Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния.
Жесткость воды - это один из основных критериев качества воды.
Общая жесткость воды образуется из двух составляющих: карбонатной (временной), обусловленной концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН 8,3) кальция и магния, и некарбонатной (постоянной), обусловленной концентрацией в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот.
Соли жесткости имеют разные свойства. Так, при нагреве воды, некоторые из них выпадают в осадок в виде накипи, а некоторые — не выпадают. По этому признаку их начали разделять. Соли, выпадающие в осадок, стали называтьсолями временной (или устранимой) жесткости, а соли, которые не выпадают в осадок при нагреве воды, солями постоянной жесткости.
Временная жесткость характеризуется присутствием в воде наряду с катионами Ca2+, Mg2+ и Fe2+ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO3-). При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются, образуя очень плохо растворимый карбонат кальция, углекислый газ и воду:
Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3↓ + H2O + CO2↑
Таким образом, временную жесткость можно уменьшить или полностью устранить путем длительного кипячения, поэтому она и «временная». Соли жесткости, выпадающие в осадок, это соединения щелочноземельных металлов и слабых кислот.
Жесткость, сохраняющаяся в воде после кипячения, называется постоянной. Ее образуют сульфаты, хлориды, нитраты, силикаты и фосфаты, и ее значение нельзя уменьшить, прокипятив воду. Соли, которые не создают накипи, но влияют на общую жесткость воды, являются соединениями щелочноземельных металлов с сильными кислотами, такими как серная, соляная, азотная, плавиковая и другие.
С изменением или устранением временной жесткости снижается и общая жесткость воды. Поэтому показатель жесткости столь же непостоянен, как и другие показатели воды.
Таким образом, общая жесткость воды складывается из постоянной и временной. Для аквариумиста имеет значение временная (карбонатная) жесткость кН и общая gH жесткость, являющаяся суммой временной и постоянной жесткости.
Жесткость — это свойство воды, обусловленное количеством растворенных в ней катионов металлов. Она напрямую влияет на все процессы, происходящие в биотопе. Общая жесткость состоит из временной ипостоянной. Временная жесткость обусловлена концентрацией гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная — концентрацией в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот.
22. Окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления и ее определение. Классификация окислительно-восстановительных реакций. Сильные окислители и восстановители.
Окисление первоначально рассматривалось как реакция присоединения кислорода к какому-либо веществу. Противоположный процесс – отнятие кислорода от вещества (или присоединение водорода к нему) – называли реакцией восстановления. Развитие электронной теории строения атомов и химической связи дало возможность широко обобщить представления об окислительно-восстановительных реакциях.
С современной точки зрения при окислительно-восстановительных реакциях происходит оттягивание электронов от одних атомов (окисление) и притягивание электронов к другим (восстановление).
Окислимтельно-восстановимтельные реамкции, также редокс (англ. redox, от reduction-oxidation — восстановление-окисление) — это встречно-параллельныехимические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ (или ионов веществ), реализующихся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем (акцептором) и атомом-восстановителем (донором).
Стемпень окислемния (окислительное число, формальный заряд) — вспомогательная условная величина для записи процессов окисления, восстановления иокислительно-восстановительных реакций. Она указывает на состояние окисления отдельного атома молекулы и представляет собой лишь удобный метод учётапереноса электронов: она не является истинным зарядом атома в молекуле.
Окислительно-восстановительные реакции обычно разделяют на три типа: межмолекулярные, внутримолекулярные и реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления).
Межмолекулярные реакции протекают с изменением степени окисления атомов, которые находятся в различных молекулах. Например:
2 Al + Fe2O3 Al2O3 + 2 Fe,
C + 4 HNO3(конц) = CO2 + 4 NO2+ 2 H2O.
К внутримолекулярным реакциям относятся такие реакции, в которых окислитель и восстановитель входят в состав одной и той же молекулы, например:
(NH4)2Cr2O7 N2 + Cr2O3 + 4 H2O,
2 KNO3 2 KNO2 + O2.
В реакциях диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления) атом (ион) одного и того же элемента является и окислителем, и восстановителем:
Cl2 + 2 KOH KCl + KClO + H2O,
2 NO2 + 2 NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O.
К сильным окислителям принадлежат неметаллы верхней части VI и VII групп периодической системы. Сильные окислительные свойства этих веществ объясняются большой электроотрицательностью их атомов. Сильнее всего окислительные свойства выражены у фтора, но в практике чаще пользуются в качестве окислителей кислородом, хлором и бромом.
К соединениям, применяемым в качестве окислителей, относятся также кислоты. Наибольшее практическое значение имеют соляная, серная и азотная кислоты.
К сильным восстановителям принадлежат щелочные и щелочно.-земельные. металлы, Al, Si, С, Н2 и ряд др. простых веществ, гидридыметаллов и соединений, содержащие неметаллы с отрицательными степенями окисления (
и др.). Очень сильной восстановительной способностью обладают растворы, содержащие свободные или сольватированные электроны, например аммиачные растворы щелочных и щелочно-земельных металлов, а также атомарный водород.
23. Понятие об электродных потенциалах. Ряд напряжений металлов. Разберите работу медно-цинкового гальванического элемента. Напишите электронные уравнения катодного и анодного процессов. ЭДС гальванического элемента. Уравнение Нернста.
На границе металл – раствор возникает двойной электрический слой. Одна часть этого слоя находится на поверхности металла, а другая часть – в жидкости, которая омывает данный металл. Между металлом и раствором возникает разность потенциалов, которая называется электродным потенциалом, или потенциалом электрода. По мере перехода ионов в раствор (процесс называется поверхностным растворением металла) растет отрицательный заряд поверхности металла и положительный заряд раствора, что препятствует растворению (окислению) металла. Наряду с этой реакцией протекает обратная реакция – восстановление ионов металла из раствора (процесс называется поверхностным осаждением металла) до атомов на поверхности цинковой пластины.
Ряд напряжений характеризует окислительно-восстановительную способность системы «металл – ион металла». Чем меньшее значение имеет стандартный электродный потенциал металла, тем более сильным восстановителем он является. Чем больше потенциал металлического электрода, тем более высокой окислительной способностью обладают его ионы.
Ряд напряжений металлов
Примером химического гальванического элемента может служить элемент Якоби-Даниэля. Он состоит из медного электрода (медной пластинки, погруженной в раствор CuSO4) и цинкового электрода (цинковой пластинки, погруженной в раствор ZnSO4). На поверхности цинковой пластинки возникает ДЭС и устанавливается равновесие
Zn ⇄ Zn2+ + 2з
При этом возникает электродный потенциал цинка, и схема электрода будет иметь вид Zn|ZnSO4 или Zn|Zn2+.
Аналогично, на медной пластинке также возникает ДЭС и устанавливается равновесие
Cu ⇄ Cu2+ + 2з
Поэтому возникает электродный потенциал меди, и схема электрода будет иметь вид Cu|CuSO4 или Cu|Cu2+.
На Zn-электроде (электрохимически более активном), протекает процесс окисления: Zn – 2з →Zn2+. На Cu-электроде (электрохимически менее активном) протекает процесс восстановления: Cu2+ + 2з → Cu.
Суммарное уравнение электрохимической реакции:
Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu
или Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
анодный процесс— электрохимических процесс, в результате которого происходит окисление ионов раствора, расплава электролита (например, Cl- — Е → 1/2Сl2), материала электрода с переходом соотвествующихионов в электролит (например, Cu — 2е-> Си2+) или образование на аноде новой фазы оксидов, нерастворимых солей и т. п. (например, Pb-2е + SO42--» PbSO4). Анодный процесс является причинойкоррозионных разрушений изделий из металлов и сплавов. Анодный процесс лежит в основе многихтехнологических процессов: электрохимической размерной обработки металлов, формировании защитныхпокрытий на металлических изделиях (полуфабрикатах) из оксидов и других труднорастворимых соединенийв щелочных, фосфатных и других электролитах, анодного осаждения полимеров
Катодный процесс – восстановление окислителя, находящегося в растворе или расплаве электролита, происходит на участках изделий с бульшим потенциалом в данной среде. Катодные участки химически не изменяются. Они служат проводниками электронов от анодных участков к окислителю, чем усиливают коррозию анодных участков. Более подробно это будет рассмотрено далее на конкретных примерах.
24. Коррозия металлов. Химическая и электрохимическая коррозия. Процессы, происходящие на электродах микрогальванического элемента при коррозии технического цинка в кислой среде. Защита металлов от коррозии.
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
самопроизвольное физико-химическое разрушение и превращение полезного металла в бесполезныехимические соединения. Большинство компонентов окружающей среды, будь то жидкости или газы, способствуют коррозии металлов; постоянные природные воздействия вызывают ржавление стальныхконструкций, порчу корпусов автомобилей, образование питтингов (ямок травления) на хромированныхпокрытиях и т. д.
Коррозия в зависимости от характера окружающей среды может быть химической и электрохимической.
Электрохимическая коррозия имеет место в водных растворах, а так же в обыкновенной атмосфере, где имеется влага.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
