Глава 3. Строение вещества в конденсированном состоянии
Глава 3. Строение вещества в конденсированном состоянии
Глава 3. Строение вещества в конденсированном состоянии
- No tags were found...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Из жидких тел для неорганической химии наибольший интерес предста<strong>в</strong>ляют <strong>в</strong>ода и<strong>в</strong>одные раст<strong>в</strong>оры, поэтому остано<strong>в</strong>имся на структуре <strong>в</strong>оды и механизме процессараст<strong>в</strong>орения.2. Структура <strong>в</strong>оды. Как уже указы<strong>в</strong>алось, молекулы Н 2 О <strong>в</strong> кристаллической решеткельда с<strong>в</strong>язаны друг с другом <strong>в</strong>одородными с<strong>в</strong>язями. Кристаллическая структура льда <strong>в</strong>есьмадалека от плотнейшей упако<strong>в</strong>ки. При плотнейшей упако<strong>в</strong>ке молекул Н 2 O лед имел быплотность 2,0 г/см 3 , а <strong>в</strong> дейст<strong>в</strong>ительности плотность льда ра<strong>в</strong>на 0,9 г/см 3 .Физики Бернал и Фаулер (Англия), тщательно проанализиро<strong>в</strong>а<strong>в</strong>шие результатырентгеноструктурного исследо<strong>в</strong>ания <strong>в</strong>оды, <strong>в</strong> 1933 г. устано<strong>в</strong>или, что <strong>в</strong> жидкой <strong>в</strong>оде остаютсяфрагменты структуры льда. Для большей части молекул <strong>в</strong> жидкой <strong>в</strong>оде сохраняетсятетраэдрическое окружение, которое они имели <strong>в</strong> структуре льда: среднее координационноечисло молекул <strong>в</strong> <strong>в</strong>оде близко к четырем, так, при 2, 30 и 83°С оно ра<strong>в</strong>но соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно 4,4;4,6 и 4,9. Большая часть <strong>в</strong>одородных с<strong>в</strong>язей, соединяющих молекулы H 2 О <strong>в</strong> кристалле льда,сохраняется и <strong>в</strong> <strong>в</strong>оде: доля разор<strong>в</strong>анных <strong>в</strong>одородных с<strong>в</strong>язей при 0, 25, 60 и 100°С соста<strong>в</strong>ляетсоот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно около 9, 11, 16 и 20%.Наличие элементо<strong>в</strong> кристаллической структуры наряду с большим дипольным моментоммолекулы Н 2 О обусло<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>ает очень большое значение относительной диэлектрическойпроницаемости <strong>в</strong>оды ε; при 25°С она ра<strong>в</strong>на 79,5. Таким образом, электростатическое<strong>в</strong>заимодейст<strong>в</strong>ие между заряженными частицами <strong>в</strong> <strong>в</strong>одной среде приблизительно <strong>в</strong> 80 разслабее, чем <strong>в</strong> <strong>в</strong>акууме. Благодаря этому <strong>в</strong>се ионные соединения <strong>в</strong> <strong>в</strong>одных раст<strong>в</strong>орахдиссоциируют. В отличие от диссоциации <strong>в</strong> раст<strong>в</strong>орителях с меньшим значением εдиссоциация <strong>в</strong> <strong>в</strong>одной среде я<strong>в</strong>ляется практически полной. В <strong>в</strong>одном раст<strong>в</strong>оре диссоциируютна ионы также многие соединения с полярной с<strong>в</strong>язью <strong>в</strong> молекулах, такие какгалогено<strong>в</strong>одороды, H 2 S и другие, хотя для подобных соединений степень диссоциацииможет не ра<strong>в</strong>няться 100 %.<strong>3.</strong> Физико-химические процессы <strong>в</strong> раст<strong>в</strong>орах электролито<strong>в</strong>. Впер<strong>в</strong>ые на значение<strong>в</strong>заимодейст<strong>в</strong>ия между раст<strong>в</strong>оренным <strong>в</strong>ещест<strong>в</strong>ом и раст<strong>в</strong>орителем указал <strong>в</strong> 60-х годахпрошлого <strong>в</strong>ека Д. И. Менделее<strong>в</strong>, <strong>в</strong>ыд<strong>в</strong>ину<strong>в</strong>ший химическую теорию раст<strong>в</strong>оро<strong>в</strong>. Согласноэтой теории раст<strong>в</strong>оры содержат ряд неустойчи<strong>в</strong>ых, пре<strong>в</strong>ращающихся друг <strong>в</strong> другасоединений раст<strong>в</strong>оренного <strong><strong>в</strong>ещест<strong>в</strong>а</strong> с <strong>в</strong>одой - гидрато<strong>в</strong> (<strong>в</strong> общем случае при<strong>в</strong>заимодейст<strong>в</strong>ии раст<strong>в</strong>оренного <strong><strong>в</strong>ещест<strong>в</strong>а</strong> с раст<strong>в</strong>орителем образуются соль<strong>в</strong>аты). Сампроцесс образо<strong>в</strong>ания гидрато<strong>в</strong> назы<strong>в</strong>ается гидратацией. В отличие от процесса гидролиза(см. разд. 6.5) при гидратации не происходит разложение молекул <strong>в</strong>оды. Примени<strong>в</strong> физикохимическиеметоды исследо<strong>в</strong>ания, Д. И. Менделее<strong>в</strong> доказал сущест<strong>в</strong>о<strong>в</strong>ание гидрато<strong>в</strong> <strong>в</strong>жидкой фазе (<strong>в</strong> системах H 2 SO 4 - Н 2 О, C 2 H 5 OH - Н 2 О, СН 3 ОН - Н 2 О). Дейст<strong>в</strong>ительно, кактеперь хорошо из<strong>в</strong>естно, <strong>в</strong> раст<strong>в</strong>орах содержатся относительно устойчи<strong>в</strong>ые молекулярныегруппы, образо<strong>в</strong>анные молекулами раст<strong>в</strong>орителя и раст<strong>в</strong>оренного <strong><strong>в</strong>ещест<strong>в</strong>а</strong>. По мереуменьшения полярности раст<strong>в</strong>орителя его способность к образо<strong>в</strong>анию молекулярныхсоединений снижается. Нередко с<strong>в</strong>язь между молекулами раст<strong>в</strong>орителя и частицамираст<strong>в</strong>оренного <strong><strong>в</strong>ещест<strong>в</strong>а</strong> сохраняется и <strong>в</strong> т<strong>в</strong>ердом <strong>состоянии</strong> - при кристаллизации израст<strong>в</strong>ора <strong>в</strong>ыделяются кристаллосоль<strong>в</strong>аты (кристаллогидраты - при кристаллизации из<strong>в</strong>одного раст<strong>в</strong>ора). Примерами таких <strong>в</strong>ещест<strong>в</strong> я<strong>в</strong>ляются CuSO 4·5Н 2 О, CaCl 2·6Н 2 О,LiC1O 4·4СН 3 ОН, А1Вг 3·С б Н б .Предста<strong>в</strong>ление о гидратации ионо<strong>в</strong>, <strong>в</strong><strong>в</strong>еденное <strong>в</strong> науку <strong>в</strong> 1890 г. русскими химиками И.А. Каблуко<strong>в</strong>ым и В. А. Кистяко<strong>в</strong>ским и объедини<strong>в</strong>шее теорию электролитическойдиссоциации Аррениуса (см. разд. 6.4) с химической теорией раст<strong>в</strong>оро<strong>в</strong> Д. И. Менделее<strong>в</strong>а,оказалось чрез<strong>в</strong>ычайно плодот<strong>в</strong>орным для объяснения с<strong>в</strong>ойст<strong>в</strong> раст<strong>в</strong>оро<strong>в</strong> электролито<strong>в</strong>.Интенси<strong>в</strong>ность <strong>в</strong>заимодейст<strong>в</strong>ия ионо<strong>в</strong> раст<strong>в</strong>оренного <strong><strong>в</strong>ещест<strong>в</strong>а</strong> с молекулами <strong>в</strong>одыможет быть охарактеризо<strong>в</strong>ана теплотой гидратации ионо<strong>в</strong> ∆H г - количест<strong>в</strong>ом теплоты,которое <strong>в</strong>ыделяется при пере<strong>в</strong>оде одного моля ионо<strong>в</strong> из <strong>в</strong>акуума <strong>в</strong> <strong>в</strong>одный раст<strong>в</strong>ор. Величина∆H г может быть найдена из экспериментальных данных; имеются также теоретическиеметоды расчета.
Change language