- •Гоу впо Пятигорская государственная фармацевтическая академия Росздрава
- •Пояснительная записка
- •Рекомендуемая литература. Основная:
- •Дополнительная:
- •Контрольная работа № 1 «Физическая химия»
- •Вопросы
- •Контрольная работа № 2 «Коллоидная химия»
- •Задачи к работе № 1 «Физическая химия»
- •Задачи к работе № 2 «Коллоидная химия»
- •Примеры решения задач к работе № 1
- •Примеры решения задач к работе № 2
Примеры решения задач к работе № 2
Задача 1. Используя константы уравнения Шишковского (a=12,6103 и b = 21,5), рассчитайте поверхностное натяжение водного раствора масляной кислоты с концентрацией 0,104 моль/л при 273К. Поверхностное натяжение воды при этой температуре 0 = 75,62103 Н/м.
Решение: С помощью уравнения Шишковского
= 0 = a ln(1 + bC)
рассчитаем поверхностное натяжение раствора :
= 0 a ln(1 + bC) = 75,62103 12,6103(1 + 21,50,104) =
=60,82103 Н/м.
Задача 2. Коллоидный раствор колларгола содержит частицы серебра с диаметром 610–8 см. Определите число частиц, образующихся при диспергировании 0,5 см3 серебра, удельную поверхность золя и суммарную поверхность частиц.
Решение: Зная радиус, можно рассчитать объем одной частицы:
Vч = 4/3r3 = 4/3 [3,14 (310–8)3] = 113,0410–24 см3.
Теперь определим число частиц:
n = Vдисп. фазы/Vч = 0,5/113,0410–24 = 4,41021.
Удельную поверхность системы, содержащей сферические частицы, можно вычислить по формуле
3 3
Sуд= = =108 см–1.
r 310–8
Зная Sуд и суммарный объем частиц дисперсной фазы, найдем суммарную поверхность частиц:
Sсумм = SудVсумм = 1080,5 =5107 см2.
Или иначе:
Sсумм= nSч = n4r2 = 4,4102143,14(6108)2 = 4,97107 5107см2.
(5710–3 –74,2210–3) 3,16410–4
Г = = 7,3210–9 кмоль/м2.
3,16410–4 0 8,314103283
Задача 3. Рассчитайте коэффициент диффузии D и средний квадратичный сдвиг х частицы гидрозоля за время 10 секунд, если радиус частиц 50 нм, температура опыта 293К, вязкость среды 10–3 Пас.
Решение: По закону Эйнштейна–Смолуховского
х2 = 2Dt,
где D – коэффициент диффузии, который в свою очередь можно рассчитать по уравнению Эйнштейна:
RT kT
D = = ,
6 r NA 6 r
R – универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/мольК;
k – константа Больцмана, k = R/NA = 1,3810–23 Дж/К;
– вязкость среды; r – радиус частицы.
Подставляем данные:
1,3810–23293
D = = 4,2910–12 м2/с.
63,1410–35010–9
Отсюда
х = 2Dt = 24,2910–1210 = 9,2610–6 м.
Задача 4. Протаргол содержит 0,08% коллоидного серебра. Осмотическое давление этого коллоидного раствора равно 0,08 Па при температуре 37оС. Рассчитайте средний диаметр сферических коллоидных частиц золя. Плотность серебра 10,5103 кг/м3.
Решение: Осмотическое давление золей рассчитывается по уравнению:
RT
осм
=
= kТ,
NA
k – константа Больцмана, 1,3810–23 Дж/К.
Так как равно отношению массы дисперсной фазы к массе одной частицы: = mд.ф./mч, а масса частицы находится через ее плотность и радиус: mч = 4r3/3, то, зная осмотическое давление, можно рассчитать средний радиус частицы:
Отсюда: d = 20,9910–8 = 1,9810–8 м.
3
mд.ф.kT
30,81,3810–23310
r
=
=
= 0,9910–8
м.
4осм
40,0810,51033,14
Решение: Найдем вязкость, используя уравнение Эйнштейна:
= о(1+2,5),
где – объемная доля дисперсной фазы; = Vд.ф./Vзоль.
а) Для расчета примем массу золя, равной 100 г, тогда масса дисперсной фазы равна 10 г, а масса дисперсионной среды 90 г. Отсюда
10/5,56
1 = = 0,0196;
10/5,56 + 90/1
и 1 = 10–3 (1 + 2,50,0196) = 1,0510–3 Пас.
б) В этом случае для расчета осмотического давления достаточно преобразовать значение : 2 = 10% = 0,1; и значит
2 = 10–3 (1 + 2,50,1) = 1,2510–3 Пас.
Задача 6. Сравните интенсивность светорассеяния санорина в красном (=700 нм) и в синем свете (=436 нм). Сделайте вывод о том, какой свет лучше применять при нефелометрии.
n12 – n02 2 V2
Ip = 243 () Iо
n12 + 2n02 4
Решение: В соответствии с уравнением Рэлея интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна длине волны падающего света в 4–й степени. Отсюда
Iр.син. 4красн 7004 2,41011
= = = 6,6 раза
Iр.красн. 4син 4364 3,61010
Таким образом, при нефелометрии лучше применять синий свет.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
СТАНДАРТНЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ НЕКОТОРЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Вещество |
Hof 298, кДж/моль |
So298, Дж/мольK |
Gof 298, кДж/моль |
Cop 298, Дж/мольK |
Н2 (г) |
0 |
130.52 |
0 |
28.83 |
О2 (г) |
0 |
205.04 |
0 |
29.37 |
C (графит) |
0 |
5.74 |
0 |
8.54 |
Cl2 (г) |
0 |
222.98 |
0 |
33.93 |
Fe (т) |
0 |
27.15 |
0 |
24.98 |
CO (г) |
–110.53 |
197.55 |
–137.15 |
29.14 |
СО2 (г) |
–393.51 |
213.66 |
–394.37 |
37.11 |
CaC2 (т) |
–59.83 |
69.96 |
–64.85 |
62.72 |
CaCO3 (т) |
–1206.83 |
91.71 |
–1128.35 |
83.47 |
CaO (т) |
–635.09 |
38.07 |
–603.46 |
42.05 |
Ca(OH)2 (т) |
–985.12 |
83.39 |
–897.52 |
87.49 |
Fe3О4 (т) |
–1117.13 |
146.19 |
–1014.17 |
150.79 |
H2O (г) |
–241.81 |
188.72 |
–228.61 |
33.61 |
H2O (ж) |
–285.83 |
69.95 |
–237.23 |
75.30 |
HCl (г) |
–92.31 |
186.79 |
–95.30 |
29.14 |
MgCO3 (т) |
–1095.85 |
65.10 |
–1012.15 |
76.11 |
MgО (т) |
–601.49 |
27.07 |
–569.27 |
37.20 |
Mg(OH)2 (т) |
–924.66 |
63.18 |
–833.75 |
76.99 |
NO (г) |
91.26 |
210.64 |
87.58 |
29.86 |
NO2 (г) |
34.19 |
240.06 |
52.29 |
36.66 |
N2O4 (г) |
11.11 |
304.35 |
99.68 |
79.16 |
NH3 (г) |
–45.94 |
192.66 |
–16.48 |
35.16 |
NH4Cl (т) |
–314.22 |
95.81 |
–203.22 |
84.10 |
SO2 (г) |
–296.90 |
248.07 |
–300.21 |
39.87 |
SO3 (г) |
–395.85 |
256.69 |
–371.17 |
50.09 |
SO2Cl2 (ж) |
–394.13 |
216.31 |
–321.49 |
133.89 |
CH4 (г) |
–74.85 |
186.27 |
–50.85 |
35.71 |
C2H2 (г) |
226.75 |
200.82 |
209.21 |
43.93 |
C2H4 (г) |
52.30 |
219.45 |
68.14 |
43.56 |
C2H6 (г) |
–84.67 |
229.49 |
–32.93 |
52.64 |
CH3CHO (г) |
–166.00 |
264.20 |
–132.95 |
54.64 |
C2H5OH (г) |
–234.80 |
281.38 |
–167.96 |
65.75 |
C2H5OH (ж) |
–276.98 |
160.67 |
–174.15 |
111.96 |
COCl2 (г) |
–219.50 |
283.64 |
–205.31 |
57.76 |
CH3OH (г) |
–201.00 |
239.76 |
–162.38 |
44.13 |
C6H6 (г) |
82.93 |
269.20 |
129.68 |
81.67 |
C6H6 (ж) |
49.03 |
173.26 |
124.38 |
135.14 |
C6H12 (г) |
–123.14 |
298.24 |
31.70 |
106.27 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
СТАНДАРТНЫЕ ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ПРИ 25оС
Электрод |
Ео, В |
Zn|Zn2+ |
–0.763 |
Cr|Cr3+ |
–0.744 |
Fe|Fe2+ |
–0.440 |
Cd|Cd2+ |
–0.403 |
Ni|Ni2+ |
–0.250 |
Sn|Sn2+ |
–0.136 |
Pb|Pb2+ |
–0.126 |
Fe|Fe3+ |
–0.036 |
Cu|Cu2+ |
+0.337 |
Ag|Ag+ |
+0.799 |
Hg|Hg2Cl2;Cl– (насыщ.) |
+0.2415 |
Ag|AgCl;Cl– (насыщ.) |
+0.222 |