Константа диссоциации.
Процесс диссоциации электролитов является обратимым, поскольку ионы противоположного знака способны соединяться в молекуле. Для электролита вида АВ2 процесс диссоциации выглядит следующим образом:
АВ2 = А2+ + 2В-
Равновесие данного процесса можно охарактеризовать определённой величиной – константой диссоциации КД. Выразим константу диссоциации для данной реакции:
КД = С(А+ ) С (В2- )2 /С(АВ2),
где С(А+ ), С(В2- ), С(АВ2 ) – концентрации соответствующих ионов и недиссоциированных молекул электролита.
Полученное соотношение применимо к слабым электролитам в разбавленных растворах. В концентрированных растворах или в присутствии сильных электролитов вместо концентраций необходимо пользоваться соответствующими активностями:
КД,a = a(A+) a(В2- )2 / a(AВ2 ),
Константу диссоциации, определяемую через активности, часто называют термодинамической константой диссоциации. При отсутствии данных об активности часто используют соотношение, выраженное через концентрации. Подобную величину называют условной константой диссоциации, ибо рассчитанная таким способом константа диссоциации может несколько меняться с концентрацией. Термодинамическая константа диссоциации связана с изменением энергии Гиббса в реакции диссоциации следующим уравнением изотермы:
-∆GД = RT (InKД,a - In [a| (A+ ) a |(B2- )2 /a| (AB2 )],
где a| обозначены соответствующие активности в исходном состоянии.
Для стандартных условий данные активности равны единице, поэтому в этом случае уравнение изотермы будет выглядеть следующим образом:
∆G0Д = -RT (InK Д, a ).
Константу диссоциации связывают с другим показателем, степенью диссоциации. Для электролита АВ, молекула которого образует два иона (такие электролиты называют бинарными), концентрации ионов С (А+ ) и С ( В- ) и концентрация недиссоциированных молекул С ( АВ ) связываются с общей концентрацией электролита С соотношениями:
С ( А+ ) = С ( В- ) = aС;
С ( АВ ) = ( 1 – a ) С.
Представив значения С ( А+ ), С ( А+ ) и С ( АВ) в формулу для константы диссоциации, получим:
КД = a С2 / ( 1 – a ).
При малых значениях степени диссоциации разность ( 1 – a ) приблизительно равна единице. Тогда можно записать:
a = ( КД / С ).
Полученные выражения являются формулировками закона разведения Оствальда
Электролиты по степени диссоциации
| Слабые электролиты | Электролиты средней силы | Сильные электролиты |
| - вода - соли тяжелых металлов - нерастворимые основания - кислоты Н2S, Н2SiO3, НNO2, Н2CO3, CН 3COOН, другие органические кислоты | Н2SO3 , Н3РО4 | - почти все соли - щелочи - кислоты НСIO4, Н2SO3, НNO3, НСI, НI, НВr |
Степень диссоциации, её зависимость от температуры и концентрации раствора. Константа диссоциации зависит от природы растворителя, электролита и внешних условий – температуры и давления.
Существуют электролиты, диссоциация которых протекает ступенчато, например сернистая кислота H2SO3 , при этом каждая ступень характеризуется своей константой и степенью диссоциации, которые обозначаются соответственно К1 и a 1 для первой ступени, К2 и a 2 – для второй и т.д.:
I-ая ступень H2+ SO3 H+ + HSO3-
II-ая ступень H+SO3- H+ + SO32-
Для электролитов, диссоциирующих ступенчато, всегда выполняются следующие соотношения для констант и степеней диссоциации:
К1>>K2>>K3>>…
a1>a 2 >a 3 >…
т. е. диссоциация электролита протекает по каждой последующей ступени значительно труднее, чем по предыдущей.
Определите концентрацию ионов гидроксида, величину рН и среду раствора, если концентрация ионов водорода равна:
а) 10-9 моль/л; б) 10-2 моль/л.
Концентрацию ионов гидроксида определяем из равенства
(Н+) х (ОН-) = 10-14 моль2/л2
где 10-14 моль2/л2 – ионное произведение воды при 25°С (является константой и для разбавленных водных растворов веществ).
а) (ОН-) = 10-14/10-9 = 10-5моль/л – концентрация ионов гидроксида
рН = -Lg(H+) = -Lg10-5 = 5
pH = 5 – среда кислая
б) (ОН-) = 10-14/10-2 = 10-12моль/л – концентрация ионов гидроксида
рН = -Lg(H+) = -Lg10-12 = 12
pH = 12 – среда щелочная
№ 37
Применение адсорбции в технологических процессах осветления мясных и рыбных бульонов, фруктово-ягодных сиропов, при использовании пищевых красителей, при производстве сахара, глюкозы, вин, ионитного молока, очистки питьевой воды.
Адсорбцией называют концентрирование (сгущение) газообразных или растворенных веществ на поверхности раздела фаз.
Адсорбирующееся вещество является адсорбатом, адсорбирующее вещество -адсорбентом.
Адсорбционный процесс идет самопроизвольно и вызван избытком поверхностной энергии.
При помощи различных твердых адсорбентов производится улавливанье примесей и осветление растворов в производстве сахара, глюкозы.
Ионообменная адсорбция нашла широкие применения в пищевой промышленности. Так, например, в производстве вина с помощью ионитов из него удаляют излишнее количество ионов Fe3+,Cu2+,Ca2+, которые вызывают помутнение вин. Таким же методом изменяют солевой состав молока. Коровье молоко характеризуется повышенным содержанием солей, поэтому отличаются от женского характером створаживания, зависящим от соотношения казеина и солей кальция. Удаляя с помощью ионитов определенное количество солей кальция из коровьего молока, можно так изменить соотношение кальция и казеина, что коровье молоко можно будет применять для питания детей раннего возраста. Полученное таким способом молоко называется ионитным. Иониты применяются для очистки воды и в пивоваренном производстве, могут найти применение для умягчения воды в общественном питании.
Адсорбция широко используется в кулинарной практике, в частности, для осветления мясных и рыбных бульонов. Процесс осветления бульонов основан на том, что белки икры и яиц (при осветлении рыбных бульонов) или специальной «оттяжки» (при осветлении обычных мясных или мясо-костных бульонов) при нагревании свертываются, образуя пористую массу, которая адсорбирует на своей поверхности взвешенные частицы, придающие бульону мутность. Яичным белком осветляют также мутные фруктово-ягодные сиропы для приготовления желе.
Мясной прозрачный бульон осветляют оттяжкой. С этой целью котлетное мясо измельчают, заливают холодной водой, добавляют соль, настаивают на холоде, затем вводят сырые яичные белки и перемешивают. В охлажденный до +50° бульон добавляют оттяжку и тщательно размешивают. После этого бульон доводится до кипения и выдерживается на слабом огне, пока белок не опустится на дно. Во время варки на поверхности мясной оттяжки оседают взвешенные частицы жира.
Адсорбционное фильтрование широко применяется в винодельческой промышленности. Это один из основных способов осветления виноматериалов.
Движущей силой фильтрования является разность давлений, под действием которой жидкость проходит через поры фильтрующей перегородки, а взвешенные в виноматериале частицы задерживаются на ее поверхности и не проникают в поры. В этом случае на фильтрующей перегородке образуется осадок. Если размеры взвешенных частиц меньше размеров пор, то они могут пройти с виноматериалом или задержаться внутри фильтрующей перегородки в результате адсорбции на стенках пор.
Общее сопротивление фильтрования увеличивается с повышением концентрации взвешенных частиц в виноматериале и разности давлений по обе стороны фильтрующей перегородки, что объясняется увеличением сжимаемости слоя осадка. Фильтрование на современных фильтрах происходит при постоянной скорости и возрастающем давлении до 150-250 кПа и выше. Для фильтрования применяют различные материалы, которые должны отвечать следующим требованиям: быть химически нейтральными, обладать высокой адсорбционной способностью к частицам мути и микроорганизмам, сохранять рыхлую микропористую структуру при повышении давления и иметь достаточную механическую прочность (ткани, асбест, целлюлозу, фильтр-картон, диатомит).
№ 49.
Получение и общие свойства эмульсий. Деэмульгирование.
Эмульсии – это микрогетерогенные системы, состоящие из двух практически взаимно нерастворимых жидкостей; одна из жидкостей является полярной, например вода, вторая – неполярной или малополярной, например бензол, бензин, керосин, анилин, растительное масло и иные, в общем случае называемые маслом. На практике чаще всего встречаются водные эмульсии, то есть эмульсии, в которых одной из двух жидкостей является вода.
Типы эмульсий:
1) масло в воде ( м / в ) – прямая эмульсия, где масло является дисперсной фазой, а вода – дисперсной средой;
2) вода в масле ( в / м ) – обратная эмульсия, где вода является раздробленной в виде капелек дисперсной фазой, а масло – дисперсной средой.
Существуют также множественные эмульсии, в которых капли дисперсной фазы содержат в своем объеме более мелкие капли дисперсионной среды.
Эмульсии широко распространены в природе; это молоко (капли жира в воде, стабилизированные смесями белков, в основном казеина, липопротеинов и фосфолипидов), млечный сок растений, напр. каучуконосов, сырая нефть.
Получение эмульсии – эмульгирование: две несмешивающиеся жидкости подвергают процессу эмульгирования, состоящему в том, что механическим встряхиванием, разбиванием особыми лопастными мешалками или продавливанием через узкие щели одну жидкость (дисперсную фазу) разбивают на мелкие капли в другой жидкости (дисперсная среда). Для получения особовысокодисперсных эмульсий применяется ультразвуковой метод. При этом не зависимо от применяемого метода, значительно возрастает поверхность раздела жидкостей, в поверхностном слое действуют силы поверхностного натяжения и поэтому отдельные капельки стремятся укрупниться, в результате чего уменьшается свободная энергия. Это приводит к разрушению эмульсии. Чтобы придать эмульсии стойкость, применяют эмульгаторы. Это вещества, которые либо уменьшают поверхностное натяжение, либо образуют вокруг капелек раздробленной жидкости (масла) защитные пленки. Эмульгаторы бывают двух типов: порошкообразные и молекулярные.