Природные воды. Их состав и классификация.

37) Общие свойства элементов VA-группы. В VA-группу элементов входят N, P, As, Sb, Bi. Они имеют электронную конфигурацию ns(2)np(2). С увеличением атомного номера в группе возрастает радиус атома, уменьшается энергия ионизации и электроотрицательность и усиливается металлический характер элемента.

Азот является типичным неметаллам. Азот бесцветный и нетоксичный, без запаха и вкуса. Азот существует в природе как невоспламеняющийся газ при нормальных температурах и давлении. Этот газ(азот) несколько легче воздуха, поэтому его концентрация с высотой повышается. При охлаждении до точки кипения азот превращается в бесцветную жидкость, которая при определенных давлении и температуре становится твердым бесцветным кристаллическим веществом. Азот слаборастворим в воде и большинстве других жидкостей, является плохим проводником электричества и тепла. Большинство использований азота объясняется его инертными свойствами. Однако при высоких давлениях и температурах азот реагирует с некоторыми активными металлами, например с литием и магнием, образуя нитриды, а также с некоторыми газами, такими как кислород и водород. В настоящее время, азот нашел широкое применение во всех сферах человеческой деятельности. Применение, так, нефтегазовая промышленность использует его с целью регуляции уровня и давления в нефтяных скважинах, вытеснения кислорода из ёмкостей для хранения природного газа, продувки и тестирования трубопроводов. Химическая промышленность нуждается в нём для получения удобрений и синтеза амииака, металлургия – для ряда технологических процессов. Благодаря тому, что азот вытесняет кислород, но не поддерживает горение, его применяют в пожаротушении. В пищевой промышленности упаковка продуктов в азотной атмосфере заменяет использование консервантов, препятствует окислению жиров и развитию микроорганизмов. Кроме того, это вещество используется в фармацевтике для получения различных препаратов и в лабораторной диагностике – для проведения ряда анализов. Жидкий азот способен за считанные секунды заморозить всё, что угодно, без образования кристалликов льда. Поэтому медики применяют его в криотерапии для удаления отмерших клеток, а также в криосохранении сперматозоидов, яйцеклеток и образцов тканей.

38) Общие свойства р-элементов VI A группы. Относится кислород О, сера S, селен Se,теллур Te, полоний Po. Они имеют электронную конфигурации ns(2)np(2). Как в VA-группе, с увеличением атомного номера возрастает атомный радиус, уменьшение энергия ионизация, электроотрицательности и усиливаются металлические свойства элементов. Кислород и сера - типичный неметаллы, селен и теллур - полупроводники, а полоний - металл (радиоактивный).

Сера — элемент шестой группы третьего периода с атомным номером 16. Проявляет неметаллические свойства. Обозначается символом S. В водородных и кислородных соединениях находится в составе различных ионов, образует многие кислоты и соли. Многие серосодержащие соли малорастворимые в воде. Сера существенно отличается от кислорода способностью образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов. Наиболее стабильны циклические молекулы S8, имеющие форму короны, образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера — хрупкое вещество жёлтого цвета. Кроме того, возможны молекулы с замкнутыми (S4, S6) цепями и открытыми цепями. Такой состав имеет пластическая сера, вещество коричневого цвета, которая получается при резком охлаждении расплава серы (пластическая сера уже через несколько часов становится хрупкой, приобретает желтый цвет и постепенно превращается в ромбическую). В воде сера нерастворима, некоторые её модификации растворяются в органических растворителях, например сероуглероде, скипидаре. Наибольшую вязкость расплав серы приобретает при температуре 190 °С; При нагревании серы свыше 190 °С полимерные звенья начинают рушиться. Сера может служить простейшим примером электрета. При трении сера приобретает сильный отрицательный заряд.

Кислород — элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода с атомным номером 8. Обозначается символом O. Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O2), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета. При нормальных условиях кислород это газ без цвета, вкуса и запаха. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде и спирте. Хорошо растворяется в расплавленном серебре.

39) Общие свойства р-элементов VII A группы. Свойства галогенов. К галогенам относятся F, Cl, Br, I, астат At. Свойства искусственно полученного радиоактивного астата, не имеющего практически применения. Галогены имеют электронную конфигурацию ns(2)np(2). Общая электронная конфигурация внешнего энергетического уровня - nS2nP5.С возрастанием порядкового номера элементов увеличиваются радиусы атомов, уменьшается электроотрицательность, ослабевают неметаллические свойства (увеличиваются металлические свойства); галогены - сильные окислители, окислительная способность элементов уменьшается с увеличением атомной массы. Молекулы галогенов состоят из двух атомов. С увеличением атомной массы окраска становится более темной, возрастают температуры плавления и кипения, а также плотность. Сила галогеноводородных кислот возрастает с увеличением атомной массы. Галогены могут образовывать соединения друг с другом (например, BrCl)

Взаимодействие с ксеноном. Наибольшей химической активностью обладает фтор, это сильнейший окислитель, который реагирует даже с инертными газами:2F2 + Xe = XeF4.

Взаимодействие с металлами. Фтор при нагревании реагирует со всеми металлами, включая золото и платину, на холоде взаимодействует с щелочными металлами, свинцом и железом. Хлор, бром и йод при обычных условиях реагируют со щелочными металлами, а при нагревании – с медью, железом и оловом. В результате взаимодействия образуются галогениды, которые являются солями:2М + nHal2 = 2MHaln. Галогены в этой реакции проявляют окислительные свойства.

Взаимодействие с водородом. При обычных условиях фтор реагирует с водородом в темноте со взрывом, взаимодействие с хлором протекает на свету, бром и йод реагируют только при нагревании, причем реакция с йодом обратима.Н2 + Hal2 = 2НHal. Галогены в этой реакции проявляют окислительные свойства.

Взаимодействие с неметаллами. С кислородом и азотом галогены непосредственно не взаимодействуют, реагируют с серой, фосфором, кремнием, проявляя окислительные свойства, химическая активность у брома и йода выражена слабее, чем у фтора и хлора:2P + 3Cl2 = 2PCl3;Si + 2F2 = SiF4.

Взаимодействие с водой. Галогены реагируют со многими сложными веществами. С водой фтор и остальные галогены реагируют по-разному:F2 + H2O = 2HF + O или 3F2 + 3H2O = OF2 + 4HF + H2O2; Hal + H2O = HHal + HHalO. Галоген одновременно является окислителем и восстановителем.

Взаимодействие со щелочами. Также галогены диспропорционируют в растворах щелочей: Cl2 + KOH = KClO + KCl (на холоде); 3Cl2 + 6KOH = KClO3 + 5KCl + 3Н2О (при нагревании). Гипобромид-ион существует только при температуре ниже 0 °С, гипойодит-ион в растворах не существует.

Взаимодействие с сероводородом. Галогены способны отнимать водород от других веществ:

H2S + Br2 = S + 2HBr. Реакция замещения водорода в предельных углеводородах: CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl. Реакция присоединения к непредельным углеводородам: C2H4 + Cl2 = C2H4Cl2.

Взаимное замещение галогенов. Реакционная способность галогенов снижается при переходе от фтора к йоду, поэтому предыдущий элемент вытесняет последующий из галогеноводородных кислот и их солей: 2KI + Br2 = 2KBr+ I2; 2HBr + Cl2 = 2HCl + Br2.

40) К d-элементам относят те элементы, атомы которых содержат валентные электроны на (n – 1)d ns-уровнях и составляют побочные (IIIВ–VIIВ, IВ, IIВ) подгруппы, занимая промежуточное положение между типичными s-металлами (IА, IIА) и p-элементами. Из 109 элементов периодической системы 37 относятся к d-элементам; из них последние 7 радиоактивны и входят в незавершенный седьмой период. Электронное строение атомов d-элементов определяет их химические свойства. 3d-Элементы по химическим свойствам существенно отличаются от 4d- и 5d-элементов. При этом элементы IVВ–VIIВ подгрупп очень схожи по многим химическим свойствам. Это сходство обусловлено лантаноидным сжатием, которое из-за монотонного уменьшения радиусов при заполнении 4f-орбиталей приводит к практическому совпадению радиусов циркония и гафния, ниобия и тантала, молибдена и вольфрама, технеция и рения. Элементы этих пар очень близки по физическим и особенно по химическим свойствам; первые шесть элементов встречаются в одних рудных месторождениях, трудно разделяются; их иногда называют элементами-близнецами. Атомы d-элементов характеризуются общей электронной формулой (n – 1)d(1–10)ns(0–2)

Физические свойства простых вещ-в заметно влияет число неспаренных d-элементов в предвнешнем слое, которые могут образовать локализацию связь. Максимальную t плавления имеют элементы 5-6 гр., обладающие по 3-4 неспаренным d-электронам. Эти же элементы - характеризуется макс. Энтальпией атомизации. Заметное снижение t плавления и энергии атомизации, наблюдаем у марганца и технеция, обусловленно особенностями электронной структуры этих металлов. Металлы, имеющие на внешнем s-подуровне один электрон, как правило имеют более высокую электрическую проводимость(Cr, Mo, и особенно Cu, Ag, Au)

Элементы IIIгр., имеющие всего один d-электрон, по своим свойствам близки к соседним щелочно-земельным металлам, а d-элементы IIгр с полностью заполненным d-подуровнем близки по свойствам к своим соседним р-элементам (подгруппы галлия)

Окислительно-восстановительные свойства соединений d-элементов подобны таковым для соединений главных подгрупп: высшие оксиды – окислители, низшие – восстановители, промежуточные проявляют окислительно-восстановительную двойственность.

41)Полимеры — неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, получаемые путём многократного повторения различных групп атомов, называемых «мономерными звеньями», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями. Полимер — это высокомолекулярное соединение: количество мономерных звеньев в полимере (степень полимеризации) должно быть достаточно велико. правило, полимеры — вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Полимеры состоят из большого числа повторяющихся группировок (звеньев) одинакового строения, например поливинилхлорид (—СН2—CHCl—)n, каучук натуральный и др. Высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат несколько типов повторяющихся группировок, называют сополимерами или гетерополимерами.

Классификация:

1. По химическому составу все полимеры подразделяются на органические, элементоорганические, неорганические.

Органические полимеры. Образованы с участием органических радикалов ( CH3, C6H5, CH2 ). Это смолы и каучуки.

Элементоорганические полимеры. Они содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы ( Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами. В природе их нет. Искусственно полученный представитель – кремнийорганические соединения.  Неорганические полимеры. Их основу составляют оксиды Si, Al, Mg, Ca и др. Углеводородный скелет отсутствует. К ним относятся керамика, слюда, асбест.  Следует отметить, что в технических материалах часто используют сочетания отдельных групп полимеров. Это композиционные материалы ( например, стеклопластики ).

2. По форме макромолекул полимеры делят на линейные, разветвленные, ленточные, пространственные, плоские.

Реакции получения полимеров

Полимеризация и поликонденсация.Синтетические полимеры получают в результате реакций полимеризации и поликонденсации.Полимеризация — это процесс соединения друг с другом большого числа молекул мономера за счет кратных связей (С = С, С = О и др.) или раскрытия циклов, содержащих гетероатомы (О, N, S). При полимеризации обычно не происходит образования низкомолекулярных побочных продуктов, вследствие чего полимер и мономер имеют один и тот же элементный состав,Поликонденсация — зто процесс соединения друг с другом молекул одного или нескольких мономеров, содержащих две и да более функциональные группы (ОН, СО, СОС, NHS и др.) способные к химическому взаимодействию, при котором происходит отщепление низкомолекулярных продуктов. Полимеры, получаемые поликонденсационным способом, по элементному составу не соответствуют исходным мономерам.

Полимеризация мономеров с кратными связями протекает по законам цепных реакций в результате разрыва непредельных связей. Макромолекула при цепной полимеризации образуется очень быстро и сразу же приобретает конечные размеры, т. е не возрастает при увеличении длительности процесса.

Полимеризация мономеров циклического строения происходит за счет раскрытия цикла и в ряде случаев пропекает не по цепному, а по ступенчатому механизму. Макромолекула при ступенчатой полимеризации образуется постепенно, т. е. сначала образуется димер затем тример и т.д., поэтому молекулярная масса полимера растет со временем.

Принципиальное отличие ценной полимеризации от ступенчатой и от поликонденсации состоит в том, что на разных стадиях процесса реакционная смесь всегда состоит из мономера и полимера и не содержит ди-, три-, тетрамеров. С увеличением продолжительности реакции растет лишь число макромолекул полимера, а мономер расходуется постепенно. Молекулярная масса полимера не зависит от степени завершенности реакции или, что то же, от конверсии мономера, которая определяет только выход полимера.

Реакции в цепях полимеров:

Многие полимеры нельзя получить ни полимеризацией, ни поликонденсацией, поскольку или неизвестны исходные мономеры, или мономеры не образуют высокомолекулярных соединения, синтез таких полимеров осуществляют, исходя из высокомолекулярных соединений, макромолекулы которых содержат реакционноспособные функциональные группы. По этим группам полимеры вступают и те же реакции, что и содержащие такие группы низкомолекулярные соединения. Реакции в цепях полимера могут происходить без существенного изменения молекулярной массы полимера (таи называемые полимер-аналогичные превращения), с увеличением молекулярной массы полимера (синтез привитых и блок сополимеров) или с уменьшением молекулярной массы (деструкция макромолекул).

43) Аморфные полимеры могут находится в стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем состояниях. Для определения температурных границ существования этих состояний изучают зависимость деформации полимера от температуры. При низкой температуре полимер находиться в стеклообразном состоянии, в котором полимер ведет себя как упругое твердое тело. В этом состоянии отсутствует движение как всей молекулы, так и отдельных звеньев, а проявляются лишь колебания атомов около положения равновесия. При повышении температуры полимер переходит в высокоэластическое состояние, свойственное только высокомолекулярным соединениям. Вещество в высокоэластическом состоянии способно к значительным обратимым деформациям, что обусловлено подвижностью звеньев и соответственно гибкостью макромолекул. Перемещение звеньев происходит не мгновенно, поэтому деформации полимеров в высокоэластичном состоянии имеют релаксационную природу, т.е. характеризуются временем установлением равновесия. Если тем. Интервал стеклования - текучести достаточно широк и захватывает обычные температуры, то такие полимеры называют эластиками, или эластомерами или каучуками. Полимеры с узкий интервалом тем стеклования - текучести смещенным в область повышенных температур, называют пластиками или пластомерами. При обычных температурах пластики находятся в стеклообразном состоянии. При темпер выше температ текучести полимер переходит в вязкотекучее состояние. Повышение температ ведет к деструкции, разрушению полимера. Вещество в вязкотекучем состоянии под действием напряжений сдвига течет как вязкая жидкость, причем деформация полимера является необратимой (пластической). Вязкотекучее состояние характеризуется подвижностью как отдельных звеньев, так и всей макромолекулы. При течении полимера происходит распрямление макромолекул и их сближение, приводящее к усилению межмолекулярного взаимодействия, в результате которого полимер становится жестким и течение его прекращается. Это явление, характерно для аморфных полимеров, получило название механического стеклования.

Виды деформации полимеров.

Деформация — это предшествующая механическому разрушению реакция образца полимера на воздействие внешней силы. Величина деформации полимеров зависит от температуры и скорости приложения нагрузки. Для аморфных полимеров характерно снижение прочности с увеличением температуры (при постоянной скорости деформации) и сростом скорости приложения нагрузки (при постоянной температуре). Стеклообразные и кристаллические полимеры могут подвергаться ориентационному упрочнению, которое заключается в ориентации структуры полимера, находящегося в высокоэластичном или вязкотекучем состоянии.

Разновидностью наложения покрытий усадкой является способ, основанный на использовании особенностей высокоэластической деформации полимеров.

Для полимеров характерна более резко выраженная температурно-временная зависимость механических свойств по сравнению с другими материалами, например металлами. Эта зависимость обусловлена вязкоупругой природой деформации полимеров.

Скорость относительного скольжения, как известно, влияет на износ через температуру трения. При изменении скорости относительного скольжения, как и при изменении температуры, при переходах от высокоэластического состояния в стеклообразное и обратно у полимеров резко изменяются механические свойства и соответственно их износостойкость. Таким образом, в случае упругого контакта величина износа и характер его зависимости от внешних факторов определяются упруго-прочностными и фрикционными свойствами материалов с учетом температурно-временных зависимостей этих свойств.

Температура существенно влияет на процесс изнашивания, что обусловлено изменением упругопрочностных и фрикционных свойств полимеров и интенсификацией физико-химических процессов, происходящих в поверхностных слоях трущихся тел. Температурная зависимость изнашивания рассматривается как сложная совокупность температурных зависимостей основных свойств материала. Скорость скольжения при трении, влияя на изнашивание через температуру, имеет также самостоятельное значение, поскольку скорость деформаций в точке контакта прямо связана со скоростью скольжения. Известно, что скорость деформации полимеров влияет на их упругопрочностные и фрикционные свойства. С увеличением температурых свойств.

45) Пластмассы — органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Основные механические характеристики пластмасс те же, что и для металлов.

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85—1,8 г/см³), чрезвычайно низкими электрической и тепловой проводимостями, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, тепло- и светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов. Производство синтетических пластмасс основано на реакциях полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа. При этом образуются высокомолекулярные связи с большим числом исходных веществ.

46) Термопластические полимеры (термопласты) получают на основе полимеров с линейной структурой макромолекул. При нагревании они размягчаются, а при охлаждении затвердевают. При этом процессе не происходит никаких химических изменений. Для электрической изоляции применяются в основном в форме нитей или пленок, получаемых из расплавов. Способность к формированию и к растворению в подходящих по составу растворителях сохраняется у них и при повторных нагревах.

Термореактивные полимеры получают из полимеров, которые при нагревании или при комнатной температуре вследствие образования пространственной сетки из макромолекул (отверждения) переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. Этот процесс является необратимым.

Мы поможем в написании ваших работ!