Раствором называют гомогенную систему, состоящую из нескольких компонентов, т.е. образованную из двух или более индивидуальных веществ. По определению Гиббса: раствор - это фаза переменного состава . Условно состав раствора подразделяют на растворитель (компонент, присутствующий в системе в относительно большем количестве) и растворенное вещество (другие компоненты). Раствор будет идеальным , если образование его не сопровождается уменьшением или увеличением его объема, а также выделением или поглощением тепла. Идеальные растворы подчиняются закону Рауля (см. ниже) при всех концентрациях и всех температурах. Реальные растворы в связи с явлениями ассоциации, диссоциации, сольватации и др. не обладают упомянутыми выше свойствами. Но в состоянии сильного разбавления, а также, если они образованы сходными по химическому составу и физическим свойствам веществами, приближаются к идеальным, поэтому, к ним можно с некоторым приближением применять количественные закономерности, описывающие состояние идеальных растворов.
Здесь рассматриваются только растворы, в которых растворителем является жидкость (чаще всего вода), а растворенными веществами – газы, жидкости или твердые вещества. Состав раствора характеризуется количеством растворенного вещества (веществ) в единице количества раствора или растворителя.
Осмос – самопроизвольное движение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую растворы разной концентрации, из раствора меньшей концентрации в раствор с более высокой концентрацией, что приводит к разбавлению последнего. В качестве полупроницаемой мембраны, через маленькие отверстия которой могут селективно проходить только небольшие по объему молекулы растворителя и задерживаются крупные или сольватированные молекулы или ионы, часто служит целлофановая пленка – для высокомолекулярных веществ, а для низкомолекулярных – пленка из ферроцианида меди. Процесс переноса растворителя (осмос) можно предотвратить, если на раствор с большей концентрацией оказать внешнее гидростатическое давление (в условиях равновесия это будет так называемое осмотическое давление, обозначаемое буквой p). Для расчета значения p в растворах неэлектролитов используется эмпирическое уравнение Вант-Гоффа:
p = C R T, (4.1)
где С – молярная концентрация вещества, моль/кг;
R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль · К.
Величина осмотического давления пропорциональна числу молекул (в общем случае числу частиц) одного или нескольких веществ, растворенных в данном объеме раствора, и не зависит от их природы и природы растворителя. В растворах сильных или слабых электролитов общее число индивидуальных частиц увеличивается вследствие диссоциации молекул, поэтому в уравнение для расчета осмотического давления необходимо вводить соответствующий коэффициент пропорциональности, называемый изотоническим коэффициентом .
p = i C R T, (4.2)
гдеi– изотонический коэффициент, рассчитываемый как отношение суммы чисел ионов и непродиссоциировавших молекул электролита к начальному числу молекул этого вещества.
Так, если степень диссоциации электролита, т.е. отношение числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул растворенного вещества, равна a и молекула электролита распадается при этом на n ионов, то изотонический коэффициент рассчитывается следующим образом:
i = 1 + (n – 1)×a, (i > 1). (4.3)
Для сильных электролитов можно принять a = 1, тогда i = n, и коэффициент i (также больше 1) носит название осмотического коэффициента.
Явление осмоса имеет большое значение для растительных и животных организмов, поскольку оболочки их клеток по отношению к растворам многих веществ обладают свойствами полупроницаемой мембраны. В чистой воде клетка сильно набухает, в ряде случаев вплоть до разрыва оболочки, а в растворах с высокой концентрацией солей, наоборот, уменьшается в размерах и сморщивается из-за большой потери воды. Поэтому при консервировании пищевых продуктов к ним добавляется большое количество соли или сахара. Клетки микроорганизмов в таких условиях теряют значительное количество воды и гибнут.
Осмотическое давление обеспечивает движение воды в растениях за счет различия осмотических давлений между клеточным соком корней растений (5-20 бар) и почвенным раствором, дополнительно разбавляемом при поливе. Осмотическое давление обусловливает в растении подъем воды от корней до вершины. Таким образом, клетки листьев, теряя воду, осмотически всасывают ее из клеток стебля, а последние берут ее из клеток корня.
Растворимость газов в жидкостях изменяется в широких пределах и зависит не только от природы газа и растворителя, но и от давления и температуры. Количество растворенного газа пропорционально давлению его паров над раствором (закон Генри ). Растворимость газов уменьшается при увеличении температуры и присутствии в растворе других веществ.
Равновесие между жидкостью и паром является динамическим – между ними происходит непрерывный обмен молекулами (частицами), причем количество этих молекул, проходящих через единицу поверхности раздела обеих фаз в условиях равновесия, одинаково (в обоих направлениях).
Согласно закону Рауля относительное понижение давления пара растворителя (А) над раствором зависит только от мольной доли растворенного в жидкости вещества (В), то есть определяется числом частиц вещества В в единице объема, но не зависит от свойств растворенного вещества:
где N В – мольная доля вещества В в растворе, определяемая по формуле
, (4.5)
где n – количество моль вещества;
– давление насыщенного пара над чистым растворителем;
Р А – давление пара растворителя над раствором (при той же температуре).
Закон Рауля выполняется для идеальных и сильно разбавленных растворов.
Р А = (при Т = const), (4.6)
где N A – мольная доля вещества А в растворе, определяемая по формуле
. (4.7)
Приведенное уравнение (4.6) показывает,что давление пара растворителя над реальным раствором прямо пропорционально мольной доле растворителя в этом растворе.
При решении задач, связанных с испарением конденсированной фазы чистого вещества, можно использовать следующее уравнение:
(4.8)
где Р 1 и Р 2 – давление паров при абсолютных температурах Т 1 и Т 2 соответственно;
– мольная теплота испарения (парообразования), считающаяся постоянной в данном температурном интервале;
R – универсальная газовая постоянная.
Жидкость кипит при той температуре, при которой давление насыщенного пара над ней достигает внешнего давления. С ростом в ней концентрации растворенного нелетучего вещества давление пара растворителя над раствором понижается и раствор кипит при более высокой температуре, чем чистый растворитель. Повышение (изменение) температуры кипения от Т 0 для чистого растворителя до Т для разбавленных растворов рассчитывают с помощью следующего уравнения:
DТ кип = Т – Т о = К э ·С m ,в,(4.9)
где DТ кип – повышение температуры кипения раствора, К;
К э – эбулиоскопический коэффициент, К · кг · моль – 1 ;
Из уравнения (4.9) видно, что К э = DТ кип. при С m , В = 1 моль/ кг. Повышение температуры кипения зависит от концентрации раствора, т.е. от числа частиц в единице объема, но не зависит от типа и свойств этих частиц.
Эбулиоскопический коэффициент зависит только от природы растворителя и определяется следующим образом:
,
(4.10)
где М А – молярная масса растворителя; г/моль;
DН исп – мольная теплота испарения чистого растворителя.
Поскольку 
,
(4.11)
m A – масса растворителя, г,
то уравнение (4.9) с учетом уравнения (4.11) можно записать:
. (4.12)
Полученное уравнение (4.12) можно использовать для определения неизвестной молярной массы растворенного вещества В по экспериментально найденному значению DТ кип.
Для расчетов повышения температуры кипения растворов слабых или сильных электролитов необходимо использовать понятие об изотоническом коэффициенте i, приведенном в разделе об осмотическом давлении (см. уравнение 4.3). Тогда уравнение (4.9) принимает следующий вид:
DТ кип = К Э · i · С m , В. (4.13)
Растворы замерзают при более низкой температуре, чем чистый растворитель, что является следствием понижения давления пара растворителя над раствором. Для разбавленных растворов понижение температуры замерзания от Т 0 для чистого растворителя до Т для раствора зависит от количественного состава раствора:
DТ зам = Т 0 – Т = К к · С m , В, (4.14)
где DТ зам – понижение температуры замерзания раствора, К;
К к – криоскопический коэффициент, К · кг · моль – 1 ;
С m , В – моляльная концентрация вещества В, моль/кг.
Из уравнения (4.14) следует, что DТ зам = К к при С m , В = 1 моль/кг и понижение температуры замерзания раствора определяется только числом частиц в единице его объема, но не зависит от природы этих частиц.
,(4.15)
где М А – молярная масса растворителя А, г/моль;
DН пл – мольная теплота плавления чистого растворителя.
Если в массе растворителя m А находится масса растворенного вещества В, то
,(4.16)
где m B – масса растворенного вещества В, г;
М В – молярная масса растворенного вещества В, г/моль;
m A – масса растворителя, г.
Тогда уравнение (4.14) можно записать:
(4.17)
Уравнение (4.17) можно использовать при экспериментальном определении и расчете молярной массы неизвестного вещества по понижению температуры замерзания его раствора в известном растворителе.
Если растворенное вещество распадается в растворе на ионы, то увеличение числа частиц за счет диссоциации его молекул учитывается через введение изотонического коэффициента i (см. уравнение 4.3):
DТ зам = К к · i · С m , В. (4.18)
Пример
Водный раствор спирта, содержащий 0,17 г спирта и 20 г воды, замерзает при температуре – 0,354 0 С. Рассчитать молярную массу спирта, если криоскопический коэффициент для воды равен 1,86 о С · кг · моль –1 .
Решение
Для решения воспользуемся уравнением (1.60):
Ответ . М сп = 46 г/моль.
Первый закон Коновалова (применим как для идеальных, так и для отклоняющихся от закона Рауля растворов): насыщенный пар над равновесным ему раствором из двух жидкостей относительно богаче тем компонентом, добавление которого к системе повышает общее давление пара (или снижает температуру кипения). Поэтому при испарении раствора пар обогащен более летучим компонентом, а жидкость – менее летучим. На различиях в составах раствора и равновесного с ним пара основан метод разделения смесей (в основном органических жидкостей) путем ректификации. Повторяя операции испарения – конденсации, можно получить чистые компоненты. На практике это реализуется в ректификационных колонках.
Для растворов, значительно отклоняющихся от закона Рауля, на кривых зависимости давления пара над раствором от состава раствора часто имеется точка максимума или минимума. В экстремальных точках состав пара совпадает с составом жидкости (второй закон Коновалова). Такие смеси называются азеотропными, разделить их перегонкой (ректификацией) нельзя.
Для сильно различающихся по своей природе и по этой причине практически не смешивающихся жидкостей давление пара каждого компонента над смесью равно давлению пара чистого компонента. Тогда полное давление пара равно сумме давлений насыщенного пара обоих компонентов в чистом состоянии (при этой же температуре):
Р = Р А + Р В. (4.19)
Однако температура кипения такой смеси ниже температур кипения каждой из индивидуальных жидкостей. Это свойство используется для перегонки с водяным паром путем барботирования его через не смешивающуюся с водой жидкость с последующей конденсацией выходящих паров. Перегонка с водяным паром позволяет отгонять высококипящие жидкости при температуре ниже 100 о С.
Существует несколько классификаций растворов. С точки зрения термодинамики целесообразно различать растворы идеальные и неидеальные или реальные . В идеальных растворах внутренняя энергия каждого компонента не зависит от концентрации, и молярный объем не изменяется при растворении. Компоненты при этом смешиваются как идеальные газы, и увеличение энтропии можно рассчитать по уравнениям, характерным для идеальных газов. Здесь сил взаимодействия между частицами нет, и вещества смешиваются без выделения или поглощения теплоты.
При исследовании растворов широко пользуются методом моделей. Простейшей моделью является идеальный раствор. Идеальные растворы делят обычно на две группы: разбавленные (более точно бесконечно разбавленные) и совершенные.
Образование идеального раствора не сопровождается изменением объема, тепловым эффектом, химическим взаимодействием. Такие растворы образуются в результате простого физического смешения
(ΔН см = 0; ΔV см = 0). Такие растворы получаются смешиванием неполярных жидкостей, характеризующихся близкими по силе молекулярными полями. В таких смесях отсутствуют явления сольватации, а отсюда нет и теплового эффекта растворения, нет и концентрации системы. Объем раствора равен сумме объемов смешиваемых компонентов. Это и есть идеальные или совершенные растворы.
Роль их в теории растворов аналогична роли идеальных газов (потому их и называют идеальными растворами).
Идеальные растворы довольно распространены. Пример: смешивание изомеров углеводорода (октаны и др.). Бензин, керосин, смесь бензола и толуола –идеальные растворы, представляют собой смесь различных углеводородов (жидких). Идеальные растворы имеют характер простых молекулярных смесей. К ним подходит «физическая» теория растворов. Физическая теория растворов предложена Вант-Гоффом и Аррениусом в 19 в. Согласно этой теории растворитель рассматривается как среда, в которой при растворении вещества его молекулы равномерно размещаются по всему объему раствора, межмолекулярные взаимодействия отсутствуют.
Законы Рауля . Важнейшей характеристикой вещества, находящегося в жидком состоянии или твердом является давление насыщенного пара, это давление – константа вещества, определяющая равновесие жидкость ó пар, твердое веществоó пар. Само равновесие достигается, когда процессы испарения компенсируется процессами конденсации. При нагревании давление пара возрастает.
Для разбавленных растворов относительное понижение давления пара растворителя (А) численно равно мольной доле растворенного вещества (В) (первый закон Рауля).
Где Р А 0 - давление пара чистого растворителя; Р А – давление пара растворителя над раствором; Х А – мольная доля растворителя; Х В – мольная доля растворенного вещества.
Таким образом, для разбавленных растворов давление пара растворителя пропорционально его мольной доле в растворе.
Из закона Рауля возникает два следствия . Согласно одному из них температура кипения раствора выше температуры кипения растворителя. Это обусловлено тем, что давление насыщенного пара растворителя над раствором становится равным атмосферному давлению (условие кипения жидкости) при более высокой температуре, чем в случае чистого растворителя. Повышение температуры кипения ΔТ кип пропорционально моляльности раствора: с m . ΔТ кип = К э с m где К э – эбулиоскопическая постоянная растворителя
Согласно второму следствию из закона Рауля температура замерзания (кристаллизации) раствора ниже температуры замерзания (кристаллизации) чистого растворителя . Это обусловлено более низким давлением пара растворителя над раствором, чем над растворителем. Понижение температуры замерзания (кристаллизации) ΔТ зам пропорционально моляльности раствора: ΔТ зам = К к с m где К к - криоскопическая постоянная раствора.
Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение зависимости между различными величинами, характеризующими состояние системы. Для однокомпонентных систем обычно используют диаграммы состояния, показывающие зависимость между давлением и температурой. Они называютсяфазовыми диаграммами состояния . Диаграмма показывает те состояния воды, которые термодинамически устойчивы при определенных значениях температуры и давления. Она состоит из трех кривых, разграничивающих все возможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости и пару. Все три кривые пересекаются одной точке О. координаты этой точки – это единственная пара значений температуры и давления, при которых в равновесии могут находиться все три фазы: лед, жидкая вода и пар. Она носит название тройной точки.
Кривая плавления исследована до весьма высоких температур. Кривая кипения оканчивается в критической точке. При температуре, отвечающей этой точке, - критической температуре – величины, характеризующие физические свойства жидкости и пара, становятся одинаковыми, так, что различие между жидким и парообразным сосоянием исчезает. Одной из особенностей воды, отличающих ее от других веществ, является понижение температуры плавления льда с ростом давления. Это обстоятельство отражается на диаграмме. Кривая плавления на диаграмме идет вверх влево, тогда как почти для всех других веществ она идет вверх вправо. Температура замерзания раствора ниже температуры замерзания воды, а температура кипения раствора выше температуры кипения воды.
Самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и растворитель или два раствора с различной концентрацией растворенного вещества, называется осмосом.
Осмос обусловлен диффузией молекул растворителя через полупроницаемую перегородку, которая пропускает только молекулы растворителя. Молекулы растворителя диффундируют из растворителя в раствор или из менее концентрированного раствора в более концентрированный, поэтому концентрированный раствор разбавляется (химический потенциал растворителя в растворе меньше химического потенциала чистого растворителя), при этом увеличивается и высота его столба. Количественно осмос характеризуется осмотическим давлением, равным силе, приходящейся на единицу площади поверхности, и заставляющей молекулы растворителя проникать через полупроницаемую перегородку. Оно равно давлению столба раствора в осмометре высотой h. При равновесии внешнее давление уравновешивает осмотическое давление. В этом случае скорости прямого и обратного переходов молекул через полупроницаемую перегородку становится одинаковыми. Если внешнее давление, приложенное к более концентрированному раствору, выше осмотического p, т.е. р>p, то скорость перехода молекул растворителя из концентрированного раствора будет больше, и растворитель будет переходить в разбавленный раствор (или чистый растворитель). Этот процесс, называемый обратным осмосом , используется для природных и сточных вод, для получения питьевой воды из морской. Осмотическое давление возрастает с увеличением концентрации растворенного вещества и температуры. Вант-Гофф предположил, что для осмотического давления можно применить уравнение состояния идеального газа: pV = nRТ или p = (n⁄ V) RТ откуда p = с RТ, где p - осмотическое давление (кПа), с – молярная концентрация раствора. Осмотическое давление прямо пропорционально молярной концентрации растворенного вещества и температуре. Осмос играет очень важную роль в биологических процессах, обеспечивая поступление воды в клетки и другие структуры. Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими . Если осмотическое давление выше внутриклеточного, то оно называется гипертоническим, если ниже внутриклеточного - гипотоническим.
23.Растворы электролитов. Теория электролитической диссоциации Аррениуса: степень диссоциации, константа диссоциации. Факторы, влияющие на них. Закон разбавления Оствальда.
По способности веществ распадаться или не распадаться в расплаве или растворе на катионы и анионы различают электролиты и неэлектролиты.
Электролиты – вещества, которые подвергаются электролитической диссоциации, и вследствие чего их расплавы или растворы проводят электрический ток.
К электролитам принадлежат все соли, а также кислотные, основные и амфотерные гидроксиды.
Раствор электролита представляет собой смесь молекул растворителя и сольватированных (ионы растворенного вещества, окруженные соответственно ориентированными диполями растворителя) молекул и ионов растворенного вещества. Относительное количество молекул, распавшихся на ионы, характеризующее степень диссоциации электролита α , зависит от природы растворителя, природы и концентрации электролита, температуры, давления и наличия других электролитов в растворе.
Процесс распада полярного вещества в растворе на ионы называют электролитической диссоциацией (ионного – ионизацией). По способности к электролитической диссоциации электролиты обычно подразделяют на сильные и слабые. К сильным электролитам обычно относят вещества, которые в растворе практически полностью диссоциированы на ионы. Слабыми электролитами считают вещества, степень диссоциации, которых невелика. Понятие степень диссоциации электролита α как величины, равной отношению числа распавшихся (диссоциированных) молекул N дисс к общему числу молекул N 0 электролита, α = N дисс ⁄ N о было введено Аррениусом – создателем первой количественной теории растворов электролитов. Теория электролитической диссоциации и основанная на ней классификация кислот и оснований в полной мере применимы лишь к водным растворам .
Процесс электролитической диссоциации возникающий в результате сольватации, обратим, т.е. наряду с равпадом молекул растворенного вещества происходит их образование из ионов:
К m А n D mК Z1+ + nА Z2- где К m А n – молекула электролита; К Z1+ - катион; А Z2- - анион; Z 1 и Z 2 - заряд аниона и катиона соответственно; n и m – стехиометрические коэффициенты. Равновесие между ионами и молекулами электролита подчиняется закону действия масс. Поэтому важной характеристикой процесса диссоциации является константа диссоциации (константа ионизации) К d (С) , вычисленная по равновесным концентрациям молекул и ионов: К d (С) = [К Z1+ ] m [А Z2- ] n ⁄[К m А n ] , где [К Z1+ ], [А Z2- ] –равновесные молярные концентрации катионов и анионов соответственно; [К m А n ] - равновесная молярная концентрация недиссоциированных молекул электролита.
Константу равновесия процесса диссоциации принято обозначать К а в случае слабых кислот и К b для слабых оснований.
Пример диссоциации слабого основания (гидроксид аммония) NН 4 ОН D NН 4 + + ОН -
К b = [ОН - ] ⁄ = 1,8 ×10 -5
Многоосновные кислоты и многоосновные основания диссоциируют ступенчато.
Константа диссоциации характеризует процесс диссоциации данного электролита в данном растворителе, но не зависит от концентрации электролита и при постоянной температуре К d (С) =соnst. Очевидно, что степень диссоциации α тем больше, чем ниже концентрация, т.е. чем сильнее разбавлен раствор.
В состоянии равновесия концентрации катионов К Z+ и анионов А Z- будут равны [К Z+ ] = [А Z- ] = α С, а концентрация недиссоциированных молекул [КА] = (С – αС) = С (1- α) подставляя эти выражения в уравнение для константы диссоциации получим:
К d (С) = α 2 × С
1- α - это выражение описывает закон разбавления (разведения) Оствальда для слабых электролитов . В случае когда степень диссоциации электролита α<<1, что имеет место при С ⁄К d (С) ≥100, величиной α по сравнению с 1 можно пренебречь и закон разбавления Оствальда записать в упрощенном варианте К d (С) ≈ α 2 С.
Дарвин показал, что основные факторы эволюции органического мира, то есть наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор, приложимы и к эволюции человека. Благодаря им организм древней человекообразной обезьяны претерпел ряд морфофизиологических изменений, в результате которых выработалась вертикальная походка, разделились функции рук и ног.
Для объяснения антропогенеза недостаточно одних биологических закономерностей. Качественное своеобразие его вскрыл Ф.Энгельс, указав на социальные факторы: труд, общественную жизнь, сознание и речь. Труд - важнейший фактор эволюции человека
Труд начинается с изготовления орудий труда. Это, по словам Энгельса, «первое основное условие всей человеческой жизни, и притом в такой степени, что мы в известном смысле должны сказать: труд создал самого человека». Основной движущей силой антропогенеза явился труд, в процессе которого человек сам создает орудия труда. Наиболее высокоорганизованные животные могут употреблять предметы в качестве готовых орудий, но не способны создатьих. Животные только пользуются дарами природы, человек же изменяет ее в процессе труда. Животные также изменяют природу, но не преднамеренно, а лишь потому, что находятся и живут в природе. Их воздействие на природу сравнительно с воздействием на нее человека ничтожно.
Морфологические и физиологические преобразования наших обезьяноподобных предков правильнее будет назвать антропоморфозами, так как вызвавший их основной фактор - труд - был специфичен только для эволюции человека. Особенно важным было возникновение прямой походки. Размеры и масса тела обезьян увеличились, возник S-образный изгиб позвоночного столба, придавший ему гибкость, образовалась сводчатая пружинящая стопа, расширился таз, упрочился крестец, челюстной аппарат стал более легким и т.д. Прямохождение установилось не сразу. Это был весьма длительный процесс отбора наследственных изменений, полезных в трудовой деятельности. Предположительно он длился миллионы лет. Биологически прямохождение принесло человеку немало осложнений. Оно ограничило быстроту его передвижения, лишило подвижности крестец, что затруднило роды; длительное стояние и ношение тяжестей иногда приводит к плоскостопию и расширению вен на ногах. Зато благодаря прямохождению освободились руки для орудий труда. Возникновение прямохождения, по мнению Ч.Дарвина, а затем Ф.Энгельса, стало решающим шагом на пути от обезьяны к человеку. Благодаря прямохождению у обезьяноподобных предков человека руки освободились от необходимости поддерживать тело при передвижении по земле и приобрели способность к разнообразным движениям.
В начале процесса формирования человека рука у него была слаборазвитой и могла производить лишь самые простые действия. Особи с наследственными изменениями верхних конечностей, полезными для трудовых операций, преимущественно сохранялись благодаря естественному отбору. Ф.Энгельс писал, что рука не только орган труда, но и продукт труда. Различие между рукой человека и рукой человекообразных обезьян огромно: ни одна обезьяна не может изготовить своей рукой даже самый простой каменный нож. Понадобилось весьма длительное время для того, чтобы наши обезьяноподобные предки перешли от использования предметов окружающей природной среды в качестве орудий к их изготовлению. Самые примитивные орудия труда облегчают зависимость человека от окружающей природы, расширяют его кругозор, открывая в предметах природы новые, неизвестные свойства; наконец, они используются для дальнейшего совершенствования орудий труда.
Развитие трудовой деятельности приводит к ослаблению действия биологических закономерностей и усилению роли социальных факторов в антропогенезе.
Общественный образ жизни как фактор эволюции человека. С самого начала труд был общественным, так как обезьяны жили стадами. Ф.Энгельс указывал, что неправильно было бы искать предков человека, самого общественного существа в природе, среди необщественных животных. Стадность обезьяньих предков человека развивалась в общественное поведение под воздействием особого фактора. Таким фактором был труд, тесно связанный с преобразованием руки в орган труда. Труд способствовал сплочению членов общества; они коллективно защищались от зверей, охотились и воспитывали детей. Старшие члены общества обучали младших отыскивать природные материалы и изготовлять орудия, учили приемам охоты и сохранения огня. С развитием трудового процесса все яснее становилась польза взаимной поддержки и взаимопомощи.
Древнейшие орудия охоты и рыбной ловли свидетельствуют о том, что наши предки уже на ранних стадиях употребляли мясную пищу. Обработанная и приготовленная на огне, она уменьшала нагрузку на жевательный аппарат. Теменной гребень, к которому у обезьян прикрепляются мощные жевательные, потерял свое биологическое значение, сделался бесполезным и постепенно исчез в процессе естественного отбора; по той же причине переход от растительной пищи к смешанной привел к укорочению кишечника. Применение огня помогало защищаться от холода и зверей.
Накапливаемый жизненный опыт в познании природы совершенствовался от поколения к поколению. При жизни обществом имелись большие возможности для общения друг с другом: совместная деятельность членов общества вызвала необходимость сигнализации жестами, звуками. Первые слова были связаны с трудовыми операциями и обозначали действие, работу, а названия предметов появились позднее. Неразвитая гортань и ротовой аппарат предков человека в результате наследственной изменчивости и естественного отбора преобразовались в органы членораздельной речи человека. Человек, как и животные, воспринимает сигналы из окружающего мира через непосредственное раздражение органов чувств - это первая сигнальная система. Но человек способен воспринимать сигналы словом - он обладает второй сигнальной системой. Она составляет качественное различие высшей нервной деятельности человека и животных.
Возникновение речи усилило общение наших предков на почве совместного трудового процесса и, в свою очередь, способствовало развитию общественных отношений. Эволюция наших предков происходила под совместным действием социальных и биологических факторов. Естественный отбор постепенно утратил значение в эволюции человеческого общества. Все усложнявшиеся трудовые процессы изготовления орудий труда и предметов быта, членораздельная речь и жесты, мимика содействовали развитию головного мозга и органов чувств.
Развитие головного мозга, мышления, сознания стимулировало в то же время совершенствование труда и речи. Все полнее и лучше осуществлялась преемственность трудового опыта в поколениях. Только в обществе мышление человека могло достигнуть столь высокого развития.
Если морфологические и физиологические особенности человека передаются по наследству, то способности к коллективной трудовой деятельности, мышлению и речи никогда не передавались по наследству и не передаются теперь. Эти специфические качества исторически возникли и совершенствовались под действием социальных факторов и развиваются у каждого человека в процессе его индивидуального развития только в обществе благодаря воспитанию и образованию.
Итак, движущими силами антропогенеза являлись биологические факторы (наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор) и социальные (факторы (трудовая деятельность, общественный образ жизни, речь и мышление).
Входной контроль:
| вопрос | вариант ответа | |
| Раствор: | а) Сосредоточение, накапливание каких-либо веществ в определённом порядке. | |
| Коацервация: | б) Поглощение вещества из жидкой среды поверхностным слоем твёрдого тела, обычно имеющим большую площадь. | |
| Коацерват: | в) Пузырьки жидкости, окружённые белковыми плёнками, возникающие при взбалтывании водных растворов белков. | |
| Микросферы Фокса: | г) Фаза раствора с более высокой концентрацией веществ, окружённая определённым образом ориентированными диполями воды. | |
| Адсорбция: | д) Разделение раствора высокомолекулярных соединений на фазы с большей и меньшей концентрацией молекул. | |
| Концентрирование: | е) Однородные смеси двух или большего числа веществ, которые распределены в растворителе в виде отдельных атомов, ионов или молекул. |
Ход выполнения работы:
Задание №1
Прочитайте текст «Многообразие теорий возникновения жизни на Земле», результаты оформите в таблицу:
Ответьте на вопрос : Какой теории придерживаетесь вы лично? Почему?
Задание №2
Прочитайте текст «Гипотезы происхождения человека», результаты оформите в таблицу:
Ответьте на вопрос : Какие взгляды на происхождение человека вам ближе всего? Почему?
Задание № 3
Найдите в учебнике описание сходства и различия человека и высших человекообразных обезьян, результаты оформите в таблицу:
«Отличие человека от человекообразных обезьян»
| Сравниваемые признаки | Человек | Человекообразные обезьяны |
| Особенности строения скелета | ||
| Череп | ||
| Надбровные дуги | ||
| Положение тела при ходьбе | ||
| Позвоночник | ||
| Грудная клетка | ||
| Длина рук | ||
| Большой палец руки | ||
| Кисть руки | ||
| Стопа | ||
| Таз | ||
| Функция рук | ||
| Образ жизни | ||
| Взаимоотношения со средой | ||
| Высшая нервная деятельность (функции мозга) | ||
| Особенности строения мозга | ||
| Средства общения |
Приложение №1
Приложение №2
Приложение 3
Выходной контроль:
Найдите соответствие между понятием и его определением, ответы оформите в таблицу:
| вопрос | вариант ответа | |
| Древнейший человек: | А. Перемещение по земле на задних конечностях, что позволило высвободить руки для защиты и добычи пищи. | |
| Неандерталец: | Б. Первые современные люди, характеризовавшиеся прямохождением и обладавшие членораздельной речью. | |
| Кроманьонец: | В. Группа людей, живших менее 200 тыс. лет тому назад. | |
| Прямохождение: | Г. Неоднородная группа людей, относящаяся к роду Человек и включающая питекантропов, синантропов и др. Жили около 1 млн лет назад. | |
| Сходство всех процессов жизнедеятельности особей одного вида: | Д. Вид коммуникативной деятельности человека, при которой использование средств языка для общения приобретает устойчивый понятийный характер. |
Приложение №4
Сделайте общий вывод в соответствии с целями, поставленными перед вами в этой работе.
Список литературы:
Основные источники:
- Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И. Общая биология. 10 кл. Рабочая тетрадь. – М., 2009.
- Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология. 10-11 кл. – М., 2009.
- Константинов В.М., Рязанова А.П. Общая биология. Учеб. пособие для СПО. – М., 2010.
- Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Лощилина Е.Н. Общая биология. 10 кл. Учебник. – М., 2010.
- Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Лощилина Е.Н. Общая биология. 11 кл. Учебник. – М., 2010.
- Чебышев Н.В. Биология. Учебник для Ссузов. – М., 2010.
Интернет – ресурсы:
1. www.twirpx.com - Учебные материалы;
2. tana.ucoz.ru- Персональный сайт учителя биологии;
3. www.amgpgu.ru - Лекционный курс;
4. www.uchportal.ru – Учительский портал;
5. http://o5-5.ru – 5 и 5 Учебный материал;
6. http://pptx.ru/ - Коллекция презентаций PowerPoint.
Дополнительные источники:
Похожая информация.
Урок посвящен теме «Фазовые состояния веществ. Дисперсные системы. Способы выражения концентрации». Вы познакомитесь с определениями фазы или фазового состояния вещества, познакомитесь с гомогенными и гетерогенными системами. Узнаете, как классифицируются смеси веществ. Подробно познакомитесь с дисперсной системой и её видами, коллоидной системой и её видами и истинными растворами, с понятием насыщенности раствора и растворимостью вещества.
Тема: Растворы и их концентрация, дисперсные системы, электролитическая диссоциация, гидролиз
Урок: Фазовые состояния веществ. Дисперсные системы. Способы выражения концентрации
1. Классификация дисперсионных систем по агрегатному состоянию
Необходимо различать понятия агрегатного и фазового состояния веществ.
Фаза - однородная по составу и свойствам часть рассматриваемой системы, отделенная от других фаз поверхностями раздела, на которых скачком изменяются некоторые свойства системы - например, плотность, электропроводность, вязкость.
Фаза - это гомогенная часть гетерогенной системы.
Например, если мы нальем подсолнечное масло в воду, мы получим систему, находящуюся в одном агрегатном состоянии - в жидком. Но вещества в ней будут находиться в двух различных фазах: одна - это вода, другая - это растительное масло, и между ними будет отчетливая граница, так называемая поверхность раздела. Значит, система будет гетерогенной.
Другой похожий пример: если смешать муку и сахарный песок, мы получим систему, где вещества находятся в одном агрегатном состоянии, но в двух различных фазах, и система является гетерогенной.
Рис. 1. Классификация дисперсных систем
Не всегда получается четко провести границу между понятиями «гомогенная» и «гетерогенная» система. При увеличении размера частиц, смесь веществ делят на грубодисперсные, коллоидные растворы и истинные растворы. См. рис. 1.
Дисперсной называют систему, в которой одно вещество в виде мелких частиц распределено в объёме другого.
Дисперсная фаза - это вещество, которое присутствует в дисперсионной системе в меньшем количестве. Она может состоять и из нескольких веществ.
Дисперсионная среда - это вещество, которое присутствует в дисперсионной системе в большем количестве, и в объеме которого распределена дисперсная фаза. Рис. 2.
Грубодисперсные системы
Дисперсионную среду и дисперсную фазу могут составлять вещества, находящиеся в различных агрегатных состояниях. В зависимости от сочетания дисперсионной среды и дисперсной фазы выделяют 8 типов таких систем. См. Табл. 1.
Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию
2. Некоторые свойства грубодисперсных систем
Грубодисперсные системы с жидкой или газообразной дисперсионной средой постепенно разделяются на составляющие компоненты. Срок таких процессов может быть различным. Именно они определяют сроки годности и сроки возможного использования и продуктов питания, и других веществ, содержащих дисперсные системы. В случае веществ с твердой дисперсионной средой, их свойства определяются размерами частиц дисперсной фазы. Например, пемза не тонет в воде. Потому что вода не может проникнуть в поры, находящиеся внутри камня, и средняя плотность объекта становится меньше плотности воды.
Грубодисперсные системы хорошо рассматривать в микроскоп. Именно этим свойством воспользовался в 1827 году шотландский ботаник Джон Броун, который обнаружил хаотическое движение мельчайших частичек пыльцы и других веществ, взвешенных в воде. Позднее данное явление было названо броуновским движением и стало одно из основ молекулярно-кинетической теории.
3. Коллоидные растворы
Коллоидные системы
Коллоидные системы подразделяют на:
· ЗОЛИ - дисперсная фаза не образует сплошных жестких структур.
· ГЕЛИ - частицы дисперсной фазы образуют жесткие пространственные структуры. Примеры: сыр, хлеб, мармелад, зефир, желе, холодец.
Раствор белка в воде - коллоидный раствор. Коллоидные растворы прозрачны, но рассеивают свет.
При пропускании света через прозрачный сосуд с раствором, можно наблюдать светящийся конус.
С помощью специального микроскопа в коллоидных растворах можно обнаружить отдельные частицы.
Вещества в коллоидном состоянии принимают участие в образовании многих минералов, таких как агат, малахит, опал, сердолик, халцедон, жемчуг. См. рис. 3.
Есть гели и в человеческом теле. Это волосы, хрящи, сухожилья. Много золей и гелей находится в организме человека, поэтому один из ученых отечественной химической науки И. И. Жуков сказал, что человек - это ходячий коллоид.
Коагуляция
Коагуляция - это слипание коллоидных частиц и их оседание из раствора.
Почему природа столь часто отдает предпочтение именно коллоидному состоянию вещества? Дело в том, что вещества в коллоидном состоянии имеют большую поверхность раздела между фазами. Это облегчает протекание реакции обмена веществ, которая происходит именно на поверхности раздела. Для коллоидных частиц большое значение имеет площадь их поверхности. Коллоидные частицы легко адсорбируют на своей поверхности различные вещества. Например, ионы как бы приклеиваются к их поверхности. При этом коллоидные частицы приобретают положительный или отрицательный заряд. Частицы с одинаковым зарядом будут отталкиваться друг от друга. Если в коллоидную систему добавить электролит, лишенные поверхностного заряда частицы начнут слипаться в более крупные образования. Происходит коагуляция коллоида, которая сопровождается выпадением осадка. Коагуляцию можно вызвать и другими воздействиями, например, нагреванием. Такие явления имеют большое значение, как в природе, так и в промышленности.
4. Истинные растворы, способы выражения состава раствора
Истинные растворы
Состояние растворов определяется концентрацией растворенных веществ, температурой и давлением. При растворении вещества в каком-нибудь растворителе при постоянной температуре и давлении, концентрация растворенного вещества не будет расти бесконечно. В какой-то момент оно перестанет растворяться, и достигается его максимально возможная концентрация. Наступит динамическое равновесие, которое заключается в том, что часть вещества постоянно растворяется, а часть переходит из раствора в осадок. Но при этом концентрация растворенного вещества больше меняться не будет.
Насыщенный раствор - это раствор, который находится в фазовом равновесии с растворяемым веществом.
Пересыщенный раствор - это раствор, в котором содержится больше растворенного вещества, чем в насыщенном растворе при одинаковых температуре и давлении.
Так как растворимость большинства веществ увеличивается с увеличением температуры, то получить пересыщенный раствор можно при охлаждении насыщенного при более высокой температуре раствора. Пересыщенный раствор нестабилен, и внесение в него небольшого кристалла, попадание пыли или даже резкий толчок могут вызвать быструю кристаллизацию растворенного вещества.
Ненасыщенный раствор - это раствор, содержащий растворенного вещества меньше, чем его может содержаться в насыщенном растворе того же вещества при одинаковых температуре и давлении.
Растворимость - это масса порции растворенного вещества, которую при данной температуре и давлении необходимо растворить в определенном количестве растворителя для приготовления насыщенного раствора. Чаще всего рассматривают растворимость в 100 г, в 1 кг или 1 л растворителя.
Для выражения количественного состава раствора используется понятие массовой доли растворенного вещества. Это отношение растворенного вещества к суммарной массе раствора.
Молярная концентрация - это отношение количества вещества в молях к объёму раствора.
Области применения истинных растворов весьма обширны. Поэтому очень важно уметь приготавливать растворы соответствующих веществ.
Подведение итога урока
На уроке была рассмотрена тема «Фазовые состояния веществ. Дисперсные системы. Способы выражения концентрации». Вы познакомились с определениями фазы или фазового состояния вещества, узнали, что такое гомогенные и гетерогенные системы, классификацию смеси веществ. Подробно познакомились с дисперсной системой и её видами, коллоидной системой и её видами и истинными растворами, с понятием насыщенности раствора и растворимостью вещества.
Список литературы
1. Рудзитис Г. Е. Химия. Основы общей химии. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. - 14-е изд. - М.: Просвещение, 2012.
2. Попель П. П. Химия: 8 кл.: учебник для общеобразовательных учебных заведений / П. П. Попель, Л. С.Кривля. - К.: ИЦ «Академия», 2008. - 240 с.: ил.
3. Габриелян О. С. Химия. 11 класс. Базовый уровень. 2-е изд., стер. - М.: Дрофа, 2007. - 220 с.
1. Internerurok. ru .
2. Hemi. nsu. ru .
3. Chemport. ru .
Домашнее задание
1. №№10-13 (с. 41) Рудзитис Г. Е. Химия. Основы общей химии. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. - 14-е изд. - М.: Просвещение, 2012.
2. Чем определяется срок годности косметических, медицинских и пищевых гелей?
3. Как коллоидные системы иллюстрируют тезис об относительности истины?
Фазовые равновесия .
На прошлой лекции мы рассмотрели химическое равновесие, константу равновесия, ее связь с т.д. величинами и факторы, влияющие на сдвиг равновесия.
Хим. равновесие является динамическим, т.е. сбалансированы два противоположных процесса. Еще одним примером динамического равновесия может служить человек, идущий вверх по спускающемуся вниз эскалатору.
Динамическое равновесия реализуется, когда сбалансированы два противоположных процесса. Динамическое равновесие м.б. физическим и химическим . В качестве примера физического равновесия служат фазовые равновесия, которые устанавливаются между различными фазами системы. Дадим определение фазы.
Фаза – гомогенная часть гетерогенной системы (часть, имеющая одинаковый состав и свойства во всех точках, отделенная от других частей поверхностями раздела). Если мы имеем систему, состоящую из осадка и раствора, то это двухфазная система т.-ж. Аналогично можно рассмотреть систему ж.-пар. Если скорость испарения равна скорости конденсации, то система находится в динамическом равновесии.
Существуют три физических состояния вещества – твердое, жидкое и газообразное. Фазовый переход – переход из одной фазы в другую.
Компонент системы – такая составная часть системы, которая является химически однородным веществом, может быть выделена из системы и может существовать в изолированном состоянии в течение длительного времени. Например Na + и Cl – не могут быть компонентами. Компонентами в растворе хлорида натрия являются NaCl и вода. Системы по количеству компонентов можно разделить на однокомпонентные системы, двухкомпонентные, трехкомпонентные, многокомпонентные.
Диаграммы состояния – графическое изображение всех возможных состояний термодинамической системы в пространстве основных параметров состояния (Т, р, состав). Они показывают условия существования той или иной фазы.
Рассмотрим диаграмму состояния воды .
При обычных условиях вода существует в виде кристаллов (лед), жидкости и газа (пар). Каждая из этих фаз воды устойчива только при определенных сочетаниях температуры и давления. Например, если при атмосферном давлении повысить температуру до 100 °С, то вода закипит и превратится в пар (газ). Если давление будет ниже атмосферного, переход жидкости в пар будет проходить при более низкой температуре. При некоторых низких давлениях вода кипит и при комнатной температуре. Если давление выше атмосферного, то вода закипит при температуре выше 100 °С. Лед плавится при температуре 0 °С и атмосферном давлении, но при изменении давления изменяется и температура плавления льда.
Области фазовой диаграммы соответствуют одной фазе. Линии соответствуют условиям фазового равновесия. ВТ – кривая плавления, ТС – кривая кипения (при давлении 1 атм Ткип=373 К), АТ – кривая сублимации. Точка С – критическая температура – выше этой точки пары воды не могут быть превращены в жидкость никаким повышением давления. Пар и жидкость перестают быть различимы.
Т– тройная точка – в равновесии находятся лед, вода и пар.
Изменяя температуру или давление можно изменять состояние вещества. Пусть точка 1. изображает твердое состояние вещества при давлении выше тройной точки. При нагревании вещества при постоянном давлении тело будет последовательно переходить из твердого в жидкое и газообразное состояние. Если будем нагревать вещество при давлении ниже тройной точки, то вещество будет переходить в пар без предварительного образования жидкости – возгонка (сублимация)
Особые свойства воды : при увеличении давления Тпл уменьшается, при увеличении давления происходит разрушение водородных связей, и происходит образование более плотной жидкой фазы (обычно наоборот – при увеличении давления образуется более плотная твердая фаза).
ST –кривая переохлаждения – вода находится в метастабильном состоянии.
Дать диаграмму СО2 (Фримантл 1-с.287)