Спирт рідка або газоподібна речовина. Як і коли рідини переходять у газоподібний стан? Складні сполуки газоподібної природи

На сьогоднішній день відомо про існування більш ніж 3 мільйонів різних речовин. І цифра ця з кожним роком зростає, тому що хіміками-синтетиками та іншими вченими постійно виробляються досліди щодо отримання нових сполук, які мають якісь корисні властивості.

Частина речовин - це природні жителі, які формуються природним шляхом. Інша половина - штучні та синтетичні. Однак і в першому і в другому випадку значну частину складають газоподібні речовини, приклади та характеристики яких ми розглянемо в даній статті.

Агрегатні стани речовин

З XVII століття прийнято було вважати, що всі відомі сполуки здатні існувати у трьох агрегатних станах: тверді, рідкі, газоподібні речовини. Проте ретельні дослідження останніх десятиліть у галузі астрономії, фізики, хімії, космічної біології та інших наук довели, що є ще одна форма. Це – плазма.

Що вона є? Це частково або повністю І виявляється, таких речовин у Всесвіті переважна більшість. Так, саме у стані плазми знаходяться:

міжзоряна речовина;
космічна матерія;
вищі шари атмосфери;
туманності;
склад багатьох планет;
зірки.

Тому сьогодні кажуть, що існують тверді, рідкі, газоподібні речовини та плазма. До речі, кожен газ можна штучно перевести в такий стан, якщо піддати його іонізації, тобто змусити перетворитися на іони.

Газоподібні речовини: приклади

Прикладів цих речовин можна навести масу. Адже гази відомі ще з XVII століття, коли ван Гельмонт, дослідник природи, вперше отримав вуглекислий газ і став досліджувати його властивості. До речі, назву цій групі з'єднань також дав він, оскільки, на його думку, гази - це щось невпорядковане, хаотичне, пов'язане з духами та чимось невидимим, але відчутним. Таке ім'я прижилося й у Росії.

Можна класифікувати всі газоподібні речовини, тоді приклади навести буде легше. Адже охопити все різноманіття складно.

За складом розрізняють:

прості,
складні молекули.

До першої групи належать ті, що складаються з однакових атомів у будь-якій їх кількості. Приклад: кисень - Про 2 , озон - Про 3 , водень - Н 2 , хлор - CL 2 , фтор - F 2 , азот - N 2 та інші.

сірководень - H 2 S;
хлороводень - HCL;
метан – CH 4;
сірчистий газ - SO 2;
бурий газ - NO 2;
фреон - CF 2 CL 2;
аміак - NH 3 та інші.

Класифікація за природою речовин

Також можна класифікувати види газоподібних речовин за належністю до органічного та неорганічного світу. Тобто за природою атомів, що входять до складу. Органічними газами є:

перші п'ять представників (метан, етан, пропан, бутан, пентан). Загальна формула C n H 2n+2;
етилен - З 2 Н 4;
ацетилен або етин - З 2 Н 2;
метиламін - CH 3 NH 2 та інші.

Ще однією класифікацією, якій можна піддати розглянуті сполуки, є поділ на основі частинок, що входять до складу. Саме з атомів складаються не всі газоподібні речовини. Приклади структур, у яких присутні іони, молекули, фотони, електрони, броунівські частки, плазма, також відносяться до сполук такого агрегатного стані.

Властивості газів

Характеристики речовин у аналізованому стані відрізняються від таких для твердих або рідких сполук. Справа в тому, що властивості газоподібних речовин особливі. Частинки їх легко і швидко рухливі, речовина загалом ізотропна, тобто властивості не визначаються напрямом руху структур, що входять до складу.

Можна позначити найголовніші фізичні властивості газоподібних речовин, які відрізнятимуть їх від решти форм існування матерії.

Це такі сполуки, які не можна побачити та проконтролювати, відчути звичайними людськими способами. Щоб зрозуміти властивості та ідентифікувати той чи інший газ, спираються на чотири описуючі всі параметри: тиск, температура, кількість речовини (моль), об'єм.
На відміну від рідин, гази здатні займати весь простір без залишку, обмежуючись лише величиною судини або приміщення.
Всі гази між собою легко змішуються, при цьому ці сполуки не мають поверхні розділу.
Існують легші та важкі представники, тому під дією сили тяжкості та часу, можливо побачити їх поділ.
Дифузія - одна з найважливіших властивостей цих сполук. Здатність проникати в інші речовини і насичувати їх зсередини, роблячи при цьому абсолютно невпорядковані рухи всередині своєї структури.
Реальні гази електричний струм проводити не можуть, проте якщо говорити про розріджені та іонізовані субстанції, то провідність різко зростає.
Теплоємність та теплопровідність газів невисока і коливається у різних видів.
В'язкість зростає зі збільшенням тиску та температури.
Існує два варіанти міжфазового переходу: випаровування - рідина перетворюється на пару, сублімація - тверда речовина, минаючи рідку, стає газоподібною.

Відмінна особливість пар від істинних газів у тому, що перші за певних умов здатні перейти в рідину або тверду фазу, а другі ні. Також слід помітити здатність розглянутих сполук чинити опір деформаціям і бути текучими.

Подібні властивості газоподібних речовин дозволяють широко застосовувати їх у різних галузях науки і техніки, промисловості та народному господарстві. До того ж конкретні характеристики для кожного представника суворо індивідуальні. Ми ж розглянули лише загальні всім реальних структур особливості.

Стисненість

При різних температурах, а також під впливом тиску гази здатні стискатися, збільшуючи свою концентрацію та знижуючи об'єм, що займає. При підвищених температурах вони розширюються, за низьких - стискуються.

Під впливом тиску також відбуваються зміни. Щільність газоподібних речовин збільшується і при досягненні критичної точки, яка для кожного представника своя, може наступити перехід в інший агрегатний стан.

Основні вчені, які зробили внесок у розвиток вчення про гази

Таких людей можна назвати безліч, адже вивчення газів – процес трудомісткий та історично довгий. Зупинимося на найвідоміших особистостях, які зуміли зробити найбільш значні відкриття.

1811 року зробив відкриття. Неважливо, які гази, головне, що за однакових умов в одному обсязі їх міститься однакова кількість за кількістю молекул. Існує розрахована величина, що має назву на прізвище вченого. Вона дорівнює 6,03 * 1023 молекул для 1 моль будь-якого газу.
Фермі - створив вчення про ідеальний квантовий газ.
Гей-Люссак, Бойль-Маріотт – прізвища вчених, які створили основні кінетичні рівняння для розрахунків.
Роберт Бойль.
Джон Дальтон.
Жак Шарль та багато інших вчених.

Будова газоподібних речовин

Найголовніша особливість у побудові кристалічних ґрат розглядуваних речовин, це те, що у вузлах її або атоми, або молекули, які з'єднуються один з одним слабкими ковалентними зв'язками. Також присутні сили ван-дер-ваальсової взаємодії, коли йдеться про іони, електрони та інші квантові системи.

Тому основні типи будови грат для газів, це:

атомна;
молекулярна.

Зв'язки всередині легко рвуться, тому ці сполуки немає постійної форми, а заповнюють весь просторовий обсяг. Це пояснює відсутність електропровідності і погану теплопровідність. А ось теплоізоляція у газів хороша, адже завдяки дифузії вони здатні проникати в тверді тіла і займати вільні кластерні простори всередині них. Повітря при цьому не пропускається, тепло утримується. На цьому ґрунтується застосування газів та твердих тіл у сукупності в будівельних цілях.

Прості речовини серед газів

Які за будовою та структурою гази відносяться до цієї категорії, ми вже говорили вище. Це ті, що складаються з однакових атомів. Прикладів можна навести багато, адже значна частина неметалів із усієї періодичної системи за звичайних умов існує саме в такому агрегатному стані. Наприклад:

фосфор білий – одна з даного елемента;
азот;
кисень;
фтор;
хлор;
гелій;
неон;
аргон;
криптон;
ксенон.

Молекули цих газів може бути як одноатомними (благородні гази), і багатоатомними (озон - Про 3). Тип зв'язку - ковалентна неполярна, здебільшого досить слабка, але не в усіх. Кристалічні грати молекулярного типу, що дозволяє цим речовин легко переходити з одного агрегатного стану в інший. Так, наприклад, йод за звичайних умов – темно-фіолетові кристали з металевим блиском. Однак при нагріванні сублімуються клуби яскраво-фіолетового газу - I 2 .

До речі, будь-яка речовина, у тому числі метали, за певних умов можуть існувати в газоподібному стані.

Складні сполуки газоподібної природи

Таких газів, звісно, більшість. Різні поєднання атомів у молекулах, об'єднані ковалентними зв'язками та ван-дер-ваальсовими взаємодіями, дозволяють сформуватися сотням різних представників аналізованого агрегатного стану.

Прикладами саме складних речовин серед газів можуть бути всі сполуки, що складаються з двох різних елементів. Сюди можна зарахувати:

пропан;
бутан;
ацетилен;
аміак;
силан;
фосфін;
метан;
сірковуглець;
сірчистий газ;
бурий газ;
фреон;
етилен та інші.

Кристалічні грати молекулярного типу. Багато представників легко розчиняються у воді, утворюючи відповідні кислоти. Більшість таких сполук - важлива частина хімічних синтезів, здійснюваних у промисловості.

Метан та його гомологи

Іноді загальним поняттям "газ" позначають природну корисну копалину, яка є цілою сумішшю газоподібних продуктів переважно органічної природи. Саме він містить такі речовини, як:

метан;
етан;
пропан;
бутан;
етилен;
ацетилен;
пентан та деякі інші.

У промисловості вони є дуже важливими, адже саме пропан-бутанова суміш – це побутовий газ, на якому люди готують їжу, яка використовується як джерело енергії та тепла.

Багато хто з них використовується для синтезу спиртів, альдегідів, кислот та інших органічних речовин. Щорічне споживання газу обчислюється трильйонами кубометрів, і це цілком виправдано.

Кисень та вуглекислий газ

Які речовини газоподібні можна назвати найпоширенішими і найвідомішими навіть першокласникам? Відповідь очевидна - кисень та вуглекислий газ. Адже вони є безпосередніми учасниками газообміну, що відбувається у всіх живих істот на планеті.

Відомо, що саме завдяки кисню можливе життя, тому що без нього здатні існувати лише деякі види анаеробних бактерій. А вуглекислий газ - необхідний продукт харчування для всіх рослин, які поглинають його з метою здійснення процесу фотосинтезу.

З хімічного погляду і кисень, і вуглекислий газ - важливі речовини щодо синтезів сполук. Перший є сильним окислювачем, другий найчастіше відновник.

Галогени

Це така група сполук, у яких атоми - це частинки газоподібної речовини, попарно поєднані між собою за рахунок ковалентного неполярного зв'язку. Однак не всі галогени – гази. Бром - це рідина при звичайних умовах, а йод - тверда речовина, що легко відганяється. Фтор і хлор - отруйні, небезпечні для здоров'я живих істот речовини, які є найсильнішими окислювачами і використовуються в синтезах дуже широко.

Суміші можуть відрізнятися між собою не тільки по складу, але і по зовнішньому вигляду. Відповідно до того, як виглядає дана суміш і які властивості вона має, її можна віднести або до однорідним (гомогенним), або до неоднорідним (гетерогенним)сумішам.

Однорідними (гомогенніми)називають такі суміші, у яких навіть з допомогою мікроскопа не можна виявити частинки інших речовин.

Склад та фізичні властивості у всіх частинах такої суміші однакові, оскільки між її окремими складовими частинами відсутні поверхні розділу.

До однорідним сумішамвідносяться:

суміші газів;
розчини;
сплави.

Суміші газів

Як приклад такої однорідної суміші можна назвати повітря.

До складу чистого повітря входять різні газоподібні речовини:

азот (його об'ємна частка у чистому повітрі становить \(78\) %);
кисень (\(21\) %);
благородні гази - аргон та інші (\(0,96\) %);
вуглекислий газ (\(0,04\)%).

Газоподібною сумішшю є природний газі попутний нафтовий газ. Основними складовими частинами цих сумішей є газоподібні вуглеводні: метан, етан, пропан та бутан.

Також газоподібною сумішшю є такий поновлюваний ресурс, як біогаз, що утворюється при переробці бактеріями органічних залишків на звалищах, в ємностях очисних споруд та спеціальних установках. Головна складова частина біогазу - метан, який містить домішок вуглекислого газу, сірководню та цілого ряду інших газоподібних речовин.

Суміші газів: повітря та біогаз. Повітря можна продавати допитливим туристам, а біогаз, що отримується із зеленої маси в спеціальних ємностях - використовувати як паливо

Розчини

Зазвичай так називають рідкі суміші речовин, хоча цей термін у науці має ширше значення: розчином прийнято називати будь-яку(у тому числі газоподібну та тверду) однорідну сумішречовин. Отже, про рідкі розчини.

Важливим розчином, що зустрічається у природі, є нафту. Рідкі продукти, одержувані під час її переробки: бензин, гас, дизельне паливо, мазут, мастила- також є сумішшю різних вуглеводнів.

Зверни увагу!

Щоб приготувати розчин, потрібно газоподібну, рідку або тверду речовину змішати з розчинником (водою, спиртом, ацетоном та ін.).

Наприклад, нашатирний спиртодержують, розчиняючи введення газ аміак. У свою чергу, для приготування тинктури йодукристалічний йод розчиняють в етиловому спирті (етанолі).

Рідкі однорідні суміші (розчини): нафта та нашатирний спирт

Сплав (твердий розчин) може бути отриманий на основі будь-якого металу, і його склад може входити безліч різних речовин.

Найважливішими в даний час є сплави заліза- чавуни та сталі.

Чавунами називають сплави заліза, що містять більше (2) % вуглецю, а сталями - сплави заліза, вміст вуглецю в яких менший.

Те, що зазвичай називають "залізом", насправді є сталлю з низьким вмістом вуглецю. Крім вуглецюдо складу сплавів заліза можуть входити кремній, фосфор, сірка.

однофазні системи, що складаються із двох або більше компонентів. За своїм агрегатним станом розчини можуть бути твердими, рідкими або газоподібними. Так, повітря – це газоподібний розчин, гомогенна суміш газів; горілка- рідкий розчин, суміш кількох речовин, що утворюють одну рідку фазу; морська вода- рідкий розчин, суміш твердого (сіль) та рідкого (вода) речовин, що утворюють одну рідку фазу; латунь- твердий розчин, суміш двох твердих речовин (міді та цинку), що утворюють одну тверду фазу. Суміш бензину та води не є розчином, оскільки ці рідини не розчиняються одна в одній, залишаючись у вигляді двох рідких фаз із межею розділу. Компоненти розчинів зберігають свої унікальні властивості та не вступають у хімічні реакції між собою з утворенням нових сполук. Так, при змішуванні двох обсягів водню з одним обсягом кисню виходить газоподібний розчин. Якщо цю газову суміш підпалити, то утворюється нова речовина- вода, яка сама собою розчином не є. Компонент, присутній у розчині у більшій кількості, прийнято називати розчинником, інші компоненти- розчиненими речовинами.

Однак іноді буває важко провести межу між фізичним перемішуванням речовин та їх хімічною взаємодією. Наприклад, при змішуванні газоподібного хлороводню HCl з водою

H 2 O утворюються іони H 3 O + та Cl - . Вони притягують себе сусідні молекули води, утворюючи гідрати. Таким чином, вихідні компоненти - HCl та H 2 O - після змішування зазнають суттєвих змін. Проте іонізація та гідратація (загалом - сольватація) розглядаються як фізичні процеси, що відбуваються при утворенні розчинів.

Одним з найважливіших типів сумішей, що являють собою гомогенну фазу, є колоїдні розчини: гелі, золі, емульсії та аерозолі. Розмір частинок у колоїдних розчинах становить 1-1000 нм, у дійсних розчинах

~ 0,1 нм (порядок розміру молекул).Основні поняття. Дві речовини, що розчиняються одна в одній у будь-яких пропорціях з утворенням істинних розчинів, називають повністю взаєморозчинними. Такими речовинами є всі гази, багато рідини (наприклад, етиловий спирт- вода, гліцерин - вода, бензол - бензин), деякі тверді речовини (наприклад, срібло – золото). Для отримання твердих розчинів необхідно спочатку розплавити вихідні речовини, потім змішати їх і затвердіти. За їх повної взаєморозчинності утворюється одна тверда фаза; якщо ж розчинність часткова, то в твердій речовині, що утворилася, зберігаються дрібні кристали одного з вихідних компонентів.

Якщо два компоненти утворюють одну фазу при змішуванні лише певних пропорціях, а інших випадках виникають дві фази, всі вони називаються частково взаєморозчинними. Такі, наприклад, вода і бензол: справжні розчини виходять з них лише при додаванні незначної кількості води до великого обсягу бензолу або незначної кількості бензолу до великого обсягу води. Якщо ж змішати рівні кількості води та бензолу, то утворюється двофазна рідка система. Нижній шар - це вода з невеликою кількістю бензолу, а верхній

- бензол з малою домішкою води. Відомі також речовини, що зовсім не розчиняються одна в одній, наприклад, вода і ртуть. Якщо дві речовини лише частково взаєморозчинні, то за даних температури і тиску існує гранична кількість однієї речовини, яка здатна утворити істинний розчин з іншим у рівноважних умовах. Розчин із граничною концентрацією розчиненої речовини називають насиченим. Можна приготувати і так званий пересичений розчин, у якому концентрація розчиненої речовини навіть більша, ніж у насиченому. Однак пересичені розчини нестійкі, і при найменшій зміні умов, наприклад при перемішуванні, попаданні частинок пилу або додаванні кристалів розчиняється речовини, надлишок розчиненої речовини випадає в осад.

Будь-яка рідина починає кипіти при тій температурі, при якій тиск її насиченої пари досягає величини зовнішнього тиску. Наприклад, вода під тиском 101,3 кПа кипить при 100

° З того, що при цій температурі тиск водяної пари дорівнює 101,3 кПа. Якщо ж розчинити у воді якусь нелетку речовину, то тиск її пари знизиться. Щоб довести тиск пари отриманого розчину до 101,3 кПа, потрібно нагріти розчин вище 100° З. Звідси випливає, що температура кипіння розчину завжди вища за температуру кипіння чистого розчинника. Аналогічно пояснюється і зниження температури замерзання розчинів.Закон Рауля. У 1887 французький фізик Ф.Рауль, вивчаючи розчини різних нелетких рідин і твердих речовин, встановив закон, що пов'язує зниження тиску пари над розведеними розчинами неелектролітів з концентрацією: відносне зниження тиску насиченої пари розчинника над розчином дорівнює мольній частці розчиненої речовини. З закону Рауля випливає, що підвищення температури кипіння або зниження температури замерзання розведеного розчину в порівнянні з чистим розчинником пропорційно молярної концентрації (або мольної частці) розчиненої речовини і може бути використане для визначення його молекулярної маси.

Розчин, поведінка якого підпорядковується закону Рауля, називається ідеальним. Найбільш близькі до ідеальних розчинів неполярних газів і рідин (молекули яких не змінюють орієнтації в електричному полі). У цьому випадку теплота розчинення дорівнює нулю, а властивості розчинів можна прямо передбачити, знаючи властивості вихідних компонентів та пропорції, у яких вони змішуються. Для реальних розчинів зробити таке передбачення не можна. При утворенні реальних розчинів зазвичай виділяється чи поглинається тепло. Процеси із виділенням тепла називаються екзотермічними, і з поглинанням - эндотермическими.

Ті характеристики розчину, які в основному від його концентрації (числа молекул розчиненої речовини на одиницю об'єму або маси розчинника), а не від природи розчиненої речовини, називають

колігативними . Наприклад, температура кипіння чистої води при нормальному атмосферному тиску дорівнює 100° С, а температура кипіння розчину, що містить 1 моль розчиненої (недисоціюючої) речовини в 1000 г води, становить вже 100,52° З незалежно від природи цієї речовини. Якщо ж речовина дисоціює, утворюючи іони, то температура кипіння збільшується пропорційно до зростання загальної кількості частинок розчиненої речовини, яка завдяки дисоціації перевищує число молекул речовини, доданих у розчин. Іншими важливими колігативними величинами є температура замерзання розчину, осмотичний тиск та парціальний тиск парів розчинника.Концентрація розчину - це величина, що відображає пропорції між розчиненою речовиною та розчинником. Такі якісні поняття, як «розбавлений» та «концентрований», свідчать лише про те, що розчин містить мало або багато розчиненої речовини. Для кількісного виразу концентрації розчинів часто використовують відсотки (масові чи об'ємні), а науковій літературі - число молей чи хімічних еквівалентів (см . ЕКВІВАЛЕНТНА МАСА)розчиненої речовини на одиницю маси або об'єму розчинника чи розчину. Щоб не виникало плутанини, завжди слід точно вказувати одиниці вимірювання концентрації. Розглянемо наступний приклад. Розчин, що складається з 90 г води (її об'єм дорівнює 90 мл, оскільки щільність води дорівнює 1г/мл) та 10 г етилового спирту (його об'єм дорівнює 12,6 мл, оскільки щільність спирту дорівнює 0,794 г/мл), має масу 100 г , але обсяг цього розчину дорівнює 101,6 мл (а дорівнював 102,6 мл, якби при змішуванні води і спирту їх обсяги просто складалися). Відсоткову концентрацію розчину можна розрахувати по-різному:або

або

Одиниці концентрацій, що використовуються в науковій літературі, засновані на таких поняттях, як моль та еквівалент, оскільки всі хімічні розрахунки та рівняння хімічних реакцій повинні ґрунтуватися на тому, що речовини вступають у реакції між собою у певних співвідношеннях. Наприклад, 1 екв. NaCl, що дорівнює 58,5 г, взаємодіє з 1 екв. AgNO 3 , рівним 170 р. Ясно, що розчини, що містять по 1 екв. цих речовин, мають зовсім різні відсоткові концентрації.Молярність (M або моль/л) - число молей розчинених речовин, що містяться в 1 л розчину.Моляльність (м) - число молей розчиненої речовини, що містяться у 1000 г розчинника.Нормальність (Н.) - Число хімічних еквівалентів розчиненої речовини, що містяться в 1 л розчину.Мольна частка (Безрозмірна величина) - число молей даного компонента, віднесене до загального числа молей розчиненої речовини та розчинника. (Мольний відсоток - мольна частка, помножена на 100.)

Найбільш поширена одиниця - молярність, але за її розрахунку слід враховувати деякі неоднозначності. Наприклад, щоб отримати 1M розчин даної речовини, розчиняють у явно невеликій кількості води точну його навішування, рівну мол. масі в грамах, і об'єм розчину доводять до 1 л. Кількість води, необхідна для приготування цього розчину, може трохи відрізнятися в залежності від температури і тиску. Тому два одномолярні розчини, приготовлених у різних умовах, насправді мають не зовсім однакові концентрації. Моляльність обчислюється виходячи з певної маси розчинника (1000 г), яка не залежить від температури та тиску. У лабораторній практиці набагато зручніше відмірювати певні обсяги рідин (для цього існують бюретки, піпетки, мірні колби), ніж зважувати їх, тому в науковій літературі концентрації частіше виражають у молях, а моляльність зазвичай застосовують лише за особливо точних вимірів.

Нормальність використовується спрощення розрахунків. Як ми вже говорили, речовини взаємодіють одна з одною у кількостях, що відповідають їх еквівалентам. Приготувавши розчини різних речовин однакової нормальності і взявши рівні їх обсяги, ми можемо бути впевнені в тому, що вони містять одну й ту саму кількість еквівалентів.

У тих випадках, коли важко (або немає необхідності) робити різницю між розчинником і розчиненою речовиною, концентрацію вимірюють у мольних частках. Молільні частки, як і моляльності, не залежать від температури та тиску.

Знаючи щільності розчиненої речовини та розчину, можна перерахувати одну концентрацію в іншу: молярність у моляльність, мольну частку та навпаки. Для розведених розчинів даної розчиненої речовини та розчинника ці три величини пропорційні одна одній.

Розчинність даної речовини - це її здатність утворювати розчини з іншими речовинами. Кількісно розчинність газу, рідини або твердого тіла вимірюється концентрацією насиченого розчину при даній температурі. Це важлива характеристика речовини, що допомагає зрозуміти її природу, а також впливати на перебіг реакцій, у яких бере участь ця речовина.Гази. У відсутність хімічної взаємодії гази поєднуються один з одним у будь-яких пропорціях, і в цьому випадку говорити про насичення немає сенсу. Однак при розчиненні газу в рідині існує певна гранична концентрація, яка залежить від тиску та температури. Розчинність газів у деяких рідинах корелює з їхньою здатністю до зрідження. Найбільш легко зріджувані гази, наприклад NH 3 , HCl, SO 2 більш розчинні, ніж важко зріджувані гази, наприклад O 2 , H 2 та He. За наявності хімічної взаємодії між розчинником та газом (наприклад, між водою та NH 3 або HCl) розчинність збільшується. Розчинність даного газу змінюється з природою розчинника, проте порядок, в якому розташовуються гази відповідно до збільшення їх розчинності, залишається приблизно однаковим для різних розчинників.

Процес розчинення підпорядковується принципу Ле Шательє (1884): якщо на систему, що знаходиться в рівновазі, виявляється якийсь вплив, то в результаті процесів, що протікають в ній, рівновага зміститься в такому напрямку, що наданий вплив зменшиться. Розчинення газів у рідинах зазвичай супроводжується виділенням тепла. При цьому відповідно до принципу Ле Шательє розчинність газів зменшується. Це зменшення тим помітніше, чим вища розчинність газів: такі гази мають б

більшу теплоту розчинення. "М'який" смак кип'яченої або дистильованої води пояснюється відсутністю в ній повітря, оскільки його розчинність при високій температурі дуже мала.

Зі зростанням тиску розчинність газів збільшується. Згідно із законом Генрі (1803), маса газу, який може розчинитися в даному обсязі рідини за постійної температури, пропорційна його тиску. Ця властивість використовується для приготування газованих напоїв. Вуглекислий газ розчиняють у рідині при тиску 3-4 атм.; у цих умовах у цьому обсязі може розчинитися в 3-4 рази більше газу (за масою), ніж за 1 атм. Коли ємність з такою рідиною відкривають, тиск у ній падає, і частина розчиненого газу виділяється у вигляді бульбашок. Аналогічний ефект спостерігається при відкритті пляшки шампанського або виході на поверхню підземних вод, насичених на великій глибині вуглекислим газом.

При розчиненні в одній рідині суміші газів розчинність кожного з них залишається такою ж, як і відсутність інших компонентів при такому ж тиску, як у випадку суміші (закон Дальтона).

Рідини. Взаємна розчинність двох рідин визначається тим, наскільки подібною є будова їх молекул («подібне розчиняється в подібному»). Для неполярних рідин, наприклад вуглеводнів, характерні слабкі міжмолекулярні взаємодії, тому молекули рідини легко проникають між молекулами інший, тобто. рідини добре поєднуються. Навпаки, полярні та неполярні рідини, наприклад вода та вуглеводні, змішуються один з одним погано. Кожній молекулі води потрібно спочатку вирватися з оточення інших таких молекул, що сильно притягають її до себе, і проникнути між молекулами вуглеводню, що притягають її слабо. І навпаки, молекули вуглеводню, щоб розчинитися у воді, повинні протиснутися між молекулами води, долаючи їхнє сильне взаємне тяжіння, а для цього потрібна енергія. При підвищенні температури кінетична енергія молекул зростає, міжмолекулярна взаємодія слабшає та розчинність води та вуглеводнів збільшується. При значному підвищенні температури можна досягти повної взаємної розчинності. Таку температуру називають верхньою критичною температурою розчинення (ВКТР).

У деяких випадках взаємна розчинність двох рідин, що частково змішуються, збільшується при зниженні температури. Цей ефект спостерігається в тому випадку, коли при змішуванні виділяється тепло, зазвичай, в результаті хімічної реакції. При значному зниженні температури, але не нижче точки замерзання можна досягти нижньої критичної температури розчинення (НКТР). Можна припустити, що це системи, мають НКТР, мають і ВКТР (зворотне обов'язково). Однак у більшості випадків одна з рідин, що змішуються, кипить при температурі нижче ВКТР. У системи нікотин-вода НКТР дорівнює 61

° С, а ВКТР становить 208° C. В інтервалі 61-208° C ці рідини обмежено розчинні, а поза цим інтервалом мають повну взаємну розчинність.Тверді речовини. Усі тверді речовини виявляють обмежену розчинність у рідинах. Їхні насичені розчини мають при даній температурі певний склад, який залежить від природи розчиненої речовини та розчинника. Так, розчинність хлориду натрію у воді у кілька мільйонів разів вище розчинності нафталіну у воді, а при розчиненні їх у бензолі спостерігається зворотна картина. Цей приклад ілюструє загальне правило, згідно з яким тверда речовина легко розчиняється в рідині, що має з ним подібні хімічні та фізичні властивості, але не розчиняється у рідині з протилежними властивостями.

Солі зазвичай легко розчиняються у воді та гірше - в інших полярних розчинниках, наприклад у спирті та рідкому аміаку. Однак розчинність солей теж істотно відрізняється: наприклад, нітрат амонію має в мільйони разів більшу розчинність у воді, ніж хлорид срібла.

Розчинення твердих речовин у рідинах зазвичай супроводжується поглинанням тепла, і відповідно до принципу Ле Шательє їхня розчинність повинна збільшуватися при нагріванні. Цей ефект можна використовувати для очищення речовин шляхом перекристалізації. Для цього їх розчиняють при високій температурі до отримання насиченого розчину, потім охолоджують розчин і після випадання розчиненої речовини в осад профільтровують. Є речовини (наприклад, гідроксид, сульфат та ацетат кальцію), розчинність яких у воді зі зростанням температури зменшується.

Тверді речовини, як і рідини, теж можуть розчинятися одна в одній повністю, утворюючи гомогенну суміш - твердий істинний розчин, аналогічний рідкому розчину. Частково розчинні одна в одній речовини утворюють два рівноважних сполучених твердих розчину, склади яких змінюються з температурою.

Коефіцієнт розподілу. Якщо до рівноважної системи двох рідин, що не змішуються або частково змішуються, додати розчин будь-якої речовини, то воно розподіляється між рідинами у певній пропорції, не залежної від загальної кількості речовини, за відсутності хімічних взаємодій в системі. Це правило отримало назву закону розподілу, а відношення концентрацій розчиненої речовини в рідинах – коефіцієнта розподілу. Коефіцієнт розподілу приблизно дорівнює відношенню розчинності даної речовини у двох рідинах, тобто. речовина розподіляється між рідинами відповідно до його розчинностей. Ця властивість використовується для екстракції даної речовини з її розчину в одному розчиннику за допомогою іншого розчинника. Ще одним прикладом застосування є процес екстракції срібла з руд, до складу яких воно часто входить разом зі свинцем. Для цього до розплавленої руди додають цинк, який не змішується зі свинцем. Срібло розподіляється між розплавленим свинцем та цинком, переважно у верхньому шарі останнього. Цей шар збирають та відокремлюють срібло дистиляцією цинку.Твір розчинності (ПР ). Між надлишком (осадом) твердої речовини M x B y та його насиченим розчином встановлюється динамічна рівновага, що описується рівняннямКонстанта рівноваги цієї реакції дорівнює

і називається добутком розчинності. Вона стала при даних температурі і тиску і є величиною, на підставі якої розраховують розчинність осаду і змінюють її. Якщо в розчин додати сполуку, що дисоціює на іони, однойменні з іонами малорозчинної солі, то відповідно до виразу для ПР розчинність солі зменшується. При додаванні з'єднання, що реагує з одним з іонів, вона, навпаки, збільшиться.Про деякі властивості розчинів іонних сполук Див. такожЕЛЕКТРОЛІТИ. ЛІТЕРАТУРАШахпаронов М.І. Введення в молекулярну теорію розчинів . М., 1956
Ремі І. Курс неорганічної хімії , ТТ. 1-2. М., 1963, 1966

3. Вуглеводні

Вуглеводні,органічні сполуки, молекули яких складаються лише з атомів вуглецю та водню.

Найпростіший представник - метан СН 4 . Вуглеводні є родоначальниками всіх інших органічних сполук, величезне розмаїття яких можна отримати введенням функціональних груп в молекулу вуглеводню; тому органічну хімію часто визначають як хімію вуглеводнів та їх похідних.

Вуглеводні залежно від молекулярної маси можуть бути газоподібними, рідкими або твердими (але пластичними) речовинами. З'єднання, що містять у молекулі до чотирьох атомів вуглецю, у звичайних умовах - гази, наприклад, метан, етан, пропан, бутан, ізобутан; ці вуглеводні входять до складу пального природного та попутного нафтового газів. Рідкі вуглеводні входять до складу нафти та нафтопродуктів; вони, зазвичай, містять до шістнадцяти атомів вуглецю. До складу деяких восків, парафіну, асфальтів, бітуму, гудрону входять ще важчі вуглеводні; так, до складу парафіну входять тверді вуглеводні, що містять від 16 до 30 атомів вуглецю.

Вуглеводні діляться на сполуки з відкритим ланцюгом - аліфатичні, або нециклічні, сполуки із замкнутою циклічною структурою - аліциклічні (не мають властивість ароматичності) і ароматичні (в їх молекулах є бензольне кільце або фрагменти, побудовані з конденсованих бензольних кілець). Ароматичні вуглеводні виділяють в окремий клас, оскільки через наявність замкнутої сполученої системи гс-зв'язей вони мають специфічні властивості.

Нециклічні вуглеводні можуть мати нерозгалужену ланцюг вуглецевих атомів (молекули нормальної будови) і розгалужену (молекули изостроения), Залежно від типу зв'язків між атомами вуглецю як аліфатичні, так і циклічні вуглеводні поділяються на насичені, містять тільки прості , і ненасичені, що містять поряд з простими кратні зв'язки (алкени, циклоалкени, дієни, алкіни, циклоалкіни).

Класифікація вуглеводнів відбито на схемі (див. стор. 590), де дано також приклади структур представників кожного класу вуглеводнів.

Вуглеводні незамінні як джерело енергії, оскільки основна загальна властивість всіх цих сполук - виділення значної кількості теплоти при горінні (наприклад, теплота згоряння метану становить 890 кДж/моль). Суміші вуглеводнів використовують як паливо на теплових станціях та в котельнях (природний газ, мазут, котельне паливо), як паливо для двигунів автомобілів, літаків та інших транспортних засобів (бензин, гас та дизельне паливо). При повному згорянні вуглеводнів утворюються вода та вуглекислий газ.

За реакційною здатністю різні класи вуглеводнів сильно відрізняються один від одного: насичені сполуки відносно інертні, для ненасичених характерні реакції приєднання по кратних зв'язках, для ароматичних сполук - реакції заміщення (наприклад, нітрування, сульфування).

Вуглеводні використовують як вихідні та проміжні продукти в органічному синтезі. У хімічній та нафтохімічній промисловості застосовують не лише вуглеводні природного походження, а й синтетичні. Способи отримання останніх засновані на переробці природного газу (виробництво та використання синтез-газу - суміші СО та Н2), нафти (крекінг), кам'яного вугілля (гідрогенізація), а останнім часом і біомаси, зокрема відходів сільського господарства, переробки деревини та інших виробництв.

3.1 Граничний вуглеводні. Алкани CnH3n+2

Особливості хімічної будови

Основні фізичні та хімічні властивості:

СН4 газ без кольору та запаху, легший за повітря, нерозчинний у воді

С-С4 – газ;

С5-С16 - рідина;

С16 і більше – тверда речовина

Приклади вуглеводнів, що використовуються в косметології, їх склад та властивості (парафін, вазелін).

У косметиці вуглеводні використовують для створення плівки, що забезпечує ковзний ефект (наприклад, масажних кремах), і в якості структуроутворюючих компонентів різних препаратів.

Газоподібні вуглеводні

Метон та етан є складовими частинами природного газу. Пропан та бутан (у зрідженому вигляді) - пальне для транспорту.

Рідкі вуглеводні

Бензин. Прозора, займиста рідина з типовим запахом, легко розчинна в органічних розчинниках (спирті, ефірі, чотирихлористому вуглеці). Суміш бензину та повітря - сильна вибухова речовина. Спеціальний бензин іноді застосовують для знежирення та очищення шкіри, наприклад, від залишків пластиру.

Вазелинове масло. Рідкий, в'язкий вуглеводень із високою точкою кипіння та низькою в'язкістю. У косметиці застосовується як олія для волосся, олія для шкіри, входить до складу кремів. Парафінове масло. Прозора, безбарвна, не має ні кольору, ні запаху, густа, масляниста речовина, високої в'язкості, нерозчинна у воді, майже нерозчинна в етанолі, розчинна в ефірі та інших органічних розчинниках. Тверді вуглеводні

Парафін. Суміш твердих вуглеводнів, що отримується при дистиляції парафінової фракції нафти. Парафін є кристалічною масою зі специфічним запахом і нейтральною реакцією. Парафін застосовується у термотерапії. Розплавлений парафін, що має високу теплоємність, повільно остигає і, поступово віддаючи тепло, довго підтримує рівномірне зігрівання тіла. Охолоджуючи, парафін переходить з рідкого стану в твердий і, зменшуючись в обсязі, здавлює тканини, що підлягають. Перешкоджаючи гіперемії поверхневих судин, розплавлений парафін підвищує температуру тканин та різко посилює потовиділення. Показаннями до парафінотерапії є себорея шкіри обличчя, вугрі, особливо індуративні вугри, інфільтрована хронічна екзема. Доцільно після парафінової маски призначати чищення шкіри обличчя.

Церезін. Суміш вуглеводнів, що отримується при переробці озокериту. Застосовується в декоративній косметиці як загусник, так як добре змішується з жирами.

Вазелін – суміш вуглеводнів. Є гарною основою для мазей, не розкладає лікарські речовини, що входять до їх складу, поєднується з маслами та жирами в будь-яких кількостях. Всі вуглеводні не омиляються, не можуть проникати безпосередньо через шкіру, тому використовуються у косметиці як поверхневий захисний засіб. Всі рідкі, напівтверді та тверді вуглеводні не гіркують (не піддаються впливу мікроорганізмів).

Розглянуті вуглеводні називаються ациклічними. Їм протиставляють циклічні (що мають у складі молекули бензольне кільце) вуглеводні, які одержують при перегонці кам'яновугільної смоли - бензол (розчинник), нафталін, який раніше застосовувався як засіб проти молі, антрацен та інші речовини.

3.2 Ненасичені вуглеводні

Алкени (етиленові вуглеводні) – ненасичені вуглеводні, в молекулах яких є один подвійний зв'язок

Особливості хімічної будови

З 2 H 4 етилен – безбарвний газ зі слабким солодкуватим запахом, легший за повітря, мало розчинний у воді.

Принципи складання назви вуглеводнів:

Вуглеводні, що містять подвійний зв'язок, закінчуються на -єн.

Етан З 2 H 6 етен З 2 H 4

3.3 Циклічні та ароматичні вуглеводні, принципи хімічної будови, приклади

Арени (ароматичні вуглеводні), молекули яких містять стійкі циклічні структури - бензольні ядра, з особливим характером зв'язків.

У молекулі бензолу немає одинарних (С - Про і подвійних (С = С) зв'язків. Всі зв'язки рівноцінні, їх довжини рівні, Це особливий вид зв'язку - кругове сполучення.

Гібридизація - ;s р 2 Валентний кут -120 °

Шість негібридних зв'язків утворюють єдину -електронну систему (ароматичне ядро), яке розташовується перпендикулярно до площини бензольного кільця.

Хімічні властивості:

Бензол займає проміжне положення між граничними та ненасиченими вуглеводнями, т.к. вступає в реакцію заміщення (протікає легко) та приєднання (протікає важко).

Азулен.Це циклічний вуглеводень, який отримує синтетичним шляхом (природний аналог хамазулен отримують з квіток ромашки і деревію). Азулен має протиалергічні та протизапальні властивості, знімає спазм гладкої "мускулатури, прискорює процеси регенерації та загоєння тканин. Застосовується в косметиці в концентрованому вигляді (рідина темно-синього кольору) і у вигляді 25%-ного розчину у складі дитячих кремів, зубної пасти засобів, а також у смолах для біомеханічної депіляції.

4. Спирти

4.1 Визначення

Спирти - це органічні сполуки, у яких один атом водню (Н) замінено гідроксильною групою (ОН).

4.2 Функціональні групи. Класифікація спиртів на одноатомні та багатоатомні спирти, приклади. Принципи складання назви спиртів

Відповідно до кількості ОН-груп розрізняють одно-і багатоатомні спирти.

Залежно від розташування ОН-групи спирти поділяються на первинні, вторинні та третинні. На відміну від парафін-вуглеводнів вони мають відносно високу точку кипіння. Всі багатоатомні спирти мають солодкуватий присмак.

Спирти із короткими ланцюжками гідрофільні, тобто. змішуються з водою і добре розчиняють гідрофільні речовини, Одноатомні спирти з довгими ланцюжками майже зовсім не розчиняються у воді, тобто. гідрофобні.

Спирти з великою масою молекул (жирні спирти) при температурі кімнатної тверді (наприклад, миристиловий або цетиловий спирт). Спирт, що містить понад 24 атоми вуглецю, називають вощеним спиртом.

Зі збільшенням числа гідроксильних груп посилюються солодкий присмак та розчинність спирту у воді. Тому гліцерин (3-атомний спирт), схожий на олію, добре розчиняється у воді. Твердий 6-атомний спирт сорбіт використовується як замінник цукру для діабетичних хворих.

4.3 Основні хімічні та фізичні властивості спиртів, їх застосування у косметології (метанол, етанол, ізопропанол, гліцерин)

Одноатомні спирти

Метанол (метиловий спирт, деревний спирт) - прозора, безбарвна рідина, що легко змішується з водою, спиртом та ефіром. Ця вкрай отруйна речовина у косметиці не застосовується.

Етанол (етиловий спирт, винний спирт, спирт харчовий) - прозора, безбарвна, летюча рідина, може змішуватися з водою та органічними розчинниками, значно менш отруйний, ніж метанол, широко застосовується в медицині та косметиці як розчинник для біологічно активних речовин (ефірних олій , смол, йоду і т.д.). Отримують етанол у результаті бродіння речовин, що містять цукор та крохмаль. Процес бродіння відбувається з допомогою ферментів дріжджів. Після бродіння спирт виділяють шляхом перегонки. Потім проводиться очищення від небажаних речовин-домішок (ректифікація). Етанол надходить в аптеки переважно міцністю 96°. Інші суміші етанолу з водою містять 90, 80, 70, 40% спирту. Майже чистий спирт (з незначними домішками води) називають абсолютним спиртом.

Залежно від мети застосування спирту ароматизують його різними добавками (ефірними маслами, камфорою). Етанол сприяє розширенню підшкірних капілярів, має дезінфікуючу дію.

Туалетна вода для обличчя може містити від 0 до 30% спирту, лосьйон для волосся – близько 50%, одеколон – не менше 70%. До складу лавандової води входить близько 3% ефірної олії. Духи містять від 12 до 20% ефірних олій та фіксатор, одеколони - близько 9% ефірних олій та трохи фіксатора. Ізопропанол (ізопропіловий спирт) - повноцінний і недорогий замінник етанолу, відноситься до вторинних спиртів. Навіть очищений ізопропіловий спирт має характерний запах, який не піддається усуненню. Дезінфікуючі та знежирюючі властивості ізопропанолу сильніші, ніж у етилового спирту. Він застосовується лише зовнішньо, у складі туалетної води для волосся, фіксаторах і т.п. Горілка не повинна містити ізопропанол, а в спиртовій настойці на хвойних голках (хвойний концентрат) допускається його незначна кількість.

Багатоатомні спирти

Двохатомні спирти мають стандартне закінчення назви – гліколь. У косметичних препаратах як розчинник і зволожувач застосовують пропіленгліколь, що володіє невисокою токсичністю. Двохатомні спирти, або гліколі, за замісною номенклатурою називають діолами. Трихатомний спирт - гліцерин - широко використовується в медицині та фармацеї. За консистенцією гліцерин схожий на сироп, майже без запаху, гігроскопічний, має солодкий присмак, розчинний у всіх інших речовинах, що містять ОН-групу, нерозчинний в ефірі, бензині, хлороформі, жирних та ефірних маслах. У торгівлю надходить 86 - 88%-ний гліцерин і зневоднений 98%-ний гліцерин. У розведеному вигляді гліцерин входить до складу кремів для шкіри, туалетної води для обличчя, зубних паст, мила для гоління, гелю для рук. Розбавлений у відповідній пропорції, пом'якшує шкіру, робить її еластичною, замінюючи природний фактор вологості шкіри. У чистому вигляді препарати для догляду за шкірою не застосовується, оскільки пересушує її. та здоров'я людини органічної хіміїАН СРСР, одним із організаторів... до кількох областей органічної хімії - хіміїаліциклічних сполук, хіміїгетероциклів, органічномукаталізу, хіміїбілка та амінокислот. ...

Ефекти іонної асоціації в органічної хімії

Реферат >> Хімія

Стереохімічну спрямованість процесу. У органічної хіміїінтерес до іонних пар виник... найяскравіших фізичних досягнень органічної хімії. Дослідження реакцій, в... пор концепція іонних пар в органічної хіміїзазнала значних змін; були...

Я пам'ятаю, як визначення агрегатного стану речовини нам пояснювали ще у початкових класах. Вчителька навела гарний приклад про олов'яного солдатика і тоді всім стало зрозуміло. Нижче спробую освіжити свої спогади.

Визначити стан речовини

Ну тут все просто: якщо речовина береться в руки, її можна помацати і при натисканні на неї вона зберігає свої обсяги і форму - це твердий стан. У рідкому стані речовина не зберігає форму, але зберігає об'єм. Наприклад, у склянці стоїть вода, на даний момент вона має форму склянки. А якщо її перелити в чашку, то вона набуде форми чашки, але кількість самої води не зміниться. Це означає, що речовина у рідкому стані може змінювати форму, але не об'єм. У газоподібному стані не зберігається ні форма, ні обсяг речовини, а вона намагається заповнити весь доступний простір.

А стосовно таблиці, варто згадати, що цукор і сіль можуть здатися рідкими речовинами, але насправді вони сипкі речовини, весь їх обсяг складається з маленьких твердих кристалів.

Стан речовини: рідкий, твердий, газоподібний

Усі речовини у світі перебувають у певному стані: твердому, рідкому чи вигляді газу. І будь-яка ж речовина може перейти з одного стану до іншого. Дивно, але навіть олов'яний солдатик може бути рідким. Але для цього треба створити певні умови, а саме - помістити його в сильно розігріте приміщення, де олово розплавиться і перетвориться на рідкий метал.

Але найпростіше розглянути агрегатні стани на прикладі води.

Якщо рідку воду заморозити, вона перетворитися на лід - це її твердий стан.
Якщо рідку воду сильно розігріти, вона почне випаровуватися - це її газоподібний стан.
А якщо нагріти кригу, то вона почне танути і знову перетвориться на воду – це називається рідким станом.

Особливо варто виділити процес конденсації: якщо сконцентрувати та охолодити випарену воду, то газоподібний стан перейде у твердий – це називається конденсацією, і так утворюється сніг в атмосфері.