химический каталог




Не только в воде

Автор Ю.Я.Фиалков

ью в интервале (т. е. не ниже, но и не выше) 20—25. Раскрыв таблицу физико-химических свойств растворителей, он останавливается на подходящих по основности растворителях. Так, для жидкого аммиака д. ч. = 59, но ДП маловато — всего 17. У гексаметилфосфортри-амида (ГМФТА) д. ч. = 39, но ДП великовато — около 30. У пиридина д. ч. — 33,1, подходяще, но ДП и вовсе мало, примерно 12.

С другой стороны, можно подобрать пару десятков растворителей, ДП которых лежит в необходимом интервале. Здесь и ацетон, этиловый и пропиловый спирты, бензонитрил и т. д. Но ни у одного из них донорное число не является достаточно большим. Положение, близкое к тому, какое описывается украинской поговоркой: «Народу много, а людей нет».

Показав свою эрудицию по части фольклора, автор может сказать, что все же это не так. Народу действительно много, но есть и люди.

В данном случае выходом из положения служит остроумный прием, к которому прибегают химики в подобной ситуации — применение смешанных растворителей. Возьмем растворитель подходящей донорности, хотя бы ГМФТА, и смешаем его с каким-либо индифферентным растворителем с низкой ДП, например, с цикло-гексаном (ДП = 2) в таком соотношении, чтобы диэлектрическая проницаемость образовавшегося смешанного растворителя была равна требуемому значению — 20—25.

Все химические события в таком растворителе будут протекать с участием ГМФТА, который называется в данном случае сольва-тоактивным компонентом, а роль циклогексана сводится лишь к снижению ДП. Вот и получилось, что и д. ч. цело — сохранено в неизменности, и химики довольны, получив растворитель с требуемыми физико-химическими параметрами.

Обращение к смешанным растворителям позволяет управлять не только донорностью и полярностью растворителей, но и любыми другими свойствами — вязкостью, летучестью, электропроводностью, температурами кипения и замерзания и т. д. Вот почему, учитывая разнообразие находящихся в распоряжении сегодняшней экспериментальной химии и химической технологии растворителей, химик без особого труда может получить именно такую среду для осуществления процесса, какая ему необходима.

Это оптимистическое заключение позволяет перейти к той проблеме, ради которой и велся разговор о классификации растворителей. Уже само название проблемы

РАСТВОРИТЕЛЬ КАК СРЕДСТВО УПРАВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

достаточно внушительно, чтобы следовало обосновывать ее актуальность и важность. Разве что потребуются некоторые комментарии.

Управлять процессом

Это значит:

заставлять реакцию идти в нужном направлении; ,

проводить реакцию таким образом, чтобы был обеспечен максимальный выход продуктов реакции;

обеспечить протекание реакции с необходимой скоростью.

Как видим, требований к управлению химическим процессом выдвигается немного. Но в это «немногое» вложено очень многое.

Не только у школьника-старшеклассника, не только у студента, но нередко и у химика со стажем стереотипно укореняется мнение, что миллионы и миллионы известных в настоящее время химических соединений получены с помощью едва ли обозримого числа методов воздействия на химическую систему. Однако, пожелав составить перечень этих методов и приготовившись к долгой и кропотливой работе, химик убеждается, что число их удивительно мало.

Прежде всего это, конечно, нагревание. С повышением температуры вещества возрастает энергия составляющих его молекул, что облегчает преодоление энергетического барьера, который всегда (точнее, почти всегда) разделяет вещества, вступающие во взаимодействие друг с другом. Именно поэтому нагревание — самый распространенный способ возбудить либо ускорить химическую реакцию.

В ряде случаев преодолеть энергетический барьер помогает изменение давления. Особенно эффективен этот способ, когда вещества, вступающие в химическую реакцию, либо образующиеся в результате нее,— газы.

Для систем, проводящих электрический ток (например, для растворов электролитов), методом, который позволяет осуществить химическое превращение, служит пропускание постоянного электрического тока — электролиз. В ряде случаев помогает ра-диационно-химическое воздействие на систему — облучение рентгеновскими либо радиоактивными лучами.

Итак, основные методы воздействия на систему перечислены. Именно так. Разнообразие и многообразие соединений, получение

ных химиками, обязано применению перечисленного арсенала методов воздействия на систему, арсенала, назвать который скудный язык не поворачивается, но ведь и другого определения ие подберешь...

Но, может быть, большего и не нужно? Может быть, все зависит не от числа способов воздействия на химическую систему, а от того, кто осуществляет химический процесс? Одними и теми же семью нотами написан и «Вальс-фантазия» Глинки и популярный среди некоторой части населения «Собачий вальс».

Впрочем, о семи нотах здесь говорить, увы, не приходится. Нет семи способов управления химическим процессом у химиков. Нет хотя бы потому, что все методы воздействия на систему, которые были перечислены, это еще не управление. Ибо управление — это в данном случае возможность направленно распоряжаться всеми теми характеристиками реакций, с перечисления которых начиналась эта глава. Направленно изменять скорость. Направленно изменять выход продуктов, направленно сдвигать равновесие.

Самый точный способ направленного изменения выхода продукта реакции, т. е. направленного изменения константы равновесия химической реакции — температура. Общий подход понятен: для реакций экзотермических (протекающих с выделением теплоты) нагревание уменьшает константу равновесия и, напротив, для процессов эндотермических (идущих с поглощением теплоты) нагревание повышает константу равновесия. Большей частью (однако далеко не всегда) химики заинтересованы в том, чтобы константа равновесия и, следовательно, выход продуктов химической реакции были максимальны. Вот почему они могут увеличивать константу равновесия реакции, повышая температуру реакционной смеси в тех случаях, когда реакция эндотермична, и понижая температуру, когда реакция экзотермична.

Сдвиг равновесия (но не изменение константы равновесия!) по желанию химика, осуществляющего процесс, может быть достигнут увеличением концентрации веществ, вступающих в реакцию, либо понижением концентрации продуктов реакции. Та же цель может быть достигнута изменением давления, впрочем, действенным этот способ будет лишь в тех случаях, когда протекание реакции сопряжено с достаточно существенным изменением объема реакционной смеси.

Итак, и впрямь нет в распоряжении химиков, стремящихся управлять химическим процессом, семи нот. А две-три ноты — это такая музыкальная диета, которая показалась бы чрезмерной разве только дятлу.

Вот почему добавление к этому скудному перечню способов управления хотя бы еще одного для химии задача и важная, и актуальная. Тем более важная и тем более актуальная, что на перечисленных апробированных способах управления, как на Солнце, имеются пятиа.

Изменять температуру реакционной среды беспредельно невозможно — сверху этот предел ограничен термической устойчивостью молекул, которая у органических соединений, как правило, весьма невысока, снизу — температурой замерзания (кристаллизации). Наконец, создание высокой температуры или глубокого холода — это всегда затраты энергии.

Повышать выход продуктов реакции, увеличивая концентрацию веществ, вступающих во взаимодействие, — метод, конечно, хороший, а уравнение изотермы химической реакции (с которым читатель может, если пожелает, ознакомиться в любом элементарном курсе химической термодинамики или в учебнике физической химии) — превосходные наезженные рельсы, по которым можно катить состав химической реакции, управляемый изменением концентрации. Но это уравнение производит куда большее впечатление на химикоз, чем на экономистов. Потому что, как показывает анализ уравнения изотермы, сколь-нибудь существенное повышение выхода продуктов реакции достигается ценой очень уж значительного повышения концентрации веществ, входящих в реакцию.

Интенсивное развитие химии неводных растворов за последние десятилетия позволило предложить растворитель как очень эффективный и действенный способ управления химическим процессом. Возможности этого способа демонстрируются далее на примерах всех основных типов химических процессов в растворах.

Управление молекулярным состоянием веществ в

растворах

Даже в химически индифферентных средах, где изменение константы равновесия обусловлено лишь влиянием диэлектрической проницаемости, растворитель может служить эффективным средством управления химическим равновесием. Сопоставляя константы равновесия процесса димеризации уксусной кислоты 2CH3COOHs=s: (СН3СООН) 2, зависимость которых от обратной ДП приведена на рис 1, а, можно рассчитать, что в 0,1 М растворе уксусной кислоты в «-гексане в димерной форме будет находиться примерно половина растворенной кислоты, в то время как в нитро-бензоловом растворе лишь около трети кислоты.

Таким образом, растворяя уксусную кислоту в смешанном растворителе, образованном при смешивании в различных соотношениях гексана и нитробензола, можно получить растворы, в которых уксусная кислота будет димеризована в любой заданной степени в пределах от 50 до 30 %.

Впрочем, в данном случае в распоряжении химиков имеется более сильный «аргумент», чем диэлектрическая проницаемость растворителя.

Сопоставим константы равновесия процесса димеризации уксусной кислоты в трех растворителях, характеризующихся практически одинаковой величиной ДП — в гексане, бензоле и диоксане (ДП всех этих жидкостей примерно равны 2) : 1500, 100 и 1. Таким образом, относительное содержание димеров в бензоле существенно меньше, чем в гексане; в диоксане же димеров намного меньше, чем в бензоле.

Причину этого различия установить нетрудно — химическое взаимодействие, специфическая сольватация. Гексан можно считать индифферентным растворителем, в бензоле же и диоксане молекулы уксусной кислоты химически связаны с растворителем, причем с диоксаном связь существенно прочнее, чем с бенз

страница 11
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Скачать книгу "Не только в воде" (4.15Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
композиция бонсай купить
Фирма Ренессанс лестница с поворотом на 90 градусов - оперативно, надежно и доступно!
кресло для персонала престиж
Компьютерная фирма КНС Нева предлагает CF388A - быстро, качественно и надежно! г. Санкт-Петербург, ул. Рузовская, д.11.

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(10.12.2016)