Современные теории растворов электролитов.
Выполнил:
студент V курса: Казаков Н.Ю.
группа: МЕ-50
Проверил: Дорохов А.В.
МОСКВА - 2014.
Оглавление
Введение. 3
Глава 1. РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ
ОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ. 6
Основные положения теории Аррениуса. 6
Недостатки классической теории электролитической диссоциации. 8
Спектроскопические методы исследования строения растворов электролитов. 11
Глава 2. ИОН-ДИПОЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ. 15
Механизмы образования растворов электролитов. 15
Энергия кристаллической решетки. 16
Энергия сольватации. 20
Корелляционные подходы к сравнению свойств растворителей. 24
Состояние ионов в растворах. 26
Глава 3. ИОН-ИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ. 27
Термодинамическое описание равновесий
В растворах электролитов. 27
Распределение ионов в растворе электролита
И потенциал ионнойатмосферы. 28
Теория Дебая-Хюккеля. 32
Ионная ассоциация в растворах электролитов. 33
Эмпирические и полуэмпирические методы описания термодинамических свойств растворов. 38
Современное состояние и перспективы развития
Теории растворов электролитов. 42
Список литературы.. 50
Введение
Еще в 60-80 годы XIX века Д.И. Менделеев, используя, по-существу, современные принципы физико-химического анализа (волюмометрия), показал, что в жидкой бинарной системе вода - этиловый спирт образуются химические соединения во многом определяющие свойства растворов.
Проанализировав имеющиеся на тот исторический этап экспериментальные данные и теоретические представления, Д.И. Менделеев пришел к выводу, что «растворы суть химические соединения, определяемые силами, действующими между растворителем и растворяемым телом, и так как при действии химических сил частичные веса действующих веществ играют явную роль, то за самое рациональное выражение состава растворов должно считать представление их состава химическими формулами или частичными количествами действующих веществ». В своей монографии Д.И. Менделеев более категорично формулирует свое понимание сущности состояния и образования растворов: «растворы представляют жидкие диссационные системы, образованные частицами растворителя, растворенного тела и тех определенных нестойких, но экзотермических соединений, которые между ними происходят, одного или нескольких, смотря по природе составляющих начал». Эти концептуальные утверждения в дальнейшем стали «краеугольными камнями» в созидательном аспекте и «линиями раздела» в методологии классификации, интерпретации, истории формирования и развития теорий растворов.
Особенно контрастно это проявилось в эволюции становления теории электролитных растворов в форме борьбы между «физическими» и «химическими» подходами в объяснении природы образования в растворе мобильных заряженных частиц, способных переносить заряд(электрический ток): Аррениус, Оствальд, Вант– Гофф и др., с одной стороны, и Менделеев, Коновалов, Каблуков, Вальден и др., с другой.
К настоящему времени, во многом благодаря усилиям учёных российских химических школ (Д.И.Менделеев, Д.П.Коновалов, И.А.Каблуков, Л.В.Писаржевский, А.Н.Саханов, П.Н.Вальден, В.А.Плотников, М.И.Усанович, Н.А.Измайлов, К.П.Мищенко, Г.А.Крестов, Ю.А.Фиалков и др.), в основном завершен синтез физических и химических концепций образования электролитных растворов и их электропроводности.
С современных, интегральных позиций, основанных на физико-химическом подходе и всей совокупности результатов прямого исследования атомно-молекулярного строения растворов (различные виды спектроскопии в широком частотном диапазоне, методы ЯМР, ЭПР, КР, меченных атомов и т.д.) можно утверждать, что образование электролитных растворов и расплавов как из проводящих, так и непроводящих в индивидуальном виде веществ – всегда результат химического взаимодействия молекул различных веществ с образованием ионных соединений (ионофоры, гетеролиты, соли и т.д.) или взаимодействия одинаковых молекул с образованием автолитов, автосольватов, автокомплексов и т.д. с последующей их термической диссоциацией на мобильные, динамически независимые ионы, способные переносить заряд. Эти процессы подчиняются законам химической термодинамики и законам переноса заряженных частиц в вязких средах, что позволяет описать их количественно.
Исследования в области теории растворов электролитов не теряют своей актуальности и в настоящее время. Это объясняется тем, что большинство процессов в химической технологии, в той или иной степени, связано с растворами, в которых активные компоненты реакций находятся в форме растворенного вещества.
Растворы электролитов, будучи объектами с однородным и изотропным распределением вещества и заряда, представляют собой удобную модель изучения протяженных систем, так как изменение их свойств в широком диапазоне концентраций вещества и заряда доступно экспериментальной проверке. К их экспериментально наблюдаемым свойствам можно отнести электропроводность, теплоты растворения, константы диссоциации и т.п. Что касается свойств отдельных частиц, таких как подвижность, вязкость, диффузия, сольватные числа, числа переноса, теплоты сольватации, то их прямое определение невозможно. В этом случае используются различного рода приближения, связанные с выбором определенных стандартов отсчета, основанных на данных измерений суммарных величин.
В основе современного состояния теории растворов электролитов лежат электростатические представления Дебая-Хюккеля, не дающие возможности в полной мере описывать данные свойства растворов в широком диапазоне изменений концентраций. В силу этого, свойства растворов при концентрациях, используемых в различных видах технологий, не имеют последовательной теории их описания.
В свою очередь растворы электролитов состоят из многоэлектронных молекул, ионов и ассоциатов. Такие их свойства, как ионные радиусы, энергии межмолекулярных взаимодействий, энергии сродства к электрону играют не менее важную роль при описании свойств растворов электролитов. Теоретические способы оценок данных свойств частиц квантово-механическими методами также приводят к проблеме многочастичных взаимодействий совокупности электронов и ядер, решаемых преимущественно численными методами.
Таким образом, описание свойств растворов электролитов и составляющих их частиц в рамках единой теоретической модели, в которой проблема многочастичных взаимодействий решается с позиции плазменных колебаний плотности заряда, является актуальной задачей.
Глава 1. РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ
