Физическая и коллоидная химия. Основные термины и определения. Учебное пособие - Сергей Белопухов

Но границы между различными классами неизбежно произвольны, поскольку существует множество переходных типов органического вещества.

Вещества простые. Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента. Примеры: S – сера, Fe – железо, F2 – фтор, O2 – кислород, O3 – озон, Cl2 – хлор, Н2 – водород и др.

Вещества сложные. Сложные вещества состоят из атомов разных химических элементов: Н2О – вода, H2SO4 – серная кислота, СН4 – метан, CH3COOH – уксусная кислота, ZnCl2 – хлорид цинка.

Взаимодействие

– дипольное. Дипольное, или ориентационное взаимодействие вызвано ориентированием (притяжением плюса одной к минусу другой) молекул с дипольной структурой при их сближении;

– индукционное. Взаимодействие возникает, когда обладающая диполем молекула сближается с нейтральной молекулой, у которой имеются заряды, равномерно распределенные по молекуле. Под влиянием дипольной молекулы у нейтральной молекулы происходит перераспределение заряда и индуцируется дипольный момент;

– кислотно-основное. Образование донорно-акцепторной связи в результате взаимодействия кислоты (акцептора электронных пар) и основания (донора электронных пар);

– Ван-дер-Ваальсово (Ван-дер-Ваальсовы силы). Слабое, нековалентное межмолекулярное взаимодействие, возникающее за счет взаимодействия дипольных (мультипольных) моментов молекул и поляризации их электронных оболочек.

Вискеры. Нитевидные кристаллы диаметром от 1 до 10 мкм и отношением длины к диаметру больше 1000, являются одним из наиболее перспективных кристаллических материалов с уникальным комплексом физико-химических свойств.

Виcкозиметр. Прибор для определения вязкости жидкостей.

Вискозиметрия. Совокупность методов измерения вязкости жидкостей и газов. Вискозиметрия, используемая для определения значения вязкости, позволяет оценить такие важные параметры материалов в растворе или расплаве, как, например, степень диспергирования наполнителя, существование полимерных связующих между его частицами и т. д.

Влажность воздуха. Содержание водяного пара в воздухе, характеризуемое следующими параметрами: упругостью водяного пара, абсолютной влажностью, удельной влажностью, отношением смеси, относительной влажностью, дефицитом влажности, точкой росы.

Влажность почвы. Величина, характеризующая содержание в почве влаги, выражается в процентах от массы сухой почвы (весовая влажность почвы), в процентах от объема (объемная влажность почвы), в процентах от содержания влаги, соответствующей тому или иному виду влагоемкости, чаще полной или наименьшей (относительная влажность почвы). Основной показатель, используемый в определении различных категорий влаги, влагообеспеченности растений и других целей. Содержание воды в почве выражается часто в миллиметрах водяного столба, что удобно для сравнения содержания влаги в почве с количеством выпадающих осадков. От взаимоотношения влаги и воздуха в почве зависит в значительной степени рост и развитие растений.

Внешняя среда (окружающая среда). Силы и явления природы, ее вещество и пространство, растения и животные, любая деятельность человека вне рассматриваемого объекта или субъекта. Может непосредственно не контактировать с ним. Все условия живой и неживой природы, при которых существует организм и которые прямо или косвенно влияют на состояние, развитие и размножение как отдельных организмов, так и популяций. Биотические факторы – животный и растительный мир в той или иной местности. Абиотические факторы – неорганический мир (особенности рельефа, почвы и водной среды, условия освещения, влажность воздуха, температурный и кислородный режимы и т. д.).

Внутренняя энергия. Обозначается как E или U. Складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии. Внутренняя энергия является функцией состояния системы, т. е., когда система оказывается в данном состоянии, то ее внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение независимо от предыстории системы. Изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход. Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Можно определить только изменение внутренней энергии:

∆U = Q – A,

где Q – теплота (Дж), А – работа (Дж).

Вода. Химическое вещество состава Н2О. Самое распространенное химическое соединение на нашей планете, уникальный растворитель. Молекула воды имеет симметричную нелинейную структуру. Связь Н‒О ковалентная полярная, угол Н‒О‒Н равен 104,5°, между молекулами воды существует водородная связь. Вода обладает целым рядом аномальных физических свойств, что объясняется в первую очередь наличием водородных связей. Физические свойства: Ткип. = 100 °C, Тпл. = 0 °C при атмосферном давлении. При комнатной температуре вода – жидкость без вкуса, цвета и запаха, прозрачная, плотностью 1 г/см3. Чистая вода является слабым электролитом. Различают ионное произведение воды: произведение концентраций ионов водорода и гидроксила не только в воде, но и в любом водном растворе есть величина постоянная при постоянной температуре. Пример: при 22 °C концентрация ионов водорода в чистой воде равна концентрации гидроксил-ионов и равна соответственно 10–7 г-ион на литр. Следовательно, можно записать: СН × СОН = 10–7 × 10–7 = 10–14.

Водородная связь. Вторая, побочная валентность атома водорода, которая проявляется по отношению к сильно отрицательным атомам, если основной валентностью он связан с атомом, наиболее сильно отрицательным в данной молекуле.

Водородный показатель рН. Величина, характеризующая концентрацию (активность) ионов водорода в растворе, численно равна отрицательному десятичному логарифму концентрации (активности) ионов водорода, выраженной в моль на литр. В разбавленных водных растворах 0 ≤ рН ≤ 14. В кислых растворах 0 ≤ рН ≤ 7. В нейтральных растворах рН = 7. В щелочных растворах 7 ≤ рН ≤ 14.

Для расчета рН в разбавленных растворах различных классов соединений используют следующие уравнения:

Сильные кислоты: рН = – lgaH+.

Сильные основания: pH = 14 – pOH

Слабые кислоты: pH = ½(pKк – lgC)

Слабые основания: pH = 14 – ½pKо + ½lgC

Гидролитически кислые соли: pH = 7 – ½pKосн – ½lgC

Гидролитически щелочные соли: pH = 7 + ½pKкисл + ½lgC

Буферные растворы: pH = pKa + lg[соль] – lg[кислота]

рH = pKa + lg[основание] – lg[соль].

Возгонка (сублимация). Превращение твердого вещества в газообразное без процесса плавления – например, возгонка йода.

Воспроизводимость. Повторяемость результатов анализа одного и того же элемента (вещества), полученная по данным нескольких экспериментов. Воспроизводимость характеризует рассеяние единичных результатов относительно среднего, т. е. степень близости друг к другу результатов единичных определений. Под воспроизводимостью также понимают рассеяние результатов химического анализа, полученных в разных лабораториях, в разное время и т. д. Воспроизводимость зависит от подготовки пробы для анализа.

Восстановитель. Атом, молекула или ион, который отдает электроны в окислительно-восстановительных реакциях. Примеры: Zn – 2e— = Zn2+, Zn – восстановитель; 2Сl— – 2е— = Сl2, Сl— – восстановитель.

Восстановление. Процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. Наблюдается в окислительно-восстановительных реакциях. Примеры: S + 2e— = S2– – восстановление серы до сульфида; MnO4— + 8H+ + 5e— = Mn2+ + 4Н2О – восстановление марганца от степени окисления +7 до степени окисления +2.

Время релаксации ионной атмосферы. Время, за которое ионная атмосфера образуется на новом месте и исчезает на старом.

Второе начало термодинамики (второй закон термодинамики)

– формулировка Клаузиуса. Теплота не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому.

– формулировка Кельвина и Планка. Невозможно построить периодически действующую машину, единственным результатом действия которой было бы совершение механической работы за счет охлаждения теплового резервуара.

Математическое выражение второго начала термодинамики: