение числя молей ионизированного вещества к общему числу молей растворенного. Для многих соединений наиболео сильно ионизирующими растворителями являются вода, жидкие аммиак и фторид водорода. Эти соединения состоят из дипольных молекул и склонны к донорно-акцепторному взаимодействии> и образованию водородной связи. Например, НС1 хорошо ионизируется в воде, что связано с превращением водородной связи НзО...НС! в донорно-акцепторпую (Е!зΠ— Н!'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
