Пример \(\PageIndex{1}\): «Крепость» алкоголя как единица концентрации

Например, в Соединенных Штатах содержание алкоголя в спиртных напитках определяется как двойное процентное содержание алкоголя по объему (об./об.). называется доказательством. Какова концентрация алкоголя в спиртных напитках Bacardi 151 , которые продаются с крепостью 151 (отсюда и название)?

Раствор

Он будет иметь содержание спирта 75,5% (вес/вес) в соответствии с определением «пруф».

При расчете этих процентов единицы измерения растворенного вещества и раствора должны быть эквивалентными единицами (а весовые/объемные проценты (масс./об.%) определяются в граммах и миллилитрах).

Единицы концентрации разведения

Иногда, когда растворы слишком разбавлены, их процентная концентрация слишком мала. Таким образом, вместо использования очень низких процентных концентраций, таких как 0,00001% или 0,000000001%, мы выбираем другой способ выражения концентраций. Следующий способ выражения концентраций аналогичен кулинарным рецептам. Например, в рецепте может быть указано, что нужно использовать 1 часть сахара и 10 частей воды. Как вы знаете, это позволяет использовать в уравнении такие количества, как 1 стакан сахара + 10 стаканов воды. Однако вместо того, чтобы использовать количество рецепта «1 часть на десять», химики часто используют частей на миллион , частей на миллиард или частей на триллион для описания разбавленных концентраций.

• Части на миллион : Концентрация раствора, содержащего 1 г растворенного вещества и 1000000 мл раствора (так же, как 1 мг растворенного вещества и 1 л раствора), создаст очень маленькую процентную концентрацию. Поскольку раствор, подобный этому, был бы очень разбавленным, плотность раствора хорошо аппроксимируется плотностью растворителя; для воды это 1 г/мл (но будет отличаться для разных растворителей). Итак, после математических расчетов и преобразования миллилитров раствора в граммы раствора (при условии, что вода является растворителем): \[\dfrac{\text{1 г растворенного вещества}}{\text{1000000 мл раствора}} \times \dfrac {\text{1 мл}}{\text{1 г}} = \dfrac{\text{1 г растворенного вещества}}{\text{1000000 г раствора}}\] Получаем (1 г растворенного вещества)/(1000000 г решение). Поскольку и растворенное вещество, и раствор теперь выражаются в граммах, теперь можно сказать, что концентрация растворенного вещества составляет 1 часть на миллион (ppm). \[\text{1 ppm}= \dfrac{\text{1 мг растворенного вещества}}{\text{1 л раствора}}\] Вместо этого можно использовать единицу ppm в терминах объем/объем (v/v). (см. пример ниже).

• Частей на миллиард : Частей на миллиард (ppb) почти как ppm, за исключением того, что 1 ppb в 1000 раз более разбавлен, чем 1 ppm. \[\text{1 ppb} = \dfrac{1\; \mu \text{g раствор}}{\text{1 л раствора}}\]
• Части на триллион : Как и в случае с ppb, идея частей на триллион (ppt) аналогична концепции частей на миллион. Однако 1 ppt в 1000 раз более разбавлен, чем 1 ppb, и в 1000000 раз более разбавлен, чем 1 ppm. \[\text{1 ppt} = \dfrac{ \text{1 нг растворенного вещества}}{\text{1 л раствора}}\]

Пример \(\PageIndex{2}\): частей на миллион в атмосфере

Вот таблица с объемными процентами различных газов, содержащихся в воздухе. Объемный процент означает, что на 100 л воздуха приходится 78,084 л азота, 20,946 л кислорода, 0,934 л аргона и так далее; Объемный процент массы отличается от состава по массе или состава по количеству молей.

Название элемента	Объемный процент (об./об.)	частей на миллион (об/об)
Азот	78. 084	780 840
Кислород	20,946	209 460
Водяной пар	4,0%	40 000
Аргон	0,934	9 340
Углекислый газ	0,0379	379* (но быстро растет)
Неон	0,008	8,0
Гелий	0,000524	5,24
Метан	0,00017	1,7
Криптон	0,000114	1,14
Озон	0,000001	0,1
Моноксид азота	0,00003	0,305

Единицы концентрации, основанные на молях

• Мольная доля : Мольная доля вещества – это доля всех его молекул (или атомов) от общего числа молекул (или атомов). Это также может иногда пригодиться при работе с уравнением \(PV=nRT\). \[\chi_A= \dfrac{\text{количество молей вещества A}}{\text{общее количество молей в растворе}}\] Кроме того, имейте в виду, что сумма мольных долей каждого из веществ в растворе равно 1. \[\chi_A + \chi_B + \chi_C \;+\; … \;=1\]
• Мольные проценты : Мольные проценты (вещества A) выражены \(\chi_A\) в виде процентов. \[\text{Молярный процент (вещества A)}= \chi_A \times 100\%\]
• Молярность : Молярность (M) раствора используется для представления количества молей растворенного вещества на литр раствора. \[M= \dfrac{\text{Моли растворенного вещества}}{\text{Литры раствора}}\]
• Моляльность : Моляльность (m) раствора используется для представления количества молей растворенного вещества на килограмм растворителя. \[m= \dfrac{\text{Моли растворенного вещества}}{\text{Килограммы растворителя}}\]

Уравнения молярности и моляльности отличаются только своими знаменателями. Однако это огромная разница. Как вы помните, объем зависит от температуры. При более высоких температурах объемы жидкостей увеличиваются, а при более низких температурах объемы жидкостей уменьшаются. Поэтому молярности растворов также различаются при разных температурах. Это создает преимущество использования моляльности над молярностью. Использование моляльностей, а не молярностей для лабораторных экспериментов лучше всего удерживает результаты в более близком диапазоне. Поскольку объем не является частью его уравнения, моляльность не зависит от температуры.

Пример \(\PageIndex{1}\)

В растворе содержится 111,0 мл (110,605 г) растворителя и 5,24 мл (6,0508 г) растворенного вещества. Найдите массовый процент, объемный процент и массовый/объемный процент растворенного вещества.

Раствор

Процент по массе

= (Масса растворенного вещества) / (Масса раствора) x 100%|

=(6,0508г) / (110,605г + 6,0508г) x 100%

=(0,0518688312) x 100%0025

Объемный процент

= (Объем растворенного вещества) / (Объем раствора) x 100 %

= (5,24 мл) / (111,0 мл + 5,24 мл) x 100 %

= (0,04507

=4,507

9%

Объемный процент = 4,51%

Масса/объемный процент

= (масса растворенного вещества) / (объем раствора) x 100% ) x 100 %

= (0,0520) x 100 %

= 5,205 %

Процент массы/объема = 5,2054 %

Пример \(\PageIndex{2}\)

Используя раствор, показанный на рисунке ниже, найдите молярный процент вещества C. (1mol C / 6.022×10 ²³ C molecules) = 8.30288941×10 ^{— 24} mol C

Total Moles= (24 molecules) x (1mol / 6.022×10 ²³ molecules)= 3.98538691×10 ^{— 23} моль всего

X _C = (8,30288941×10 ^{— 24} моль C) / (3,98538691×10 ^{— 23} моль) = . 2083333333

Процентный процент C

= X7 C4343434343888888888888). 100%

= 20,83333333

Моль Процент C = 20%

Пример \(\PageIndex{3}\)

1,5 л воды состоит из 0,25 г NaCl. Найдите его молярность.

Раствор

Моль NaCl = (0,25 г) / (22,99 г + 35,45 г) = 0,004277 моль NaCl

Молярность

= (моль растворенного вещества) / (литры раствора)

= (0,004277MOL NaCl) / (1,5 л)

= 0,002851 М

Molarity = 0,0029M

. PageIndex{4}\)

0,88 г NaCl растворяют в 2,0 л воды. Найдите его моляльность.

Раствор

Моль NaCl= (0,88 г) / (22,99 г + 35,45 г) = 0,01506 моль NaCl

Масса воды = (2,0 л) x (1000 мл / 1 л) x (1 г / 1 мл) x (1 кг) / 1000 г) = 2,0 кг воды

Моляльность

= (Моли растворенного вещества) / (кг растворителя)

= (0,01506 моль NaCl) / (2,0 кг)

= 0,00752 м

Моляльность = 90

Ссылки

1. Петруччи, Харвуд, Херринг. Общая химия: принципы и современные приложения. 8-е изд. Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон / Прентис-Холл, 2002. 528-531
.

---

4.3: Композиция Решений распространяется по незаявленной лицензии и была создана, изменена и/или курирована LibreTexts.

1. Наверх
• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Показать страницу TOC

   № на стр.

2. Теги

   На этой странице нет тегов.

Формулы состава твердорастворных сплавов, полученные из химико-ближнего порядка

Реферат

Твердые растворы являются основой для большинства промышленных сплавов. Однако связи между характерными для них ближними порядками и химическим составом не установлены. В настоящей работе параметр Коули α сочетается с нашей моделью кластер плюс атом клея для точного определения химических единиц бинарных сплавов твердого раствора гранецентрированного кубического типа. Химическая единица несет информацию об атомной структуре и химическом составе, что объясняет преобладающие промышленные сплавы. Например, химические единицы в Cu _68,9 Zn _31,1 сплав с α ₁ =-0,137 составлены как [Zn-CU ₁₀ Zn ₂ ] ZN ₂ ZN ₂ ] ₂ 2 ₂ ] 2 2 ]. ₂ ]Zn ₃ Cu ₁ , с 64,0–70,0 мас.% Cu, что соответствует наиболее широко используемой патронной латуни C26000 (68,5–71,5 Cu). Эта работа отвечает на давний вопрос о происхождении состава промышленных сплавов на основе твердых растворов, прослеживая молекулярные химические единицы, участвующие в химическом ближнем упорядочении в твердых растворах.

Введение

В одном из ранних обзоров по твердым растворам в 1925 г. Бруни ¹ поднял предварительный вопрос: продолжает ли химическая молекула существовать в кристаллическом состоянии? Этот вопрос в настоящее время выглядит довольно наивным, но ответ на него должен быть дан в его время, так как большинство металлов основаны на твердых растворах и все они имеют определенный химический состав, как и любое молекулярное вещество, химия которого заключена в молекулярной структуре. Первые результаты рентгеновских анализов по Брэггу ² ответил на этот вопрос отрицательно, утверждая, что внутри кристаллического строения существуют только атомы, а молекула исчезает в решетке. Однако структурное происхождение химических составов промышленных сплавов остается открытым. Ключ к пониманию тайны состава должен лежать в структуре твердых растворов, которая была горячей темой в начале двадцатого века. Брэгг и Уильямс были одними из первых, кто предложил статистическую модель, которая рассматривает порядок и беспорядок в твердых растворах как совместное явление дальнего действия ³ . Затем эта модель была расширена Бете ⁴ до более сложной теории, предполагающей короткодействующее взаимодействие в ближайших окрестностях. Дальний и ближний порядок хорошо объединены в параметрах ближнего порядка Коули ⁵ α _i , выражающих взаимодействие данного атома А с атомами i -й оболочки атомов, окружающих его :

$$\alpha_{{\text{i}}} = 1 — \frac{{n_{i}}}{{m_{B} c_{i} }}$$

(1)

где n _i – число атомов B среди c _i атомов i -й оболочки, а m _{B – доля атомов B в молях A Бинарный сплав –Б. Уравнения для параметра дальнего порядка Брэгга и Вильямса получаются при рассмотрении предельного случая i очень большим. С тех пор хорошо известно, что ближний порядок является основной структурной особенностью твердых растворов.}

В попытке исследовать происхождение состава, подразумеваемое такими упорядоченными и неупорядоченными локальными структурами, наша команда занималась разработкой так называемой модели кластера плюс атома клея ^6,7,8 , которая упрощает любую краткосрочную модель. порядок диапазона в локальную единицу, охватывающую кластер ближайшего соседа плюс несколько атомов клея следующего соседа, выраженную в форме формулы кластера как [кластер] (атомы клея). Эта структурная единица, демонстрирующая нейтральность заряда и среднюю плотность после осцилляции Фриделя ⁹ , во многом напоминает химические молекулы и в дальнейшем называется «химической единицей» ⁷ . Единственное отличие от общепринятого понятия молекулы заключается в способе разделения химических звеньев: вместо относительно слабых межмолекулярных сил между молекулами здесь химические звенья связаны химической связью. Анализируя многие промышленные сплавы, мы показали, что все популярные сплавы основаны на простых формулах кластер плюс атом клея, таких как [Zn-Cu ₁₂ ]Zn ₄ для Cu-30Zn, [Ni-Fe ₁₂ ]Cr ₂ (Ni,Nb,Ti) для мартенситностареющей нержавеющей стали Custom465 и т. д. ⁷ .

Однако, несмотря на доказанную способность модели «кластер плюс атом клея» интерпретировать происхождение состава сплавов, существует очевидный разрыв между идеализированными формулами (например, ближайшие соседи всегда полностью заняты атомами растворителя, такими как [Zn-Cu ₁₂ ]Zn ₄ ) и реальный химический ближний порядок (ближайшие соседи всегда смешанно-заселенные), который можно измерить, например, с помощью параметра α _и . Параметр α _и описывает статистическое отклонение от среднего состава сплава в каждой оболочке повторного циферблата. Отклонение состава проявляется наиболее заметно у первого и второго ближайших соседей, что полностью согласуется с картиной модели кластер плюс атом клея, которая также охватывает тот же радиальный диапазон. Настоящая работа является нашей первой попыткой восполнить пробел, показав, как связаны измеряемые параметры α _и , в рамках модели кластер плюс атом клея, к построению формул состава типичных бинарных сплавов твердых растворов с гранецентрированной кубической (ГЦК) структурой.

Теоретические методы

Сначала мы кратко рассмотрим основы, которые приводят к химическим единицам, как подробно описано в ссылке ⁷ . Ближний порядок формируется за счет экранирования заряда вокруг любого данного атома, что создает колебательное распределение электронной плотности, а именно осцилляции Фриделя 9{{3}}\), ощущаемый электронами на радиальном расстоянии r , периодически затухает в третьей степени r , где k _F волновой вектор Ферми. Это колебательное поведение электронов, в свою очередь, вызывает такое же колебание атомной плотности 90 470 г 90 471 (90 470 r 90 471 ) в реальном пространстве, которое заметно в коротком диапазоне 90 470 r 90 471, особенно в ближайших и следующих за ближайшими окрестностях. Местная химическая единица определяется с использованием расстояния отсечки нейтрального заряда, равного 1,76·9.0470 λ _Fr , λ _Fr  = π/ k _F ближайшие атомы-кластеры окружают длину волны Фриделя. Для структуры FCC ее модель кластера плюс атома клея показана на рис. 1b, кластер представляет собой кубооктаэдр с координационным числом 12, а оболочка атома клея в соседней окрестности представляет собой октаэдр с координацией 6. Твердый раствор тогда рассматривается как случайная упаковка таких единиц, как схематично показано на рис. 1a. Химическая единица бинарной системы A–B выражается в форме кластерной формулы как [AM ₁₂ ] A _x B _y , где M ₁₂ = B _{N 1} A _{12- N 1} A _{12- N 1} A _{12- N 1} A _{0 NALERSERSERSEREST ALLES. x + y представляет количество атомов клея с 0 < x + y <6.}

Рис. растворенных атомов в бинарных сплавах твердых растворов. ( 9{3}$$

(2)

where R _A/M and R _B/M are respectively the ratios of R _A and R _B over \ (R_{M} = (n_{1} \cdot R_{B} + (12 — n_{1} ) \cdot R_{A} )/12\). Обычно принимаются радиусы атомов Гольдшмидта. Когда R _A  =  R _B , x  +  y  = 3, что означает 16-атомную кластерную формулу растворителя, равного или радиально-атомного твердого раствора ГЦК [А–Б ₁₂ ](А,В) ₃ .

Как показано в ссылках ^7,14,15 , составы широко используемых промышленных сплавов, таких как сплавы меди, сплавы алюминия, нержавеющие стали и суперсплавы на основе никеля, близки к предсказаниям модели, подтверждая наличие простых химических единиц. в металлических сплавах и общность кластерного формулизма. Наша недавняя работа ¹⁶ показывает, что модель также применима к высокоэнтропийным сплавам после соответствующей элементной классификации. Аналогично можно рассматривать и твердые растворы гексагонального типа с закрытой упаковкой, поскольку они имеют такое же координационное число, равное 12 (ближайший кластер — сдвоенный октаэдр), и также являются плотно упакованными. Объемно-центрированную кубическую структуру с ромбододекаэдрическим кластером с координационным числом 14 и неплотной упаковкой следует рассматривать отдельно, работа над которой продолжается.

Now we show the two basic procedures towards constructing the chemical unit with formula [A–B _{n 1} A _{c 1- n 1} ]A _x B _y с использованием параметра ближнего порядка α ₁ .

1. (1)

   Определение ближайших атомов с использованием α ₁

Для данного сплава с известной атомной долей В m _B и координационным числом c ₁ число атомов В в ближайшей оболочке n 1 равно 3,8 n полученное непосредственно с использованием измеренного значения α ₁ по формуле (1):

$$n_{1} = m_{B} \cdot c_{1} \cdot \left( {1 — \alpha_{1} } \right)$$

(3)

п ₁ значение должно быть аппроксимировано ближайшим целым числом. Когда параметр ближнего порядка α ₁ отрицателен, целое число представляет собой округление n ₁ , поскольку атомы B имеют тенденцию к обогащению в ближайшей соседней оболочке из-за режима притяжения между центральный атом А и соседние атомы В. В качестве альтернативы, когда α ₁ положительно, целое число представляет собой сокращение n ₁ .

1. (2)

   Расчет атомов клея следующего соседа по уравнению. (2)

Путем введения в формулу. 2) атомные отношения R _A/M и R _B/M , установлена ​​связь между x и y . Это соотношение должно согласовываться и с составом сплава, т.е.0470 г ) =  м _Б . Для FCC решение ( x , y ) также ограничено 0 <  x  +  y  < 6. получают два набора близких целых чисел, так что измеренный состав сплава находится между двумя химическими единицами.

Эти процедуры будут подробно описаны при анализе типичных примеров популярных бинарных медных сплавов в следующем.

Примеры бинарных сплавов Cu

Сплав Cu-30Zn

Хотя промышленные бинарные сплавы Cu-Zn охватывают диапазон цинка до  ~ 40 % масс., Cu-30Zn или патронная латунь является наиболее широко используемой маркой. Параметры α _и , достигающие нескольких десятков оболочек, точно измерены в монокристалле Cu _68,9 Zn _31,1 методом упругой дифракции нейтронов с использованием изотопов ^{65 3,9 3 1} 1 Cu в широком интервале взаимообратных реакций. На протяжении всей статьи число в нижнем индексе после элемента указывает на атомную долю или процентное содержание, а число перед элементом представляет собой весовой процент. Измеренное α ₁  = − 0,137 указывает на то, что элемент в центре кластера имеет тенденцию быть ближайшим соседом другого элемента, что согласуется с отрицательной энтальпией смешения (Δ H _Cu-Zn  = − 6 кДж /моль) ¹⁸ . В соответствии с общей кластерной формулой бинарных ГЦК твердых растворов [A-M ₁₂ ]A _x B _y , растворенный Zn расположен в центре кластера и ближайший к нему c ₁ = 12 атомов, обогащенных в растворителе Cu, что приводит к кластерной формуле [Zn-Cu _{N 1} Zn _{12- N 1} ] ZN _{x 1} ] ZN _{x 1} ] ZN _{x 1} ] ZN _{x 1} ]. Zn-M ₁₂ ]Zn _x Cu _y , где M — усредненный атом ближайшего соседа.

Во-первых, число атомов Cu n ₁ в оболочке ближайшего соседа рассчитывается как α ₁ по уравнению. (3): n ₁  = 0,689·12·(1 + 0,137) = 9,40, что далее округляется до целого числа 10 в соответствии с режимом отрицательного взаимодействия между Zn и Cu. Тогда химическая единица принимает вид [Zn-Cu ₁₀ Zn ₂ ]Zn _x Cu _y с M = Cu _{10/12 20}

Во-вторых, отношение между x и y рассчитывается путем введения R _Zn/M и R _Cu/M в уравнение (2): 1,23 x  + 0,96 y  = 4,53. The Goldschmidt atomic radii ¹⁹ are R _Zn  = 1.39 Å and R _Cu  = 1.28 Å, R _M  = (10 R _Cu  + 2 R _Zn )/12 = 1,30 Å, так что R _A/M  = 1,39/1,30 = 1,07 и R _B/M  =9,8 1,01,28/1,28/1,28/1,07 В сочетании с составом сплава M _B = (10+ Y )/(13+ x + Y ) = 0,689, уникальное ( x , Y ) решение (2.3, 1.8). Близкие целые числа — это (2, 2) и (3, 1). The corrosponding chemical units are then [Zn-Cu ₁₀ Zn ₂ ]Zn ₂ Cu ₂  = Cu ₁₂ Zn ₅  = Cu _70.59 Zn _29.41  = Cu-30.01Zn ( мас.%) и [Zn-Cu ₁₀ Zn ₂ ]Zn ₃ Cu ₁  = Cu ₁₁ Zn ₆  = Cu _64,71 Zn _35,29  = Cu-35,96Zn. Состав сплава Cu _68,9 Zn _31,1 как раз находится между двумя составами химических единиц. Соответствующий массовый процент 64,04–69,99 мас.% Cu точно соответствует наиболее широко используемой патронной латуни C26000 (номинальное 70Cu–30Zn, с указанными диапазонами составов 68,5–71,5 Cu, 0,05 Fe макс., 0,07 Pb макс., 0,15 макс. другие (всего) , бал Zn) ²⁰ .

Cu-8Al алюминиевая бронза

In Cu ₈₅ Al ₁₅ , α ₁  = − 0,17 измеряется диффузным рентгеновским излучением в диапазоне углов от 8° до 60°

21 ^{21 приводит к n ₁  = 11,93 ≈ 12 и к химической единице [Al-Cu ₁₂ ]Al _x Cu _{y 1 1. При использовании R Al  = 1,43 Å и R Al/Cu  = 1,12 и в соответствии с составом сплава ( x , y ) решение (1,69, 3,23) и близкие целые числа (2, 3) и (1, 4). Химическая единица корпоспомингах-[Al-cu 12 ] AL 2 CU 3 = CU 15 AL 3 = CU 83,33 AL 16. 67 = = =} = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = _{. 12} ]Al ₁ Cu ₄  = Cu ₁₆ Al ₂  = Cu _88,89 Al _{11,8 4 Cu=,11,11 49034 Массовая доля атомов Al колеблется от 5,04 до 7,83, что объясняет наиболее популярный C61000 (92Cu-8Al с диапазоном составов 6,0–8,5 Al, 0,05 Fe не более, 0,02 Pb не более, 0,20 Zn не более, 0,10 Si не более, 0,50 не более Прочее (всего), бал. Cu) 20 .}}

CU-20NI-сплав

в CU ₈₀ NI ₂₀ , значение α ₁ , как измерено по рассеянию нейтрона+ ^{65 , примерное рассеяние. склонность одного и того же элемента к соседству. Количество атомов Cu в ближайшей оболочке, рассчитанное с использованием α ₁ равно 10 и соответствующая химическая единица [Cu-Cu ₁₀ Ni ₂ ]Cu _x Ni 1, Используя R _Ni  = 1,25 Å, близкие целые ( x , y ) решения представляют собой (2, 1) и (1, 2), что соответствует химическим единицам [Cu-Cu ₁₀ Ni ₂ ]Cu ₂ Ni ₁  = Cu ₁₃ Ni ₃  = Cu _81,25 Ni _18,75 = CU-17,57NI и [CU-CU ₁₀ NI ₂ ] CU ₁ NI ₄ = CU ₁₂ NI ₄ = CU ₁₂ NI ₄ = CU ₁₂ NI ₄ = CU ₁₂ NI ₄ = CU ₁₂ NI ₄ = CU ₁₂ ni ₄ = CU _{23. 54Ни. Диапазон от 17,57 до 23,54 атомов никеля объясняет сплав C71000 (80Cu-20Ni, заданные диапазоны: 19–23 Ni, 0,05 макс. Pb, 1,00 Fe, 1,0 макс. Zn, 1,00 Mn, 0,5 макс. другие (всего), bal Cu) , которые обычно используются в качестве конденсаторов, конденсаторных пластин и электрических пружин 20 .}}

Cu-2Be бериллиевая бронза

In Cu _89,1 Be _10,9 сплав, α ₁  =  + 0,077, измерено с помощью диффузионного рентгеновского рассеяния, что свидетельствует о соседстве одного и того же элемента 3 2. В рамках [CU-M ₁₂ ] CU _x BE _y , количество атомов CU N ₁ составляет 10,79 Ascald от n ₁ . в целое число 11. Используя M = Cu _11/12 Be _1/12 и R _Be  = 1,13 Å, близкое целое ( x , y ) решение равно (2, 1) и (3, 0), что приводит к химическим единицам [Cu- CU ₁₁ BE ₁ ] CU ₂ BE ₁ = CU ₁₄ BE ₂ = CU _87,50 BE _12,50 = CU _87,50 BE _12,50 87,50 BE _{12,50 87,50} BE _12,50 87,50 1 ]Cu ₃  = Cu ₁₅ Be ₁  = Cu _93,75 Be _6,25  = Cu-0,94. Этот диапазон объясняет сплав C17200 (от 1,8 до 2,0 Be, минимум 0,20 Ni + Co, максимум 0,6 Ni + Co + Fe, максимум 0,10 Pb, максимум 0,5 другого (всего), bal Cu), который является наиболее популярным сплавом Cu-Be для проявляя высокую прочность и эластичность ²⁰ .

Следует подчеркнуть, что все приведенные выше примеры сплавов относятся к промышленным маркам, наиболее часто используемым в каждой системе сплавов. Дополнительные примеры приведены в таблице 1, где большинство химических единиц объясняют общепринятые промышленные спецификации. Исключение составляют формулы для сплавов Ni ₈₀ Cu ₂₀ и Ni ₆₀ Cu ₄₀ , что свидетельствует о том, что не все формулы соответствуют хорошим сплавам, но верно и обратное: широко используемые промышленные сплавы всегда удовлетворяют специфическим кластерным формулам, т.к. это необходимо для достижения состояний гомогенизации растворенных веществ.

Таблица 1 Химические единицы типичных бинарных сплавов на основе твердого раствора с ГЦК-структурой, полученные путем объединения измеренного параметра Коули α ₁ из ссылок. ^{17,21,22,23,24,26} и модель кластер плюс атом клея.

Полноразмерная таблица

Следует напомнить, что параметры ближнего порядка, такие как параметр Коули α, чувствительны к параметрам обработки, особенно к температуре ²⁷ . В принципе, параметры ближнего порядка следует измерять в сплавах, отожженных вблизи критической температуры, когда дальний порядок полностью исчезает и атомное распределение стремится к стохастически стабильному ^28,29 . Однако критическая температура в данном сплаве обычно неизвестна. Следовательно, измеренные параметры α следует более правильно рассматривать как тенденцию, по которой атомы распределяются между ближайшими соседними узлами и ближайшими соседними связующими узлами в молекулярно-подобной химической единице. Поэтому, например, латунь Cu-30Zn также можно связать с кластерной формулой [Zn-Cu ₁₂ ]Zn ₄ , как мы ранее предлагали ⁷ , что можно рассматривать как крайний случай, когда отрицательное модель взаимодействия Zn и Cu полностью соблюдается, хотя эта формула эквивалентна [Zn-Cu ₁₀ Zn ₂ ]Zn ₂ Cu ₂ рассчитано по измеренному α ₁ .

Наконец, следует подчеркнуть, что настоящая работа представляет собой комбинацию нашей теоретической модели с измеримыми параметрами, такими как хорошо зарекомендовавший себя коэффициент Коули α ₁ . Это усилило способность нашей модели интерпретировать составы сплавов. Однако подход, развиваемый в настоящей работе, не может быть легко распространен на многокомпонентные системы (здесь мы ограничиваемся только бинарными системами), где как теоретическое описание, так и экспериментальное измерение ближнего порядка весьма затруднены. Отмечено, что в последнее десятилетие возрождаются исследования ближнего порядка, особенно в высокоэнтропийных сплавах ^30,31,32,33 . Информация, полученная с помощью сложных методов измерения и компьютерного моделирования, несомненно, обогатит наши знания о химическом ближнем упорядочении. Нашей будущей целью должно стать использование современных данных для работы со сложными по составу сплавами.

Выводы

Подводя итог, можно сказать, что после объединения измеренных параметров ближнего порядка с нашей моделью «кластер плюс атом клея» мы можем построить химические единицы, подобные молекулам, которые интерпретируют состав существующих промышленных сплавов в соответствии со стандартными марками. . Эта работа отвечает на давний вопрос о происхождении состава промышленных сплавов на основе твердых растворов, прослеживая молекулярные химические единицы, участвующие в химическом ближнем упорядочении в твердых растворах.

Доступность данных

Авторы заявляют, что основные данные, подтверждающие результаты этого исследования, содержатся в документе. Все остальные соответствующие данные можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.

Ссылки

1. Бруни Г. Твердые растворы. Хим. 1 , 345 (1925).

   КАС Статья Google ученый

2. Брэгг, У. Х. Значение кристаллической структуры. J. Chem. соц. Транс. 121 , 2766–2787 (1922).

   КАС Статья Google ученый

3. Брэгг В. Л. и Уильямс Э. Дж. Влияние термического перемешивания на расположение атомов в сплавах. Проц. Р. Соц. Лонд. А 145 , 699–730 (1934).

   ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

4. Бете, Х. А. Статистическая теория сверхрешеток. Проц. Р. Соц. Лонд. А 150 , 552–575 (1935).

   ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

5. Коули, Дж. М. Приближенная теория порядка в сплавах. Физ. 77 , 669–675 (1950).

   ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

6. Донг, К. и др. От кластеров к фазовым диаграммам: правила состава квазикристаллов и объемных металлических стекол. J. Phys. D. 40 , R273 (2007).

   ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

7. «>

   Донг Д., Ван К., Донг К. и Них Т. Молекулоподобные химические соединения в металлических сплавах. наук. Китай Матер. 20 , 1–9 (2021).

   Google ученый

8. Jiang, B., Wang, Q., Dong, C. & Liaw, P. Исследование эволюции фазовой структуры, вызванной легирующими элементами в сплавах Ti, с помощью модели кластеров химического ближнего порядка. Науч. Респ. 9 , 3404 (2019).

   ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

9. Harrison, W. Теория твердого тела (McGraw-Hill, 1970).

   Google ученый

10. Фридель Дж. Электронная структура первичных твердых растворов в металлах. Доп. физ. 3 , 446-507 (1954).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

11. «>

    Friedel, J. Металлические сплавы. Нуово Чименто 7 , 287–311 (1958).

    Артикул Google ученый

12. Häussler, P. Взаимосвязи между атомными и электронными структурами — жидкие и аморфные металлы как модельные системы. Физ. Отчет 222 , 65–143 (1992).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

13. Хан, Г. и др. Значения e/a идеальных металлических стекол по отношению к формулам кластеров. Acta Mater. 59 , 5917–5923 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

14. Чен, К., Ван, К., Донг, К., Чжан, Ю. и Донг, Х. Правила состава монокристаллических жаропрочных сплавов на основе никеля и их влияние на свойства ползучести с помощью кластерной формулы. наук. Отчет 10 , 21621 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

15. Вен, Д. и др. Разработка нержавеющих сталей Fe-25Cr-22Ni для оболочек твэлов с высокой микроструктурной стабильностью путем легирования Mo/Nb/Ti/Ta/W. Матер. науч. англ. А 719 , 27–42 (2018).

    КАС Статья Google ученый

16. Ма, Ю. и др. Новый магнитно-мягкий многоэлементный сплав на основе В2 с равномерным распределением когерентных объемно-центрированных кубических нанопреципитатов. Доп. Матер. 33 , 2006723 (2021).

    КАС Статья Google ученый

17. Райнхард Л., Шёнфельд Б., Косторц Г. и Бюрер В. Ближний порядок в α-латуни. Физ. Ред. B 41 , 1727–1734 (1990).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

18. «>

    Такеучи, А. и Иноуэ, А. Классификация объемных металлических стекол по разнице в размерах атомов, теплоте смешения и периоду составляющих элементов и ее применение для характеристики основного легирующего элемента. Матер. Транс. 46 , 2817–2829 (2005).

    КАС Статья Google ученый

19. Гаскелл П. О плотности стекол переходный металл-металлоид. Акта Металл. 29 , 1203–1211 (1981).

    Google ученый

20. Дэвис, Дж. Р. Справочник ASM, том 2: Свойства и выбор: цветные сплавы и материалы специального назначения (ASM International, 1998).

21. Кулиш Н., Петренко П. Ближний порядок в бинарных твердых растворах. Порядок и его изменение при нагреве в сплавах Fe-Al, Cu-Al и Ag-Al. Физ. Статус Solidi A 120 , 315–326 (1990).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

22. «>

    Вриен, Дж. и Раделаар, С. Кластеризация в сплавах Cu-Ni: исследование диффузного рассеяния нейтронов. Физ. Rev. B. 17 , 409–421 (1978).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

23. Ку, Ю., Коэн, Дж., Шапиро, С. и Таннер, Л. Закалка АС Cu-10,9 ат.% Be. Акта Металл. 36 , 591–604 (1988).

    КАС Статья Google ученый

24. Schweika, W. & Haubold, H. Рассеяние нейтронов и исследование методом Монте-Карло ближнего порядка и взаимодействия атомов в Ni _0,89 Cr _0,11 . Физ. Rev. B. 37 , 9240–9248 (1988).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

25. Бокоч С.М., Татаренко В.А. Межатомные взаимодействия в ГЦК сплавах Ni-Fe. Усп. Физ. Встретились. 11 , 413–450 (2010).

    КАС Статья Google ученый

26. Jiang, X., Ice, G.E., Sparks, C.J., Robertson, L. & Zschack, P. Локальный атомный порядок и смещения отдельных пар Fe _46,5 Ni _53,5 и Fe _{22,5 7 Ni} из исследований диффузного рассеяния рентгеновских лучей. Физ. Rev. B. 54 , 3211–3226 (1996).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

27. Чжан Р. и др. Ближний порядок и его влияние на среднеэнтропийный сплав CrCoNi. Природа 581 , 283–287 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

28. Коули, Дж. М. Параметры ближнего и дальнего порядка в неупорядоченных твердых растворах. Физ. Ред. 120 , 1648–1657 (1960).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

29. «>

    Садиг, Б. и др. Ближний порядок и фазовая стабильность поверхностных сплавов: PdAu на Ru (0001). Физ. Преподобный Летт. 83 , 1379–1382 (1999).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

30. Сингх П., Смирнов А. В. и Джонсон Д. Д. Атомный ближний порядок и зарождающийся дальний порядок в высокоэнтропийных сплавах. Физ. Ред. В. 91 , 224204 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

31. Чен, X. и др. Прямое наблюдение химического ближнего порядка в среднеэнтропийном сплаве. Природа 592 , 712–716 (2021).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

32. Сингх Р., Шарма А., Сингх П., Баласубраманиан Г. и Джонсон Д. Д. Ускорение вычислительного моделирования и проектирования высокоэнтропийных сплавов. Нац. вычисл. науч. 1 , 54–61 (2021).

    Артикул Google ученый

33. Костюченко Т., Рубан А. В., Нойгебауэр Дж., Шапеев А., Крманн Ф. Ближний порядок в гранецентрированных кубических сплавах VCoNi. Физ. Преподобный Матер. 4 , 113802 (2020).

Скачать ссылки

Благодарности

Настоящая работа была поддержана Фондом естественных наук Китая (51801017), Ключевой дисциплиной и крупным проектом Даляньского фонда инноваций в области науки и технологий (2020JJ25CY004) и Фондом предметного развития ключевых Лаборатория физики и химии поверхности (XKFZ201706).

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Ключевая лаборатория модификации материалов лазерным, ионным и электронным пучком (Даляньский технологический университет), Министерство образования, Далянь, 116024, Китай

   Чжуан Ли, Цин Ван и Чуанг Dong

2. Колледж физических наук и технологий Даляньского университета, Далянь, 116622, Китай

   Dandan Dong

3. Научно-техническая лаборатория физики и химии поверхности, Мяньян, 621907, Китай

   Lei Zhang

4. Школа материаловедения и инженерии, Университет Далян Цзиотонг, Даляни, 116028, Китай

   Shuang Zhang & Chuang Dong

Авторажи Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

1. Dandan Dong

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

2. Lei Zhang

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. Shuang Zhang

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

4. Qing Wang

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

5. Чуанг Донг

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Contributions

Z. L. провел основные расчеты и проанализировал данные сплава. Д.Д. и К.Д. предложил теорию. С.З., К.В. и Л.З. проверил интерпретацию сплава. В написании статьи участвовали все авторы.

Автор, ответственный за переписку

Дандан Донг.

Декларации этики

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Дополнительная информация

Примечание издателя

Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате, при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на оригинальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Состав поверхности растворов аминокислот и галоидных солей зависит от рН

Выпуск 3, 2022 г.

Из журнала:

Науки об окружающей среде: атмосферы




Состав поверхности растворов аминокислот и галогенидных солей зависит от pH†

Гитанджали Гопакумар, ‡ ^и Исаак Унгер, ‡* ^и Клара-Магдалена Саак, ^аб Гуннар Орвалл, ^c Арнальдо Навес-де-Брито, ^d Тулио Коста Ризути да Роша, ^и Кристоф Николя, ^ф Карл Калеман * ^аг а также Олле Бьорнехольм* ^a

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Кафедра физики и астрономии, Уппсальский университет, Box 516, SE-75120, Уппсала, Швеция
Электронная почта: isaak. [email protected], [email protected], [email protected]

^б Венский университет, кафедра физической химии, Верингерштрассе 42, 1090 Вена, Австрия

^с Лаборатория MAX IV, Лундский университет, а/я 118, SE-22100 Лунд, Швеция

^д Кампинасский университет, Rua Sergio Buarque de Holanda, 777, Cidade Universitária, 13083-970 Кампинас, СП, Бразилия

^и Бразильская лаборатория синхротронного света (LNLS), Бразильский центр исследований энергии и материалов (CNPEM), 13083-970 Кампинас, Сан-Паулу, Бразилия

^ф Synchrotron SOLEIL, L’Orme des Merisiers, Saint-Aubin – BP 48, _{Gif-sur-Yvette, Франция}

^г Центр изучения лазеров на свободных электронах, DESY, Notkestrasse 85, DE-22607 Гамбург, Германия

Аннотация

rsc.org/schema/rscart38″> В частицах атмосферного аэрозоля химический состав поверхности определяет как гетерогенные химические реакции с газофазными частицами, так и способность действовать как ядра для облачных капель. Ожидается, что pH в аэрозольных частицах будет влиять на эти свойства, но измерить pH в отдельных каплях очень сложно, что не позволяет исследовать его влияние на состав поверхности частиц. В этой работе мы используем фотоэлектронную спектроскопию, чтобы исследовать, как состав поверхности водных растворов, содержащих неорганические соли и аминокислоты, изменяется в зависимости от рН. Наблюдается изменение в 4–5 раз относительного распределения неорганических ионов на поверхности жидкой струи воды в зависимости от рН раствора и типа аминокислоты в растворе. Движущими силами для улучшения или истощения поверхности являются ионное спаривание и образование заряженных слоев вблизи водной поверхности.

Варианты загрузки Пожалуйста, подождите. ..

Дополнительные файлы

• Дополнительная информация PDF (324 КБ)

Прозрачное рецензирование

Для обеспечения большей прозрачности мы предлагаем авторам возможность публиковать историю рецензирования вместе со своей статьей.

Посмотреть историю рецензирования этой статьи

Информация о товаре

ДОИ

https://doi.org/10.1039/D1EA00104C

Тип изделия

Бумага

Отправлено

20 декабря 2021 г.

Принято

02 мар 2022

Впервые опубликовано

08 марта 2022

Эта статья находится в открытом доступе

Скачать цитату

Окружающая среда. наук: Атмосфер. , 2022 , 2 , 441-448

BibTexEndNoteMEDLINEProCiteReferenceManagerRefWorksRIS

Разрешения

Запросить разрешения

Общественная деятельность

Поиск статей по автору

Гитанджали Гопакумар

Исаак Унгер

Клара-Магдалена Саак

Гуннар Эрвалл

Арнальдо Навес де Брито

Тулио Коста Ризути да Роша

Кристоф Николя

Карл Калеман

Олле Бьорнехольм

Получение данных из CrossRef.
г. Загрузка может занять некоторое время.

Прожектор

Объявления

Растворы и концентрирование. Состав раствора




Химические реакции часто протекают место в водных растворах. Для выполнения стехиометрических расчеты в таких случаях количества химических веществ, присутствующих в растворе — концентрация раствора — должен быть известен.

Концентрация раствора измерение, устанавливающее количество растворенного вещества, присутствующего в известном количестве раствор:

Концентрация = количество растворенного вещества / количество раствор

Термины растворенное вещество и раствор обычно используются для жидких проб, но их можно расширить и для газообразных и твердых образцы.

Наиболее распространенные единицы концентрации приведены в таблице I. 1:

Общие единицы Концентрация
Имя	Символ	Единицы
молярность	моль растворенного вещества / литр решение	М
моляльность	моль растворенного вещества/кг растворитель	м
нормальность	номер эквивалента вес растворенного вещества / литров раствора	Н
официальность	количество формальных весов растворенного вещества / литров раствора	Ф
вес. %	г растворенного вещества / 100 г решение	% вес/вес
объемный %	мл растворенного вещества / 100 мл решение	% в/в
масса к объему %	г растворенного вещества / 100 мл решение	% ж/об
частей на миллион	г растворенного вещества / 10 6 г раствор	частей на миллион
частей на миллиард	г растворенного вещества / 10 9 г раствор	частей на миллиард

Примечание. Другой способ описания концентрация раствора моль дробь (xi)

Молярность (M) определяется как количество молей растворенного вещества на литр решение.

т.е. путем растворения 0,1 моль NaOH в 1 л H ₂ O дает раствор, содержащий 0,1 моль Na ⁺ и 0,1 моль ОН ^— в 1 л. Концентрация раствора [Na ⁺ ] = 0,1 М и [OH ^— ] = 0,1 М.  

Поскольку молярность зависит от объем раствора незначительно изменяется с температурой.

Другой способ описания решения концентрация моляльность (m) – количество молей растворенного вещества на килограмм растворитель.

Моляльность не зависит от температуры, так как зависит от масса.

В очень разбавленных водных растворах молярность (M) и моляльность (m) почти одинаковы.

Пример #1


Раствор 1М H ₂ SO ₄ имеет плотность 1,04 г/см ³ . Рассчитать (% мас./мас.) концентрация раствора.

Дано	[H 2 SO 4 ] = 1M д = 1,04 г/см 3 P h3O = 41 мм рт.ст. МВт h3SO4 = 98 г/моль
Спросил для	(масс.%) = ?

 Из определения (% вес/вес) = г растворенного вещества / 100 г раствора (1)

Масса растворенного вещества (г растворенного вещества) неизвестен, но его можно вычислить.

Поскольку [H ₂ SO ₄ ] = 1M ⇒ 1000 см ³ из H ₂ SO ₄ раствор содержит 1 моль «чистого» H ₂ SO ₄     (2)

Масса 1 моля «чистый» Н ₂ SO ₄ можно рассчитать, как показано внизу:

масса (г) = моль * Молекулярная масса = 1 моль * 98 г/моль = 98 g    (3)

 

Из (2) и d = m/V = 1,04 г/см ³    масса 1000 см ³ H ₂ SO ₄ можно рассчитать:

м = d * V = 1,04 г/см ³   * 1000 см ^{3 7} 9 SO0347 4 раствор (4)

Из (2), (3) и (4):

Масса 1040 г H ₂ SO ₄ раствор содержит 98 г «чистого» H ₂ SO ₄

Масса 100 г раствора H ₂ SO ₄ содержать   х = ? г «чистого» H ₂ SO ₄

x = 98 г «чистого» H ₂ SO ₄ * (100 г H ₂ SO ₄ г H0348 SO ₄ ) = 9,42 г «чистого» H ₂ SO ₄

Следовательно, (вес. %) = 9.42

При условии, что теория и определение единиц концентрации раствора понимается как калькулятор % раствора может быть использован.

Предназначен для использования как в Учебно-научная лаборатория, % калькулятор решений  можно использовать для выполнения ряд различных расчетов для приготовления процентных (%) растворов при начиная с твердого или жидкого материала.


Дополнительный пример решения относительно растворов и концентрации показано в следующем видео




---


  Соответствующие сообщения растворов — Закон Генри — Влияние давления на Растворимость



---


Ссылки

David W. Oxtoby, H.P. Гиллис, Алан Кэмпион, «Принципы современной химии», шестой Издание, Томсон Брукс/Коул, 2008 г.

Стивен С. Зумдал, «Chemical Principles» 6 ^th Edition, Houghton Mifflin Company, 2009

Ральф Х. Петруччи, «Общая химия», 3 ^rd Edition, Macmillan Publishing Co., 1982

---


Ключевые термины

раствор, концентрация, состав, растворы, молярность M, моляльность m, нормальность N, формальность F, % мас./мас., %v/v, ppm, ppb, IB chemistry, Chemistry Net, как определить концентрацию раствора задачи, молярность концентрации раствора, единицы концентрации раствора, раствор определение концентрации, примеры концентрации раствора

Жидкие растворы

Литература для этого раздела

Петруччи: Глава 13 (разделы 1–6)

---

Введение

Растворы представляют собой гомогенные смеси более чем одного вещества. Слово гомогенность означает, что смесь представляет собой единую фазу, свойства которой будут быть одинаковым, где бы ни был взят образец.

Мы можем подтвердить, что смесь более чем одного компонента является раствором, наиболее раз, просто глядя на нашу смесь. Если мы сможем видеть сквозь смесь (очистить) то скорее всего однофазный, значит раствор. Если смесь непрозрачна, то вероятны две или более фаз, которые не смешиваются друг с другом и, следовательно, рассеивают свет, делая его облачным. Таким образом, яблочный сок — это раствор, тогда как в молоке есть вода, капли масла и немного молока твердые вещества, находящиеся во взвешенном состоянии, но не растворяющиеся друг в друге. Мы можем увидеть лучше, если мы оставим негомогонизированное молоко на некоторое время. Крем (масла) будет подняться наверх, оставив более прозрачную жидкость (в основном воду с небольшим количеством взвешенные вещества, называемые пахтой) ниже. При дальнейшем физическом обработки (например, центрифуги), мы можем разделить компоненты молока даже дальше. Ясно, что смесь, которую мы видели как «молоко», не была решением, хотя могли быть некоторые его компоненты, которые были (например, более одного типа масло, растворенное друг в друге, чтобы масло стало частью крема.

Когда вы проводите наблюдения за жидкими смесями в лаборатории, важно поэтому для обозначения цвета (красный, синий, розовый…), а также прозрачности (прозрачный, непрозрачный, мутный, молочный…) жидкого образца, который вы описываете. Таким образом, яблочный сок представляет собой прозрачный и желтый раствор, тогда как молоко представляет собой непрозрачный, непрозрачный раствор. белая смесь. Наблюдение ясности позволяет с уверенностью сказать что яблочный сок представляет собой одну фазу и, следовательно, раствор, тогда как молоко не является одной фазой и, следовательно, это не единственный раствор.

Растворы могут быть твердыми, жидкими или газообразными (наиболее интересны жидкие растворы). к химикам).

Газовая фаза

Газофазные растворы легко образуются из любой смеси газы, так как молекулы газа так редко взаимодействуют друг с другом. Если смесь газов фактически не вступает в реакцию, то раствор в газовой фазе будет почти наверняка образуется (по крайней мере, при комнатной температуре и давлении)

Жидкая фаза

В жидкой фазе молекулы расположены достаточно близко, чтобы межмолекулярные силы становятся важными. На этом этапе решение будет только образуются между (скажем) двумя видами А и В, если А—А, В—В и А-В межмолекулярные силы примерно одинаковы.

Например, гексан и гептан являются двумя неполярными жидкости. Межмолекулярные силы в каждой из этих чистых жидкостей равны в первую очередь дисперсионные силы из-за временных диполей. Это довольно слабые силы. Однако межмолекулярные силы, которые могли бы существовать между гексаном и гептаном также будет преимущественно дисперсионный характер. Следовательно, будет образовываться жидкий раствор. Говорят, что две жидкости полностью смешиваемый друг в друге.

Если силы одной из молекул для себе подобных значительно большее, чем для другого, решение может и не образоваться. Возьмем, например, Вода и гексан. Вода представляет собой полярную молекулу и, кроме того, она связывается с другими молекулы воды с водородными связями. Это два сильнейших (и сильнейших) из межмолекулярные силы (по сравнению с дисперсионными силами). Гексан, на другая рука не может участвовать ни в одном из этих двух типов взаимодействия и поэтому не будет смешиваться с водой. Эти две жидкости называются несмешиваемый друг в друге.

Твердая фаза (кристаллы)

В твердой фазе действуют не только межмолекулярные силы очень четко определены, но твердые кристаллы образуют жесткое расположение атомов расстояние между которыми достаточно регулярно. Чтобы подошёл второй тип молекулы, он должен быть того же размера и формы, что и молекулы-хозяева (или атомы).

Common Твердые «решения» этого типа можно найти в драгоценных камнях камней и металлических сплавов, среди прочего.

Молярность

Существует несколько распространенных методов сообщения о составе решения, с которыми мы имеем дело. Конкретный метод, который мы используем во многом зависит от того, как мы будем его использовать. В большинстве относительно разбавлять растворы там, где нам нужны быстрые и простые расчеты, связывающие число молей в растворе к объему, используем молярность. Концентрация, в Молярность можно рассчитать как:

\[C_M\;=\;\frac{n}{V}\]

, где n = = количество молей растворенного вещества и V = объем решение. Это дает нам концентрацию в единицах:
M ≡ моль литров ^-1 или моль л ^-1 .

Будьте осторожны с уравнениями. Студенты часто путают переменные символы, используемые в уравнениях. с символами единиц, используемыми в расчетах. Это пример. Уравнение здесь не имеет буквы M в качестве переменной. Верхний регистр М используется в качестве переменной в другом месте для представления молярной массы, поэтому ее не следует использовать в это уравнение для представления концентрации. Используется переменная C для представления концентрации любых единиц, и здесь C _M стоит для концентрации в молярности. Условное обозначение шт. шт. концентрация называется молярность выделена курсивом в верхнем регистре M , который мы используем как ярлык для полностью выписанных единиц моль растворенного вещества на литр раствора (или просто моль/л),

---

Например:

Образец 0,243 моля сухого порошкообразного соединения растворяется в 1,45 л жидкого растворителя. Какова молярная концентрация раствора?

Мы можем использовать приведенное выше уравнение, чтобы решить это с одним предостережение. Объем в уравнении предполагается равным литров. раствор , но объем, указанный в этом примере, составляет литров растворитель . Мы не можем просто использовать один том вместо другого в качестве главное правило. Однако в этом случае мы добавляем небольшое количество соединение с большим объемом жидкости, поэтому, хотя объем жидкости должен иметь изменилось, не сильно изменилось. Если мы сделаем предположение, что изменение незначительно, т.е. , объем раствора равен объем растворителя, то мы можем продолжить.

\[C_M\;=\;\frac{n}{V}\]

\[C_M\;=\;\frac{0,243 моль}{1,45 л}\;=\; 0,168 М\]

В качестве альтернативы (мое предпочтение) мы могли бы просто выяснить, как сделать это с помощью размерного анализа. Поскольку мы знаем конечные единицы концентрация, которую мы хотим, это моли на литр, мы просто делим количество моль растворенного вещества на объем раствора в литрах и вуаля! тот же ответ без уравнения для запоминания.

Единственным недостатком использования молярности является то, что объем растворителя не обязательно объем раствора и, следовательно, мы должны измерить количество растворенного вещества перед смешиванием, но измерьте объем раствора после смешивания, а затем рассчитать. Молярные концентрации очень полезны для экспериментов, где делаем объемные замеры. Титрование является ярким примером эксперимент, в котором молярность является наиболее удобной единицей измерения. В титрования, мы измеряем объем раствора, добавленного из бюретки, и можем быстро подсчитайте количество добавленных молей.

\[n\;=\;C_M\times V\]

В заключение повторю: используйте размерный анализ, чтобы выяснить, как сделать это, а не запоминать эти уравнения. Как только вы поймете фактические номера, которые вам нужно использовать для n и для V , вам не нужны уравнение больше.

---

Моляльность

В некоторых случаях нелегко измерить объемы растворов после смешивания или возможно, это просто не важно. В таких случаях молярность не может быть полезная единица, установленная для использования. Альтернативная единица измерения концентрации моляльность. Моляльность не является объемная единица и не будет полезна в ситуациях, когда нам нужно измерить объемы жидких растворов. Тем не менее, это очень полезно в ситуациях где нам просто нужно создать растворы известных концентраций. единицы моляльности молей растворенного вещества на килограмм растворителя . Мы используйте сокращение выделенного курсивом нижнего регистра m для моляля. Этот набор единиц означает, что мы можем быстро измерить гравиметрически как растворенное, так и растворителя, смешать их вместе и получить раствор с легко вычисляемой концентрация в единицах моляльности.

\[C_m\;=\;\frac{n}{m}\]

Здесь C _m — переменная, представляющая концентрацию в моляльности (нижний регистр m )  n – моли растворенного вещества, как это было в определении молярность и переменная m — это масса растворителя (в кг) .

Обратите внимание, что буква m используется здесь двояко. Как переменная, m представляет собой массу растворителя в кг, но как ед., м является символом моляльности. Единица, связанная с переменной концентрации C _m м , который представляет собой ярлык, представляющий молей растворенного вещества на килограмм растворенного вещества (или просто моль/кг).

---

Пример:

Какова молярная концентрация раствора, полученного при добавлении 0,213 г щавелевой кислоты кислота (COOH) ₂ на 1200 г воды?

Нам нужно уравнение:

\[C_m\;=\;\frac{n}{m}\]

Щавелевая кислота. Мы можем использовать молярную массу щавелевой кислоты, чтобы преобразовать g в молей щавелевой кислоты.

\[n\;=\;0,213 г \left|\frac{1\, моль}{90,035 g}\right|\;=\;0,00237 моль\]

Теперь мы можем рассчитать концентрацию раствора

\[C_m\;=\;\frac{0,00237 моль}{1,2 кг}\;=\ ;0,00197 м\]

---

Молярная доля

Такие шкалы, как молярность и моляльность, полезны только в случае относительно разбавленные растворы, в которых один из видов явно является наиболее распространенным (называемым растворитель), а другой находится в относительно небольших пропорциях (растворенное вещество). Самый диапазон концентраций растворов недоступен с использованием этого типа терминология. что, если у нас есть раствор, состоящий из равного количества молей A и Б? Какое растворенное вещество? Какой растворитель?

Измерение, которое работает для любого диапазона концентраций и не требует растворенного вещества/растворителя различие заключается в мольной доле $\chi$, когда речь идет о растворах, образующихся в течение широкий диапазон концентраций. Для этой переменной концентрации мы используем греческий буква chi ($\chi$, а не заглавная X), что эквивалентно нашей букве C. Однако мы часто не делаем различий

Мольная доля компонента (i) в смеси нескольких компонентов (I количество компонентов) определяется как 9I \chi_i\;=\;1$ .

---

Вернуться к началу

В идеальном растворе двух компонентов А и В межмолекулярные силы между молекулами A—A, B—B и A—B все идентичны. На самом деле мы этого никогда не произойдет, но мы можем найти решения, в которых силы очень велики. близко к равному. Одним из примеров смеси, которая образует почти идеальные растворы, является гексан и гептан. Эти два углеводорода с «прямой цепью» имеют схожие свойства. молекулярная масса (имеют длину шесть и семь атомов углерода соответственно). Они оба неполярны и, следовательно, могут взаимодействовать только с использованием дисперсионного типа. межмолекулярные силы.

Рассмотрим смесь гексана (А) и гептана (В). Поскольку обе эти жидкости являются летучими, мы ожидаем, что раствор тоже будет иметь давление паров. пар будет состоять из смеси двух газов. Суммарное давление этого смесь, согласно закону Дальтона:

P ^* _Soln   =  p _A +  p _B    {сумма парциальных давлений}

Для идеальных растворов мы можем определить составляющую парциального давления в пара, находящегося в равновесии с раствором, в зависимости от мольной доли жидкость в растворе. Это закон Рауля:

  p _A = x _A P* _A а также р _В = х _В Р* _В

Подставляя в первое уравнение, получаем

P ^* _Soln   =  x _A P* _A +   x _Б П* _Б или
P ^* _Soln   =  x _A P* _А +   ( 1-x _A ) P* _B
знак равно P* _B   +  x _A ( P* _A   — Р* _Б )

Из этого соотношения мы видим, что давление паров раствора A и B является линейной функцией мольной доли A (или B), где P* _B   — точка пересечения и П* _А — П* _В это наклон.

 

Пар, собирающийся над раствором, будет иметь состав, не обязательно такой же, как у жидкости. Более летучий компонент легче испаряется и поэтому будет иметь более высокую молярную долю в паровой фазе чем в жидкой фазе.
Мы можем написать

Молярная доля А в паровой фазе = y _A

Мольная доля B в паровой фазе = y _B

Мы можем рассчитать эти значения по концентрациям растворов, используя Закон Даултона выглядит следующим образом.

Кривая состава пара может быть построена, как показано на рисунок ниже. На самом деле это два графика, один из которых (прямая линия) является Давление паров раствора по сравнению с составом жидкости x _A и другой (изогнутая линия) — одно и то же Давление паров раствора, но нанесенный на график в зависимости от состава пара у _А . Это можно представить как подтягивание линии жидкости к вправо (в сторону более летучей жидкости А). Горизонтальный связующие линии соединяют две кривые таким образом, что для любого заданного давления паров жидкий состав х _А и соответствующий состав пара y _A может быть определяется, как показано стрелками на рисунках.

Обычно мы не проводим эксперименты с постоянной температурой, как кажется быть указано на двух предыдущих рисунках и соответствующем обсуждении. Сделать поэтому потребуются сложные устройства для измерения давления, герметичные жесткие контейнеры. и устройства постоянной температуры. Мы можем гораздо проще провести измерение температуры при фиксированном давлении (скажем, один бар) в зависимости от мольной доли. Таким образом, мы получили бы график зависимости температуры кипения раствора от молярной массы. часть раствора. К этому мы можем добавить график пара сочинение. Эту кривую можно рассчитать, используя концепции, очень похожие на те, что обсуждалось выше для случая постоянной температуры. Получившаяся кривая (см. ниже) смещается в сторону более высокой составляющей давления пара, как это было в диаграмма выше.

В этом случае, поскольку мы уже знаем, что давление пара не является линейной функции температуры ( ср. уравнение Клаузиуса-Клапейрона), мы не ожидайте прямой график температуры кипения в зависимости от состава. Однако для идеального решения кривизна линии незначительна.

Давайте более подробно рассмотрим завязку. График «Т против моль фракция A» выше содержит три области. 

1. Над кривыми показана одна фаза. При любой температуре и моль фракционное состояние, все компоненты находятся в паровой фазе.
2. Под кривой находится одна фаза. При любой температуре и моль фракционное состояние ниже кривых, все компоненты находятся в жидкой фазе.
3. Любая ситуация температуры/состава между двумя линиями, есть две фазы, находящиеся в равновесии друг с другом. Одна представляет собой газовую фазу с мольные доли компонентов г _я . Другой — жидкость фаза с мольными долями компонентов x _i .

Для любой экспериментальной установки, имеющей точку температуры/состава, находится между двумя фазами, мы можем рассчитать относительные количества (общая количество молей) двух фаз с использованием относительных длин связующей линии отрезки по обе стороны от точки. На приведенной ниже диаграмме увеличен область привязки предыдущего рисунка; синяя линия представляет жидкость состав раствора, зеленая линия – состав пара. по вертикальной оси отложена температура, а по горизонтальной оси отложена молярная доля компонент А в двухкомпонентной смеси А и Б. Вертикальный фиолетовый линия представляет общую молярную долю системы (как жидкости, так и пара фаза). Вертикальное положение связующей линии представляет собой температура системы.

В соответствии с правилом рычага (которое впервые было разработано для реальных рычагов, но работает и здесь), длина сегмента, умноженная на количество молей отрезок одной стороны равен произведению длины на количество молей другой стороны.

N ₁ × L ₁ = N ₂ × L ₂

9

на задний ход. п ₁ в моли пара n ₂ с использованием длины L ₁ и L ₂ следующим образом:

\[\frac{n_1}{n_2}\;=\;\frac{L_2}{L_1}\]

Это имеет смысл, если мы посмотрим на график. Если L ₁ есть короче чем L ₂ (как показано на рисунке), то общий состав система ближе к жидкой, чем к паровой фазе. Это означает, что большая часть молей материала находится в жидкой фазе.

---

Пример: закрытая система, содержащая две летучие смешивающиеся жидкости A и B позволяет достичь равновесия. Общее число молей системы составляет 1,32 моля. При равновесии в паре находится 0,36 моля. фаза. Каково отношение длин отрезков L ₁ и л ₂ на диаграмме связующей линии, как показано на рисунке выше?

моль жидкости ( n ₁ ) = общее количество молей ( н _Т ) — моль пара ( n ₂ )

n ₁ = 1,32 моль — 0,36 моль = 0,96 моль.

\[\frac{n_1}{n_2}\;=\;\frac{L_2}{L_1}\]

\[\frac{0,96}{0,36}\;=\;\frac{L2}{ L_1}\;=\;2.66\]

Таким образом, отношение длин двух отрезков будет равно 2,66. Или L ₂ в 2,66 раза длиннее, чем L ₁ .

---

Наверх

Если бы мы собрали весь пар над жидкостью при температуре кипения а затем сконденсировать его, мы бы получили жидкость, которая была выше в более летучих компонент, чем исходный материал. Если мы затем снова вскипятим эту жидкость, мы снова увеличить содержание более летучего компонента в полученном дистилляте. С повторяющиеся шаги кипения, конденсации, снова кипения, мы можем в конце концов полностью разделить два компонента. Это потребует, однако, бесконечное количество шагов.

---

Вернуться к началу

Азеотропы

Более сложная ситуация в случае двух жидкостей, A и B, которые полностью смешиваются, но силы межмолекулярных сил различаются существенно. Есть две возможности:

1.  Средние межмолекулярные силы в растворе сильнее, чем в индивидуальные жидкости
2.  Средние межмолекулярные силы в растворе слабее, чем в отдельные жидкости.

Поскольку межмолекулярные силы, удерживающие жидкость вместе, определяют давление пара (и, следовательно, температуру кипения жидкости), мы можем предсказать, что в первом случае (1) ожидаемая температура кипения раствора должна быть выше, чем у любой чистой жидкости, в то время как в последнем случае (2) раствор будет кипеть при более низкой температуре, чем точка кипения любого из две чистые жидкости.

Рассмотрим раствор бензола и этанола. Бензол и этанол являются полностью смешивается, но межмолекулярные силы в растворе меньше, чем в отдельных жидкостях. Поскольку силы, удерживающие молекулы, меньше, энергия (температура), необходимая для разрушения этих сил, меньше. Таким образом, мы ожидать, что на кривой температуры кипения будет минимум (см. рис. ниже). при минимальной температуре кипения раствора (мольная доля этанола = 0.46) также находим, что состав пара идентичен составу жидкость. это называется азеотропная смесь и особенно Точка на кривой температуры кипения называется азеотроп.

Максимальное кипение азеотропа происходит, когда межмолекулярное силы смеси больше, чем силы отдельных жидкостей. Это приводит к смесь с более высокой температурой кипения (более низким давлением паров), чем  индивидуальный. В этом случае пар, находящийся в равновесии с жидкостью, имеет составов от состава азеотропной смеси к чистой жидкости.

---

Вернуться к началу

Если вы достаточно охладите раствор, он замерзнет. Разрешение чтобы замерзание происходило достаточно медленно и твердое вещество, которое кристаллизуется, будет чистым. Температура начала замерзания раствора зависит от состав раствора. Возьмем, к примеру, смесь уксусной кислоты и вода. Чистая вода замерзает при 0°С, а чистая уксусная кислота замерзает при +16,6°С. Для целей следующей иллюстрации я хочу пояснить различие между словом состояние и словом фаза.

• Состояние — это одно из трех состояний: твердое, жидкое или газообразное. Никакого различия не проводится в отношении материала в этом состоянии.

• Фаза представляет собой состояние, при котором состав указан материал в этом состоянии.

На приведенной выше фазовой диаграмме показаны четыре различных области с цветовой кодировкой.

• Желтая область представляет собой однофазный жидкий раствор.
• Синяя область представляет однофазную, но двухфазную область, где лед и твердые кристаллы уксусной кислоты смешаны (может быть твердый раствор или может и нет, предположим, что нет).
• Красная область представляет собой двухуровневое равновесие между чистым твердым льдом и раствор, где состав раствора для любой заданной температуры представлен положением линии, которая отделяет красный цвет от желтого области.
• Фиолетовая область представляет двухсостояние равновесия между чистым твердым уксусная кислота и раствор, состав которого (при любой заданной температуре) представлен положением линии, разделяющей фиолетовый и желтый области.

Место пересечения красно-желтой и фиолетово-желтой границ представляет эвтектическую точку . Это представляет собой самый низкий состав температуры плавления для этого раствора. Для уксусной кислоты, воды эта точка находится при температуре -26,7С. Ниже этой температуры любая смесь льда и уксусная кислота твердая.

Эту диаграмму можно использовать для объяснения нескольких явлений.

Предположим, что жидкий раствор с мольной долей уксусной кислоты = 0,1 является медленно охлаждают, начиная с комнатной температуры. Какие фазовые переходы произойдут по мере прохождения процесса охлаждения. Следуйте по вертикальной линии (обозначенной звездочка) в x  = 0,1.

• Первый фазовый переход происходит при температуре, соответствующей точка пересечения вертикальной линии с красной зоной. В этот температуры из раствора начинает кристаллизоваться лед. Это удаляет воды из раствора, делая его более концентрированным в уксусной кислоте. Следовательно, температура замерзания снижается. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температура опускается так, что состав раствора соответствует красно-желтому границы до точки эвтектики.
• Ниже точки эвтектики кристаллизуется как лед, так и твердая уксусная кислота.

Мы используем эти свойства в нашем повседневном опыте, например, в радиаторы автомобилей наносим смесью этиленгликоля и воды. Правильные пропорции этих двух соединений могут дать раствор, который замерзает при температуры до -50С. Даже если и замерзнет, ​​то будет делать это медленно, опуская точки замерзания, как это происходит, и создавая вязкую смесь, а не единую твердая фаза. Таким образом, даже при экстремально низких температурах, таких как в на севере Канады охлаждающая смесь радиатора будет течь через двигатель и не подключить его.

Еще раз посмотрите на схему. Если мы сделаем эксперимент при 10°С (ниже температуры плавления чистой уксусной кислоты), в котором мы начните с чистой воды и медленно добавляйте кристаллы уксусной кислоты, мы можем проследить двигаться по синей пунктирной линии.

Сначала уксусная кислота растворяется в воде. Как доля уксусной кислоты, мы достигаем точки, где пунктирная линия переходит в фиолетовая область. За пурпурно-желтой каймой мы увидели бы кристаллы уксусной кислоты. кислота сидит на дне стакана. Раствор будет насыщенным (при равновесие) и независимо от того, сколько еще твердой уксусной кислоты мы добавим в химический стакан, не будет никакого дальнейшего чистого увеличения количества, которое растворится. Однако, если мы поднимем температуру до комнатной, мы увидим остатки уксусной кислоты. кислота растворяется, когда мы возвращаемся в желтую область на фазовой диаграмме. Следовательно, мы можем использовать диаграмму для определения растворимости (концентрации при равновесие) уксусной кислоты в воде при любой конкретной температуре.

Все фазовые диаграммы такого типа имеют одинаковые характеристики. Чистые жидкости имеют характерные температуры плавления, а эвтектическая точка представляет собой самую низкую температура плавления состава раствора. Всегда одни и те же четыре регионов, и всегда мы можем объяснить процессы замерзания/растворения, используя эти диаграммы.

В органической химии мы часто используем свойства растворов, чтобы определить, должным образом выделили желаемое соединение. Например, в синтезе эксперименты, которые вы делаете в лаборатории, вы проверяете чистоту кристаллов, которые вы сделать, измерив их температуру плавления. Если ваши кристаллы плавятся при правильном температура при вполне определенной температуре, то ваши кристаллы, вероятно, близки до чистого. Если, с другой стороны, они плавятся в большом диапазоне температур или хорошо ниже правильной температуры плавления, вы можете быть уверены, что ваши кристаллы не очень чистый.

---

Вернуться к началу

Иногда компоненты, смешиваемые для получения растворов, плавятся. моменты очень разные. Возьмем, к примеру, смешивание воды и соли. например KCl. Соль плавится при очень высокой температуре (770 С). Единственная часть Фазовая диаграмма, которая представляет для нас интерес, представляет собой часть, показанную на рис. рисунок выше. Видны те же четыре области, которые мы заметили на фазовая диаграмма вода/уксусная кислота. Однако в данном случае мы рассматриваем только относительно низкие концентрации KCl в воде.

Давайте проследим (слева направо) по горизонтальной линии, представляющей комнату температура. Когда мы добавляем соль в нашу воду, соль сначала растворяется. Соль будет продолжают растворяться до тех пор, пока концентрация находится в желтой зоне. В конце концов, соль больше не растворяется, а просто оседает на дно. стакан. Концентрация раствора, находящегося в равновесии с твердым телом соль представлена ​​пересечением горизонтальной линии с фиолетово-желтая граница. Это растворимость соли в мольных долях. Обычно мы измеряем растворимость в молях растворенного вещества на литр раствора. Мы можем легко преобразовать мольную долю, определенную здесь, в более распространенные единицы, такие как молярность. Легко видеть, что при повышении температуры раствора растворимость тоже повышается.

Мы также можем видеть, что соль добавляется в воду, как и в В предыдущем случае температура плавления воды снижается. Поэтому добавление соли в лед на тротуарах и дорогах снижает температуру плавления и (надеюсь) лед тает. Во многих частях Канады, таких как Саскачеван, температура зимой часто значительно ниже точки, при которой соль может принести какую-либо пользу (~-20°C) и, следовательно, он редко используется там.

---

Вернуться к началу

Общий опыт говорит нам, что газы также растворяются в жидкостях. Например, рыбы могут жить под водой, отделяя растворенный кислород от воды с помощью их жабры. Если вода застаивается и содержание растворенного кислорода снижается из-за отсутствия аэрации (смешивания с воздухом) многих видов рыб не может жить в нем. Другие виды выработали специальные механизмы выживания. иметь дело с низким уровнем кислорода… Но это уже другая история.

Мы также видим эффект растворения газа в жидкости всякий раз, когда открываем газированный напиток. В напитке растворен углекислый газ, и в то время как банка (или бутылка) закрыта, давление газа над жидкостью равно равновесие с растворенным газовым раствором. Это, конечно же, давление паров CO ₂ в растворе. Когда банка открыта, CO ₂ , чей давление пара выше нормального давления окружающей среды, выбрасывается в атмосферу, и жидкость начинает пузыриться по мере того, как растворенный CO ₂ пуски переходит обратно в газовую фазу. Если мы встряхнем банку, прежде чем открыть ее, давление CO ₂ над жидкостью заметно приподнято, почему?

Из этой серии наблюдений видно, что количество растворенного газа в жидкость зависит от двух вещей. Во-первых, парциальное давление газа над жидкостью. Во-вторых, скорость растворения/эволюции газ.

Мы будем рассматривать только первый вариант и предположим, что прошло достаточно времени, чтобы достичь равновесия.

Закон Генри математически выражает то, что мы видели экспериментально,

\[C\;=\;k\times P_{gas}\]

 

Где Pgas — парциальное давление газа, а C — его моляр концентрация. k — константа, зависящая как от растворителя, так и от растворенный. Он называется параметром закона Генри.

Вернуться к началу

---

Проф. Майкл Дж. Момбуркетт.
Авторское право © 1997
Отредактировано: 12 сентября 2017 г. Решения для учебников
1. Класс 8
2. Наука
3. состав вещества

General Science Solutions Решения для класса 8 Science Chapter 6 Composition Of Matter представлены здесь с простыми пошаговыми пояснениями. Эти решения для состава вещества чрезвычайно популярны среди учащихся 8-го класса. Все вопросы и ответы из Книги по общим научным решениям 8-го класса, глава 6, предоставляются здесь для вас бесплатно. Вам также понравится безрекламный опыт работы с решениями General Science Solutions от Meritnation. Все решения General Science Solutions для класса 8 Science подготовлены экспертами и на 100% точны.

Страница № 47:

Вопрос 1:

Выберите подходящий вариант и перепишите следующие утверждения.
A. Межмолекулярная сила _______ в частицах твердого тела.
я. Минимум    ii. Умеренная    iii.максимальная    iv.неопределенная.

B. Твердые тела сохраняют свой объем даже при внешнем давлении. Это свойство называется__________
i. пластичность    ii. Несжимаемость    iii. текучесть    iv. эластичность

C. Вещество классифицируется на смеси типов, соединения и элементы по критерию ______________
г. состояния вещества    ii Фазы веществ    iii химические составы вещества    iv все перечисленные

D. Вещество, состоящее из двух или более составляющих веществ, называется __________
i. смесь    ii. соединение    iii. элемент    iv. металлоид

E. Молоко является примером вещества, называемого __________
i. решение    ii. гомогенная смесь    iii гетерогенная смесь    iv. суспензия

F. Вода, ртуть и бром похожи друг на друга, потому что три равны
г. жидкости    ii. соединения     iii. неметаллы    iv. элементы.

G. Валентность углерода равна 4, а кислорода равна 2. Из этого мы понимаем, что существует _______ химическая связь/связи между атомом углерода и одним атомом кислорода в соединении-углекислом газе.
я. 1    ii. 2    iii. 3     iv. 4

Ответ:

A. Межмолекулярная сила , максимальная в твердых частицах.
я. Минимум    ii. Умеренная    iii.максимальная    iv.неопределенная.

B. Твердые тела сохраняют свой объем даже при внешнем давлении. Это свойство называется несжимаемостью .
я. пластичность    ii. Несжимаемость    iii. текучесть    iv. эластичность

C. Вещество классифицируется на смеси типов, соединения и элементы с применением критерия состояний вещества .
я. состояния вещества    ii Фазы веществ    iii химические составы вещества    iv все перечисленные

D. Вещество, состоящее из двух или более составляющих веществ, называется соединение .
я. смесь    ii. соединение    iii. элемент    iv. металлоид

E. Молоко является примером вещества, называемого гомогенной смесью.
я. решение    ii. гомогенная смесь    iii гетерогенная смесь    iv. суспензия

F. Вода, ртуть и бром похожи друг на друга, потому что три жидкости .
я. жидкости    ii. соединения     iii. неметаллы    iv. элементы.

Г. валентность углерода 4, а кислорода 2. Отсюда мы понимаем, что существует 2 химическая связь/связи между атомом углерода и одним атомом кислорода в соединении двуокиси углерода.
я. 1    ii. 2    iii. 3     iv. 4 

Страница № 47:

Вопрос 2:

Найдите лишнее и объясните
A. Золото, серебро, медь, латунь
B. Водород, перекись водорода, двуокись углерода, водяной пар.
C.Молоко, лимонный сок, углерод, сталь.
D.вода, ртуть, бром, бензин.
E.сахар, планка, пищевая сода, синий витрол.
F. Водород, натрий, калий, углерод.

Ответ:

а. Латунь является странным, потому что это сплав, а золото, серебро, медь являются элементами.
b.Водород является нечетным, потому что это элемент, а другие являются составными.
c.Углерод является нечетным, потому что это элемент, а другие представляют собой смесь различных элементов.
d.Вода является лишним, потому что она является универсальным растворителем, а остальные не являются универсальным растворителем.
е. Пищевая сода является необычной, потому что она представляет собой смесь различных элементов, а другие являются составными.
f.Углерод нечетный, потому что он имеет 4 валентных электрона, а другие имеют 1 валентный электрон.

Страница № 47:

Вопрос 3:

Ответьте на следующие вопросы.
А. Растения синтезируют глюкозу на солнце с помощью хлорофилла из углекислого газа и воды и отдают кислород. определите четыре соединения в этом процессе и назовите их типы.

B. В одном образце латуни были обнаружены следующие ингредиенты: медь (70%) и цинк (30%). Определите из них растворитель, растворенное вещество и раствор.

C. Морская вода имеет соленый вкус из-за растворенной соли. минерализация (доля солей в воде) некоторых водоемов озера Лонар — 7,9%, Тихий океан 3,5 %, Средиземное море- 3,8 %, Мертвое море- 33,7 %. Объясните две характеристики смеси из приведенной выше информации.

Ответ:

а . Фотосинтез — это химический процесс, посредством которого растения, некоторые бактерии и водоросли производят глюкозу и кислород из углекислого газа и воды, используя в качестве источника энергии только свет, который поглощается хлорофиллом.
6CO2 + 6h3O → C6h22O6 + 6O2
Четыре вещества в этом процессе:
1. Углекислый газ = органическое соединение
2. Вода = органическое соединение
3. Глюкоза = органическое соединение
4. Хлорофилл = металлорганическое соединение или комплексное соединение

b. Латунь представляет собой сплав, состоящий в основном из меди, обычно с цинком. Латунь в виде твердого раствора, состоящего цинк и другие металлы в виде растворенных веществ растворяются в меди, взятой в качестве растворителя. Таким образом, латунь соответствует всем критериям решения.

c. Характеристики смесей из приведенной выше информации:
1. Веществами, составляющими смесь, являются два или более элемента или соединения.
2. Соотношение составляющих веществ в смеси может быть переменным.
3. В смеси сохраняются свойства входящих в ее состав веществ.

Страница № 47:

Вопрос 4:

Приведите по два примера
A. Жидкий элемент
B. Газообразный элемент
C. Твердый элемент
D. Гомогенная смесь
E. Коллоид
F. Органическое соединение
G. Комплекс соединение
H. Неорганическое соединение
I. Металлоид
J. Элемент с валентностью 1
K. Элемент с валентностью 2

Ответ:

а. Жидкий элемент = ртуть, бром
б. Газообразный элемент = кислород, азот, водород
в. Твердый элемент = натрий, углерод, алюминий
г. Гомогенная смесь = сахар в воде, кукурузное масло, кровь плазма
д. Коллоид = майонез, молоко, масло, желатин, желе, мутная вода
е. Органическое соединение = белки, глюкоза, мочевина, углеводы
г. Комплексное соединение = хлорофилл, гемоглобин, цианокобаламин
ч. Неорганическое соединение = известняк, ржавчина, поваренная соль
i. Металлоид = кремний, германий
j. Элемент с валентностью 1 = натрий, калий, хлор
k. Элемент с валентностью 2 = магний, кальций

Страница № 47:

Вопрос 5:

Напишите названия и символы составных элементов и определите их валентность по молекулярным формулам, приведенным ниже.
KCL, HBR, MGBR ₂ , K ₂ O, Nah, CaCl _2, CCL ₄ , HI, H ₂ S, NA ₂ S, FES, BACL S, NA ₂ S, FES, FES, FES, FES, FES, FES, FES, FES, FES, FES, FS, FES, FES, FES, FES, FES.0347 2

Ответ:

Соединения	Наименование соединений	Символ составных элементов	Валентность составляющих элементов
KCl	Хлорид калия	К, Кл	К = 1, Кл = 1
HBr	Бромоводород	К, Бр	К = 1, Вг = 1
MgBr 2	Бромид магния	Мг, Бр	Mg = 2, Br = 1
К 2 О	Оксид калия	К, О	К = 1, О = 2
NaH	Гидрид натрия	На, Н	Na = 1, H = 1
CaCl 2	Хлорид кальция	Ca, Cl	Ca = 2, Cl = 1
ССl 4	Четыреххлористый углерод	С, Кл	С = 4, Сl = 1
Привет	Йодоводород	Н, я	Н = 1, Я = 1
В 2 Ю	Сероводород	Н, С	Н = 1, Ш = 2
Нет 2 С	Сульфид натрия	На , С	Na = 1 , S = 2
ФС	Сульфид железа (II)	Фе, С	Ж = 2, С = 2
BaCl 2	Хлорид бария	Ба, Кл	В = 2, Кл = 1

Страница № 47:

Вопрос 6:

Химический состав некоторых веществ приведен в следующей таблице. Определите основной тип материи из их.

Название вещества	Химический состав	Основной тип вещества
Морская вода	h3O + NaCl + MgCl2
Дистиллированная вода	h3O
Газообразный водород в баллоне	ч3
Газ в баллоне LPG	C4h20 + C3H8
Пищевая сода	NaHCO3
Чистое золото	Авт
Газ в кислородном баллоне	О 2
Бронза	Cu + Sn
Алмаз	С
Нагретый белый порошок синего стекла	CuSO 4
Известняк	CaCO 3
Разбавленная соляная кислота	HCL+ H 2 O

Ответ:

Название вещества	Химический состав	Основной вид вещества
Морская вода	h3O + NaCl + MgCl2	смесь
Дистиллированная вода	h3O	соединение
Газообразный водород в баллоне	h3	элемент (молекула)
Газ в баллоне со сжиженным нефтяным газом	C4h20 + C3H8	смесь
Пищевая сода	NaHCO3	смесь
Чистое золото	Au	элемент
Газ в кислородном баллоне	C4h20 + C3H8	элемент (молекула)
Бронза	Cu + Sn	смесь
Алмаз	С	элемент (аллотроп)
Нагретый белый порошок синего стекла	CuSO4	соединение
Известняк	CaCO3	соединение
Разбавленная соляная кислота	HCL+ h3O	соединение

Страница № 47:

Вопрос 7:

Напишите научное обоснование.
А. Водород горюч, кислород помогает горению, а вода помогает тушить огонь.
г. Б. Вещества, входящие в состав коллоида, не могут быть разделены обычным фильтрованием.
C. Лимонный щербат имеет сладкий, кисло-соленый вкус и может быть налит в стакан.
D. Твердое вещество обладает свойствами определенной формы и объема.

Ответ:

а. Вода состоит из двух элементов, это водород и кислород. Водород горюч, а кислород нет. Воспламеняемость — это способность горючего материала при достаточном количестве кислорода (или другого окислителя) поддерживать достаточное количество тепловой энергии для поддержания огня после его возгорания. Хотя вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, образуя ионное соединение, она не обладает их характеристиками, потому что соединение не обладает свойствами составляющих его элементов. Поэтому у воды есть свои свойства, которые помогают тушить огонь.

b. Вещества, входящие в состав коллоида, не могут быть разделены обычной фильтрацией, потому что размер частиц в коллоиде (или коллоидном растворе) больше, чем в истинном растворе, но меньше, чем в суспензии. 100нм в диаметре. Размер обычной фильтровальной бумаги составляет более 100 нм, благодаря чему коллоидные частицы проходят через поры фильтровальной бумаги. В связи с этим мы предпочитаем использовать ультрафильтровальную бумагу, чтобы фильтрация коллоидных частиц проходила легко.

c. Лимонный щербат имеет сладкий, кислый и соленый вкус, и его можно наливать в стакан, потому что кислый вкус указывает на присутствие кислоты, а если кислоту налить в сосуд из металла, то кислота вступает в реакцию с металлом и делает его ядовит по своей природе. Поэтому мы предпочитаем брать сосуд из стеклянного материала.

г. Твердое вещество обладает свойствами определенной формы и объема по следующим причинам:
1) Межмолекулярное притяжение между частицами вещества очень велико.
г. 2) Межъядерное пространство между частицами вещества ничтожно мало.
3) Частицы вещества расположены так близко друг к другу, что вибрируют только в фиксированном положении.
 

Страница № 47:

Вопрос 8:

Выведите молекулярные формулы соединения, полученного из следующих пар элементов методом перекрестного умножения.
A. C (валентность 4) и Cl (валентность 1)
B. N (валентность 3) и H (валентность 1)
C. C (валентность 4) и O (валентность 2)
D. Ca (валентность 2) & O  (валентность 2)

Ответ:

a. C (валентность 4) и Cl (валентность 1):
Шаг 1: Напишите символы радикалов.
                         C                                   Cl
Шаг 2: Напишите валентность под соответствующим радикалом.
                         C                        Cl
                                            4                            
                          
Шаг 4: Запишите химическую формулу соединения.
                            CCl ₄

b. N (валентность 3) & H (валентность 1)
Шаг 1: Напишите символы радикалов.
                         N                                H
Шаг 2: Напишите валентность под соответствующим радикалом.
                       N                     H
                                                              3                  
                        
Шаг 4: Запишите химическую формулу соединения.

No related posts.