Решение контрольных работ по химии: Контрольные работы по химии на заказ, заказать контрольную по химии

Содержание

Заказать контрольную по химии в Москве

Если вы не можете самостоятельно решить задания из контрольной работы по химии, закажите услуги опытных исполнителей на сайте YouDo. Грамотные специалисты индивидуально подходят к написанию контрольной работы, и заранее оговаривают сроки ее выполнения, а также стоимость.

Преимущества покупки контрольной работы по химии

Химия является достаточно сложной учебной дисциплиной, поэтому решение контрольной работы может занять достаточно большое количество времени. Закажите контрольную по химии на сайте youdo.com, и опытные специалисты срочно выполнят работу на высоком профессиональном уровне.

Для выполнения контрольной работы по химии исполнителями Юду необходимо:

предоставить задания
указать особенности оформления
сообщить критерии проверки, установленные вашим преподавателем
подготовить методические материалы, по которым должна быть выполнена работа
указать (если есть) список рекомендуемой педагогом литературы
установить сроки выполнения работы

Ознакомившись с вашими требованиями, квалифицированные специалисты предложат вам качественные услуги и цены, которые будут невысоки.

От чего зависит стоимость работы по химии

Чтобы недорого купить контрольную по химии, оформите заявку на сайте Юду. Квалифицированные специалисты предложат вам наиболее выгодные условия и доступные цены за написание уникальной работы. Точную стоимость контрольной по химии исполнители Юду рассчитывают индивидуально.

При расчете стоимости написания контрольной работы по химии учитываются такие факторы:

сложность и количество заданий в контрольной работе
уровень требований к написанию работы по химии
особенности оформления
сроки выполнения контрольной работы по химии

Чтобы узнать примерную цену контрольных по химии, посмотрите прайс-листы исполнителей YouDo. Выбирая специалиста для решения контрольной по химии, обратите внимание не только на стоимость услуг, но и на рейтинг исполнителя, а также на отзывы о качестве и оперативности выполнения подобных работ.

Решение задач по химии. Контрольные работы по химии для студентов.

«Что самое важное при изучении химии? Никогда не облизывать ложечки!»

Для решения задач по химии , будь то органическая, аналитическая или любая другая , кроме знаний, необходимо время. Если Вы не можете, не хотите или не успеваете сами решить Вашу задачу или контрольную работу по химии, обращайтесь к нам. Будем рады помочь. Наши специалисты в кратчайшие сроки и за умеренную цену выполнят Ваши задания. Доработка при необходимости и сопровождение до защиты.

Оказываем помощь на экзамене, зачете по химии онлайн!

Химия – древнейшая наука, но она всегда, еще с тех времен, когда именовалась алхимией, была уделом избранных. Большинство людей со школьных времен не понимают и не любят этот предмет. В тоже время он присутствует в большинстве учебных программ технических и технологических вузов. Вы можете обучаться на архитектора, инженера-механика или инженера-метролога, и скорее всего за всю свою производственную деятельность никогда не увидеть ни одной химической формулы — но в вузе Вас упорно и настойчиво будут учить решать задачи по химии. Если же Вам не дается это легко, и слова “диссоциация “, “гидратация “ и “4 сульфо-3-хлорбензойный альдегид “ не встречают у Вас радостного понимания — наш сайт придет Вам на помощь.

При необходимости поможем сдать тест по химии онлайн .

Ниже вы можете ознакомиться с примерами решенных нами экзаменационных билетов. Поскольку время на экзамене обычно ограничено и требуется оставить время на переписывание, пояснения к задачам — минимальные, в отличие от подробных пояснений в контрольных работах. Советуем учитывать этот факт, если собираетесь воспользоваться услугой «онлайн помощи» и Ваш преподаватель на экзамене имеет привычку задавать дополнительные вопросы. В таком случае Вам необходимо будет минимально подготовиться — так, чтобы хотя бы понимать ход мыслей в решении.

Стоимость решения задач по химии — от 100р за задачу , в зависимости от сложности и сроков. Онлайн помощь — от 1200р за билет.

Примеры решенных билетов с экзаменов:

Показать/скрыть условия билета 1
1. Растворяется ли серебро в деаэрированной воде? Если растворяется – напишите уравнение соответствующей реакции. Если нет – объясните почему.
2. Будет ли железо взаимодействовать с хлороводородной кислотой? Если да, то напишите уравнение соответствующей реакции, составьте схему электронного баланса и расставьте коэффициенты. Если нет – объясните почему.
3. Будет ли цинк растворяться в разбавленном растворе гидроксида калия? Если да, то напишите уравнение реакции(можно без коэффициентов). Если нет – объясните почему
4. Будет ли медь постепенно растворяться в растворе сульфата меди? Ответ мотивируйте.
5. Напишите уравнение реакций(можно без коэффициентов). Mg +H₂SO₄ =>X₁+NaOH => X₂+HCl =>X₃
6. Напишите уравнение реакций(можно без коэффициентов). FeCl₂ + NaOH =>X₁+O₂+H₂O =>X₂ (t⁰) =>X₃
7. Что представляет собой накипь в чайнике? Как ее удалить? Напишите уравнение соответствующей реакции.
8. Какую массу гидроксида кальция надо добавить к 400 мл воды, чтобы устранить временную жесткость, равную равную 4ммоль-экв/л? Напишите уравнение соответствующей реакции в ионно-молекулярной виде.
9. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых цинк был бы анодом, в другом – катодом. При каких условиях для подсчета ЭДС этих гальванических элементов можно пользоваться таблицей стандартных электродных потенциалов?
10. Рассчитайте φ Me в некоторой среде по отношению к НВП, если его потенциал по отношению к медносульфатному электроду(МСЭ) равен равен -0,034 В. Φ_{мсэ/нвэ}=0,134В.
11. Вычислить ЭДС гальванического элемента, составленных из одинаковых металлических электродов, опущенных в растворы соли этого металла с активной концентрацией ионов металла 1М и 10^-3М.
12. Продуктами, выделяющимися на инертных электродах при электролизе водного раствора йодида алюминия являются — 1. Al+I₂ 2. H₂+I₂ 3. H₂+O₂4. Al + H₂
13. Для получения каких металлов применяют электролиз расплавов их оксидов или солей? Почему? 1.Ba 2.Sb 3. Na 4. Mo 5. Ti
14. Какие процессы могут протекать на катодных участках поверхности металла? От чего это зависит?
15. Цинк имеет медное покрытие. Это покрытие (анодное?катодное?), так как….Напишите уравнения процессов, происходящих на анодных и катодных участках при разрушении этого покрытия на воздухе.
16. Какие неметаллические покрытия применяются для защиты магистральных трубопроводов от коррозии?
Показать/скрыть условия билета 2
1. Какие углеводороды входят в состав бензиновой фракции, керосиновой, газойлевой и мазут?
2. Какие вещества образуются при действии металлического натрия на бромисты пропил.
3. Как меняется растворимость углеводородов различных рядов в анилине.
4. Что такое “кислотное число” и как оно определяется.
Показать/скрыть условия билета 3
1. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа и уравнение Аренниуса. При 20ºC некоторая реакция заканчивается за 10 с. При какой температуре эта реакция закончится за 4,5 мин? Температурный коэффициент скорости реакции равен 3.
2. У каких двух элементов периодической системы невозбужденные атомы имеют по 5 электронов на подуровне 4d? Составьте для них электронные и электронно-графические формулы.
3. В чем состоят отличия коллоидных растворов от истинных? Причины и условия образования коллоидных растворов. Предложите способ получения и составьте общую формулу мицелл золя фторида алюминия с положительным зарядом граней.
4. В воде содержаться соли: MgCl₂, KCl, Ka(HCO₃ )₂. Будет ли такая вода жесткой? Можно ли добавлением гашеной извести к этой воде полностью устранить ее жесткость и почему? Приведите возможные реакции в молекулярной и молекулярно-ионной формах. Карбонатная жесткость указанной воды равна 7 ммоль-экв/л. Какую минимальную массу гидроксида кальция надо взять, чтобы полностью устранить карбонатную жесткость этой воды объемом в 1м³.
5. Уравняйте данную окислительно-восстановительную реакцию методами электронного или электронно-ионного баланса. Какое из реагирующих веществ является окислителем и какое – восстановителем? KMnO₄+FeSO₄+H₂SO₄=>MnSO₄+Fe(SO4)₃+K₂SO₄ +H₂O
6. Гипсовые вяжущие вещества. Получение, особенности процессов твердения. Сколько строительного гипса можно получить при обжиге природного гипсового камня массой 10т, в котором содержится 10% посторонних примесей?(предполагается, что примеси при нагревании не изменяются).
Показать/скрыть условия билета 4
1. Назовите по систематической и рациональной номенклатуре следующие соединения.
2. Напишите реакции а) пентена-2 с концентрированным раствором KMnO₄ б) пентена -2 с разбавленным раствором KMnO₄в) пропина с HOH в присутствии HgSO₄г) нагревание н-гексана при 500⁰С
3. Получите бутен-1 из а) 1-хлорбутана б)реакцией крекинга
Показать/скрыть условия билета 5
Теоретическая часть
1. Какие из соединений MnCl₂ , KMnO₄, MnO₂, K₂MnO₄ проявляет только окислительные свойства? Ответ надо обосновать(приведите электронное строение соответствующего иона)
2. Какие металлы растворяются в воде? Приведите уравнения реакций.
3. Запишите строение электронной оболочки атома S в основном и возбужденном состоянии, начиная с начала периода, в котором находится элемент. Определите максимальное число неспаренных электронов.
4. Составьте формулу высшего оксида элемента(задание 3) и определите его кислотно-основные свойства. Подтвердите уравнениями в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
Практическая часть
1. Масса меди, выделившаяся на катоде при пропускании тока силой 17,9 А в течении 45 минут через раствор сульфата меди (II) с выходом по току 100% составляет ___г.
2. Сколько граммов гидроксида кальция необходимо прибавить в 1000л воды, чтобы удалить временную жесткость, равную 2,86 ммоль/л? Напишите уравнение соответствующей реакции в ионно-молекулярном виде.
3. Рассчитайте Ж_врем воды, если на титрование 75мл этой воды понадобилось 4 мл 0,1 раствора соляной кислоты.
4. Запишите электронно-графическую формулу иона Sn²⁺ (начиная с начала V периода) и объясните, почему этот ион способен образовать комплексные соединения. Закончите уравнение и назовите полученное соединение: SnCl₂+NaOH₍_изб₎=>
5. Какое вещество выпадет в осадок при сливании водных растворов хлорида хрома и сульфида калия? Ответ подтвердите молекулярным уравнением процесса.
6. Какие продукты образуются при горении магния на воздухе? Написать уравнения реакций их взаимодействия с водой. Определите степень окисления атомов элемента, составьте уравнения электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления и расставьте коэффициенты. Назовите полученное соединение.
7. Будет ли железо взаимодействовать с бромоводородной кислотой? Если да, напишите уравнение соответствующей реакции, составьте схему электронного баланса и расставьте коэффициенты. Если нет – объясните почему.
8. Будет ли медь растворяться в разбавленном растворе гидроксида натрия? Если да – напишите уравнение реакции. Если нет – объясните почему.
Показать/скрыть условия билета 6
1. Рассчитайте, какое значение pH имеют растворы соляной HCl и ортофосфорной H₃PO₄кислот с одинаковой молярной концентрацией, равной 0,2 моль/л. Степень диссоциации HСl составляет составляет 100%, а степень диссоциации H₃PO₄по первой ступени – 45%(диссоциацией ортофосфорной кислоты по другим ступеням пренебречь).
2. Напишите уравнения гидролиза NH₄Cl в молекулярной и сокращенной ионной формах. Укажите характер среды (pH) в растворе этой соли.
3. Гальванический элемент состоит из цинка (Zn) в растворе соли ZnCl₂ с концентрацией 1 моль/л и меди (Cu) в растворе CuSO₄ с концентрацией 0,1 моль/л. Как изменится ЭДС этого элемента, если раствор CuSO₄ разбавить в 100 раз.
4. Какие из металлов сплава Zn-Cu будет ли наиболее активно подвергаться коррозии в кислой среде(например, в растворе h3SO4)? Составьте схему работы гальванического элемента, образующегося при этом, и рассчитайте его ЭДС.
5. Вычислите удельную поверхность катализатора, 0,5г которого адсорбирует 50 мл N₂ (при нормальных условиях). Площадь поперечного сечения адсорбированной молекулы N₂равна 16 А².
6. Вычислите порог коагуляции золя раствором K₂SO₄, если добавление 0,002л раствора K₂SO₄с концентрацией 0,15 моль –экв/л вызывает коагуляцию 0,02 л золя.
Показать/скрыть условия билета 7
1. Напишите электроннографическую формулу Cr⁺⁶ и объясните, какие свойства в окислительно-восстановительных реакциях может проявлять этот ион.
2. Исходя из степени окисления подчеркнутых элементов, определите, какие из перечисленных элементов могут быть и окислителями, и восстановителями: KNO₃, H₂S, K₂SO₃. Ответ обоснуйте.
3. Определите а)степени окисления атомов элемента б)составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель в) процессы окисления и восстановления г) расставьте коэффициенты д) определите тип окислительно-восстановительной реакции: K₂SO₃ + H₂O => S+K₂SO₄+KOH е)дайте определение реакции данного типа
4. Используя уравнение задания 3, определите, какую массу серы моно получить из 60 моль сульфита калия
5. Определите, возможна ли реакция (при ст.у.), используя стандартные потенциалы полуреакций. Ответ обоснуйте. Au(NO₃)₃+3NO₂+3H₂O = >Au+6HNO₃. φ⁰(Au³⁺/Au)=1,50В, φ⁰(NO^—₃ +2H⁺/NO₂+H₂O)=0,78В.
6. От чего зависит электродный потенциал любого металла.
7. Рассчитайте φ Me в некоторой среде по отношению к НВП, если его потенциал по отношению к каломельному электроду равен -0,516 В. Φ_{калом/НВЭ}=+0,241В.
8. Составьте схему гальванического элемента, составленного из хромовых электродов, опущенных в растворы соли хрома с активной концентрацией ионов хрома 10^-4М и 10^-1М. Укажите, какие процессы проходят на аноде и катоде, и рассчитайте ЭДС этого элемента.
9. ЭДС гальванического элемента, состоящего из медного и серебрянного электродов, погруженных в 0,1М растворы их нитратов, увеличится, если 1) уменьшить концентрацию нитрата меди 2) увеличить концентрацию нитрата меди 3) увеличить концентрацию нитрата серебра 4) уменьшить концентрацию нитрата серебра . Укажите не менее двух вариантов ответа.
10. Продуктами, выделяющимися на инертных электродах при электролизе водного раствора хлорида натрия, являются 1.Na+Cl₂ 2. H₂+Cl₂ 3. Na+H₂ 4. H₂+O₂ . Приведите уравнения процессов, происходящих на аноде и катоде. Объясните, почему протекают именно эти процессы.
11. Для получения каких металлов применяют электролиз расплавов их оксидов или солей? Почему? 1. Cd 2. Ca 3. Co 4. Mg 5. Sn
12. Дайте определение понятию химическая коррозия. При каких температурах возможно ее протекание? Приведите уравнение реакции, соответствующее коррозии стали во влажном воздухе.
13. Сталь имеет цинковое покрытие. Это покрытие 1) анодное или 2) катодное? Ответ обоснуйте, используя значения стандартных электродных потенциалов металлов. Напишите уравнения процессов, проходящих на анодных и катодных участках при разрушении этого покрытия на воздухе.
14. В чем заключается механизм действия пассивационных ингибиторов? Приведите пример такого ингибитора.
Показать/скрыть условия билета 8
1. Рассчитайте энтальпию, энергию Гиббса химической реакции. Сделайте выводы. CH₄₍_r)+2H₂O₍_r) =>CO_2(r) + 4H_2(r)
2. Рассчитайте ph раствора электролита HNO₂ , c=0.02 моль/л
3. Подберите анод для данного катода Cu. Напишите уравнения анодного и катодного процессов. Рассчитайте ЭДС.

Примеры контрольных работ:

Вы можете связаться с нами, уточнить стоимость и сроки, заказать услуги через наши контакты либо заполнив данную форму.

?Заказать решение контрольных работ по химии

Выучить наизусть таблицу Менделеева, разложить какой-то элемент на молекулы это же колоссальный труд! А зачем, какой смысл в этом, зачем так напрягаться? Чтобы была в дипломе хорошая оценка? И что дальше с того? Чаще всего дальше ничего, с годами все это быстро забывается и мы переключаемся на что-то иное. А что если уже сейчас заказать контрольную по химии? Сэкономить себе кучу времени. И вложить это время в нужное направление, развить навык, который уже сейчас будет работать на ваше будущее.

Химия – одна из сложнейших современных наук, включающая в себя много важных и сложных разделов. Она бывает общая, органическая, неорганическая, биологическая, пищевая, и так далее. Сложность предмета состоит в том, что его невозможно просто выучить, как, допустим историю или литературу — ее важно понимать. Она тесно переплетается с математикой, физикой и биологией, для ее изучения нужно очень много времени и сил.

Обучиться химии устно практически невозможно. Необходимо постоянно работать и письменно: составлять графические и молекулярные формулы, писать уравнения реакций, решать задачи и т. п. В процессе обучения вам придется запоминать очень много различной справочной информации, чтобы впоследствии без проблем выполнять решение задач и контрольных работ. А потому этот предмет нередко вызывает трудности у студентов.

Средняя оценка:

4,9

Выполненных работ:

более 2,5 млн.

Авторов онлайн:

более 4 тыс.

Студенчество, с одной стороны, веселая и приятная пора, а с другой – очень сложное время, когда нужно получать, перерабатывать и усваивать много полезной информации. При этом, изучая, к примеру, химию, студент должен уделять немало внимания и другим, сопутствующим дисциплинам. Это иностранный язык, философия, история, бухгалтерский учет и много других предметов, с которыми, согласно программе, должен быть ознакомлен учащийся. Лекции, семинары, практические работы, изучение литературы, написание рефератов, курсовых – все это очень загружает студентов так, что они едва успевают выполнить все, что от них требуется.

Где заказать контрольную по химии недорого?

Для тех учащихся, которые по тем или иным причинам не могут самостоятельно выполнить решение контрольных работ по химии, есть отличный вариант – заказ работы у специалистов. Студент экономит свое время, силы и нервы, посвящая их чему-то другому, а в результате получает идеально выполненную контрольную, гарантирующую отличную оценку. Специалисты подходят к решению грамотно, серьезно и профессионально, качественно выполняя контрольные задания в нужный срок. И за свою работу берут совсем недорого.

Доступность интернета дает массу преимуществ – учащемуся необходимо лишь оформить заказ, заполнив специальную онлайн-форму на сайте, указать, в какие сроки ему необходимо получить выполненные задания. После этого нужно будет дождаться, когда менеджер сообщит ему цену. При этом требуется внести предоплату в размере 25% от общей стоимости заказа. Примечательно, что система предусматривает для своих клиентов накопительные скидки. Таким образом, можно предложить подобную услугу своим однокурсникам и набрать несколько человек, желающих заказать решение своей контрольной работы по химии или любому другому предмету. Оформив несколько заявок, студенты получат возможность сэкономить свои средства.

Материалы по теме:

Поделиться с друзьями:

Загрузка…

Решение контрольных работ по химии 👇 на заказ

Не получается решить контрольную работу по химии? Сроки горят, а задачам не видно конца и края? Химические реакции, валентности, катализаторы и эфиры взрывают мозг и разъедают настроение?

Мы Вам поможем! Выполнение контрольных работ по химии для наших авторов — не проблема! Наши специалисты, среди которых преподаватели, аспиранты, кандидаты наук — будут рады взять на себя Ваши заботы. За их плечами множество публикаций, собственные разработки и даже диссертации. Описание самых разных реакций, грамотный подбор компонентов, составление формул сложных веществ — всё это будет выполнено качественно и в кратчайшие сроки.

Мы понимаем, что у студента — каждая копейка на счету. Поэтому не содержим дорогостоящий офис и выполняем все работы удалённо. Вы платите только за качественное выполнение контрольной работы! С нами у Вас не только появится свободное время, но и останутся деньги, чтобы провести его действительно приятно! Контрольная работа по химии на заказ — это разумный способ сэкономить силы для дел, действительно для Вас важных.

Вам осталось лишь заполнить форму заказа. Ваш запрос будет обработан в предельно сжатые сроки, и на контактную почту будет отправлена информация о цене и сроках выполнения заказа.

Для Вашего удобства, решение контрольной работы по химии предоставляется в электронном виде: в формат *.doc или *.pdf. Такой подход избавит Вас от необходимости разбираться в непонятном почерке специалиста. Контрольную работу останется только распечатать! По особому требованию Вы можете получить отсканированную версию решения — в случае острой необходимости это ускорит процесс выполнения Вашего заказа.

Сотрудничая с нами, Вы получите не только свободу от выполнения ненавистных домашних заданий, но и возможность быть «на хорошем счету» у преподавателей, вызывать уважение сокурсников.

Контрольная работа по химии на «отлично» — это просто!

Также наши специалисты готовы помочь Вам в решении контрольных работ по информатике и многим другим предметам.

Контрольные по химии

Гарантии:

1. Webmoney BL~200
2. Опыт >10 лет
3. Множество положительных отзывов
4. Оплачивать можно частями
5. Исправления/доработки бесплатны

Что можно заказать:

1. Онлайн помощь на экзаменах
2. Контрольные работы
3.Лабораторные работы
4. Курсовые работы
5. Диплом/Диссертацию

Контрольные по химии. Оцените наше качество.

Почта: [email protected] ICQ: 591810759

Задачи и контрольных работы по химии на заказ теперь доступны каждому студенту. Если Вам срочно нужно выполнить контрольную работу или у Вас трудности с задачами и нет времени или знаний для того чтоб все сделать самостоятельно – Вы можете обратиться за помощью к нам. Наши решения контрольных по химии каждый часто вызывают похвалу у наших клиентов. Мы работаем для студентов каждый день без перерывов и выходных. У нас Вы можете кроме ответов на тесты получить подробные разборы самых трудных задач. Часто ИДЗ по органике, общей химии, физколлоидной химии бывают очень сложными и не каждый ученик может их грамотно выполнить.

Если по какой-то причине Вам не пришло ответное письмо от нас на почту – обращайтесь к нам в ICQ, наши консультанты сразу же оценят стоимость Вашей контрольной работы, предложат способы оплаты и сроки выполнения.
Бывает, что Вы сталкиваетесь с вопросом делать или не делать самостоятельно, но можно на это посмотреть с другой стороны. Нередко замечено, что преподаватели ставят автоматом оценки на экзамене тем, у кого по контрольным работам нет троек. Это значит, что если Вы закажете выполнение контрольных по химии у нас – у Вас будут высокие баллы, и Вас будет ждать оценка автоматом в конце семестра, что очень и очень важно для каждого студента!

Кроме того, вы можете получить помощь прямо на контрольных онлайн – это быстрое выполнение Ваших задач непосредственно во время пары или экзамене. Эта услуга очень популярна и очень эффективна. Для жителей Москвы и московской области существуют отдельные условия для заказа решения химии в Москве.

Основная направленность нашей деятельности – качественная и пунктуальная целенаправленная работа для абитуриентов и студентов по перегрызанию грантиных столбов науки. Но мы не зациклены только на заработке, у нас Вы получить спектр объяснений по гидравлике или теплотехнике. Если Вам нужно заказать решение математики – Вы тоже можете обратиться к нам.

Тем студентам, которые ищут репетитора по для решение контрольных – это нерационально и может быть очень накладно. Репетиторы очень ценят свой труд, это ведь работа с людьми и у них решение может стоить на порядок дороже чем у нас. Оформление решения у репетиторов может хромать, т.к. мы занимаемся профессионально и у наших исполнителей уже набита рука на Ваших задачах. Если Вы готовитесь к олимпиаде или очень сложным КР – то Вы тоже можете получить очень существенное облегчение, попросив решить сложные задачи у нас и посмотрев как нужно правильно их выполнять, а потом просто примените полученные знания на Ваших олимпиадах и других мероприятиях. Саму подготовку к олимпиадам и КР мы не проводим, т.к. не ведем репетиционной деятельности (просто нет такой возможности у нас). Если Вам не нужно решать химию — вы можете заказать решение ТОЭ. Очень часто студентам задачют РГР по ТОЭ.

Нередко задают нам вопрос о гарантийном и постгарантийном обслуживании наших работ. Ответ прост: на ЛЮБОЕ решение мы даем гарантию, это значит, что при заказе у нас контрольной Вы получаете полную гарантию. Гарантией является качество исполнения, т.е. если Вы сдали свою контрольную на проверку и там обнаружились неточности или ошибки – пишите нам и мы в кратчайшие сроки эти ошибки устраняем. Как правильно сделать запрос на онлайн помощь? Полный ответ на этот вопрос постараемся дать ниже. Чтобы Ваши задачи быстро оценили, не переоценили сложность и быстро их оформили к сдаче — Вам нужно придерживаться следующих принципов:

1. Присылать задачки в читаемом виде, это может быть как рукопись, так и электронный документ, можете нарисовать Ваши задания даже в Paint, лиж бы они были читаемыми.

2. Указать вид оформления, это может быть рукопись или вариант машинописной работы, могут быть особые требования или условия, все это влияет на сроки и стоимость.

3. Подробность решения контрольных. Если про подробность Вы ничего не указываете в Вашей работе – по умолчанию она будет выполнена в стандартном виде.

4. Очень важным моментом составлени запроса на помощь — является прикрепление методических материалов. Это может помочь как в скорости исполнения, так и оформлении, а иногда даже в его подробности. А еще Вы можете Заказать решение электротехники или Физику РГР и курсовые.

5. Нам может помочь даже список рекомендуемой литературы, иногда встречаются контрольные работы, решение которых просто невозможно выполнить без рекомендуемого списка литературы, т.к. там очень специфические задания.

6. Последним важным пунктом является грамотное указание сроков выполнения. Экспресс выполнение работ и задач более сложное мероприятие, ведь при таком виде выполнения смазывается время суток. А это значит, что мы работаем даже ночью и в праздничные дни, следовательно, эта работа удорожается. Не срочная помощь – это помощь, обычно, в пределах 2-5 дней. Несрочными являются все заказы, если об этом Вы не сообщили отдельно.

Иногда возникают потребности у студентов медицинских ВУЗов такие как написать уравнение реакции, провети анали полученного вещества. И эти трудности могут быть и по химии и биологии. В этом случае мы готовы прийти Вам на помощь. Мы выполняем как контрольные по био-, так и по фармацевтической химии.

Решение контрольных работ по химии на заказ в санкт-Петербурге (Спб).

Принимаем к оплате

Выполним на заказ

Решение контрольных работ по химии на заказ

Если вам требуется быстрое и качественное решение контрольных по химии или нужно выполнить задания, пройти тесты, но времени и возможности нет или же просто не можете разобраться со сложной темой самостоятельно наши сотрудники рады вам помочь. В нашем коллективе большой и разнообразный штат сотрудников, которые справляются с самыми сложными заданиями технических и гуманитарных вузов. У нас есть учителя и преподаватели химии, которые оказывают качественную и оперативную помощь в любом возникшем вопросе.

Решение контрольных работ по химии на заказ – сегодня реальная услуга для нашей компании. Мы несем ответственность за выполнение и отменное оформление в компьютерном редакторе текстов. Наши специалисты постараются найти подход к каждому клиенту.

Студент или школьник имеет возможность заказать контрольную работу по химии с полным решением заданий, или же частичную помощь в сложных вопросах. Вот наши гарантии, которые мы обещаем предоставить:

— правильность решения. Наша команда включает специалистов, которые действительно разбираются в данном предмете;

— индивидуальное оформление. Мы не делаем контрольные работы совершенно одинаковыми;

— быстрые сроки выполнения;

— доступная цена;

— честность и открытость. Наши сотрудники обсудят с вами все интересующие вас вопросы;

— гарантия. Мы несем ответственность за то, что делаем. Для нас честное сотрудничество очень важно — оно отражается на нашей дальнейшей работе;

— удобство в сотрудничестве. С нами связаться в дни, когда интернет есть почти в каждой квартире, не составит большого труда. Способы оплаты у нас осуществляются несколькими способами: как с помощью электронных переводов через веб-кошельки, так и благодаря банковским перечислениям.

В итоге у Нас:

Низкая стоимость услуг.
Короткие сроки выполнения.
Антиплагиат — 100% Уникальность.
Проверка Ваших работ.

Закажите звонок

Заказать контрольную работу по химии, доступные цены

Как решить задания контрольной работы по предмету Химия

При выполнении контрольных работ по химическим связям, реакциям и на другие подобные темы, внимательно записывайте формулы, не допуская фактических ошибок и опечаток. Соблюдайте требования, указанные в методических пособиях, касательно оформления, чтобы учитель увидел не только ваши знания, но и старательность. При написании, желательно использовать конспект, который вы вели на лекциях, и литературу, рекомендованную преподавателем.

Помощь в контрольных работах по химии для студентов вуза

Чтобы самостоятельно сделать контрольную работу по химии по темам, которые охватывают вопросы строения вещества, химических систем, закономерностей протекания химических процессов, студенту предстоит:

внимательно изучать содержание учебников и методических пособий;
регулярно посещать лекции по дисциплине;
записывать все важные тезисы, высказанные преподавателем;
использовать правила русского языка, не допуская грамматических ошибок.

Если вам не достаточно времени на подготовку или есть какие-либо другие сложности, обращайтесь к специалистам компании «Заочник». Мы будем рады предоставить свою помощь, и вы получите за контрольную долгожданный зачёт.

Как купить контрольную работу по курсу «Общая и неорганическая химия»

Мы работаем строго по индивидуальным заказам наших клиентов. Каждая контрольная работа от «Заочника» является:

уникальной;
содержательной;
структурированной;
грамотной.

Заказать контрольную работу по дисциплине «Химия» базового или профильного уровня вы можете, не выходя из дома. Мы предоставляем услуги в режиме онлайн и принимаем заявки круглосуточно.

Сколько стоит решить контрольную по химии

Мы выбираем исполнителей, в зависимости от уровня сложности задач и вопросов. С некоторыми работами могут справиться студенты старших курсов профильных вузов. Но при повышенной сложности приходится привлекать преподавателей и представителей научного сообщества, которые требуют высоких гонораров.

Второй важный фактор – срок. Если написать контрольную нужно срочно, это будет стоить дороже. Имеет значение и объем работы, которую предстоит выполнить. В каждом случае мы стараемся минимизировать цены, чтобы студентам наши услуги обходились недорого. Для уточнения информации и оформления заказа в любое время обращайтесь к нашим менеджерам.

11.1: Управление с обратной связью — Engineering LibreTexts

Введение

Существует множество различных механизмов управления, которые можно использовать как в повседневной жизни, так и в химической инженерии. Две общие схемы управления, обе из которых охватывают друг друга, — это управление с обратной связью и управление с прямой связью. Управление с обратной связью — это механизм управления, который использует информацию измерений для управления переменной для достижения желаемого результата. Упреждающее управление, также называемое упреждающим контролем, представляет собой механизм управления, который прогнозирует эффекты измеренных возмущений и предпринимает корректирующие действия для достижения желаемого результата.Основная цель этой статьи — объяснить применение, преимущества и недостатки управления с обратной связью.

Управление с обратной связью используется в самых разных ситуациях повседневной жизни, от простых домашних термостатов, поддерживающих заданную температуру, до сложных устройств, поддерживающих положение спутников связи. Управление с обратной связью также происходит в естественных ситуациях, например, при регулировании уровня сахара в крови в организме. Управление с обратной связью даже использовалось более 2000 лет назад греками, которые изготовили такие системы, как поплавковый клапан, регулирующий уровень воды.Сегодня эта же идея используется для контроля уровня воды в котлах и резервуарах.

Управление с обратной связью

При управлении с обратной связью контролируемая переменная измеряется и сравнивается с заданным значением. Эта разница между фактическим и желаемым значением называется ошибкой. Управление обратной связью манипулирует вводом в систему, чтобы минимизировать эту ошибку. На рисунке \ (\ PageIndex {1} \) показан обзор основного контура управления с обратной связью. Ошибка в системе будет Выход — желаемый результат. Управление обратной связью реагирует на систему и работает, чтобы минимизировать эту ошибку. Желаемый результат обычно вводится в систему через пользовательский интерфейс. Выход системы измеряется (расходомером, термометром или аналогичным прибором), и рассчитывается разница. Эта разница используется для управления входами системы, чтобы уменьшить ошибку в системе.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Контур управления обратной связью (адаптировано из Lee, Newell, and Cameron 1998: 6)

Чтобы понять принцип управления обратной связью, рассмотрите рисунок \ (\ PageIndex {2} \). для выпекания печенья необходимо предварительно разогреть электрическую духовку до 350 ° F.После установки желаемой температуры датчик снимает показания внутри духовки. Если температура духовки ниже установленной, на нагреватель отправляется сигнал на включение, пока духовка не нагреется до желаемой температуры. В этом примере регулируемая переменная (температура духовки) измеряется и определяет, как нужно управлять входной переменной (нагрев в духовке) для достижения желаемого значения.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Управление с обратной связью в электрической духовке (адаптировано из Lee, Newell, and Cameron 1998: 6)

Управление с обратной связью также можно продемонстрировать на примере человеческого поведения.Например, если человек выйдет на улицу зимой в Мичигане, он или она испытают падение температуры на коже. Мозг (контроллер) получает этот сигнал и генерирует двигательное действие, чтобы надеть куртку. Это сводит к минимуму несоответствие между температурой кожи и физиологической уставкой человека. Пример показан ниже:

Существует два типа управления с обратной связью: отрицательная и положительная. Отрицательная обратная связь является наиболее полезным типом управления, поскольку обычно помогает системе приблизиться к состоянию равновесия.С другой стороны, положительная обратная связь может увести систему из состояния равновесия, что сделает ее нестабильной и даже потенциально может привести к неожиданным результатам. Если явно не указано иное, термин «контроль с обратной связью» чаще всего относится к отрицательной обратной связи.

Отрицательная обратная связь

По определению, отрицательная обратная связь — это когда изменение (увеличение / уменьшение) какой-либо переменной приводит к противоположному изменению (уменьшению / увеличению) второй переменной. Это показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \), где цикл представляет собой изменение в сторону плюса, которое вызывает коррекцию в сторону минуса, и наоборот.Отрицательная обратная связь приводит к ситуации жесткого управления, в результате чего корректирующее действие, предпринимаемое контроллером, вынуждает регулируемую переменную приближаться к заданному значению, таким образом заставляя систему колебаться вокруг равновесия.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Отрицательная обратная связь: поддержание равновесия и конвергенции

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \) показывает механизм отрицательной обратной связи между популяцией уток и уровнем смертности уток. Для данного стада мы говорим, что если уровень смертности увеличится, то количество уток уменьшится.Напротив, если утиное стадо увеличится, его смертность снизится.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Петля отрицательной обратной связи популяции уток

Положительная обратная связь

В отличие от отрицательной обратной связи, положительная обратная связь — это когда изменение (увеличение / уменьшение) некоторой переменной приводит к последующему аналогичному изменению (увеличению / уменьшению) второй переменной. В некоторых случаях положительная обратная связь приводит к нежелательному поведению, когда система отклоняется от равновесия.Это может привести к тому, что система либо убежит в бесконечность, рискуя расширением или даже взрывом, либо убежит к нулю, что приведет к полному блокированию действий (рис. \ (\ PageIndex {5} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Положительная обратная связь: экспоненциальный рост и дивергентное поведение, без промежуточной ситуации

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \) показывает механизм обратной связи, ответственный за рост утиного стада посредством рождения. В этом примере мы рассматриваем две системные переменные: рождаемость уток и популяция уток.Для данного стада мы заявляем, что если рождаемость увеличится, то и стая уток будет увеличиваться. Точно так же, если стая уток увеличивается, рождаемость стада увеличивается.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Петля положительной обратной связи по популяции уток

Приложения

Механизмы управления используются для достижения желаемой мощности или рабочего состояния. В частности, управление с обратной связью является полезным механизмом во многих приложениях во многих областях техники. В химической инженерии управление с обратной связью обычно используется для управления и стабилизации условий CSTR.На рисунке \ (\ PageIndex {7} \) показано, как можно эффективно использовать управление с обратной связью для стабилизации концентраций реагентов в CSTR путем регулирования скорости потока.

CSTR с управлением обратной связью

Для управления условиями в CSTR можно использовать несколько типов управления с обратной связью: положительная обратная связь, отрицательная обратная связь или их комбинация. Рисунок \ (\ PageIndex {7} \) иллюстрирует каждую из этих возможных ситуаций. Как показано ниже, каждый CSTR оснащен двумя электродами, которые измеряют напряжение раствора, содержащегося внутри реактора.Компьютер регулирует расход насоса (ов) в ответ на любые изменения напряжения.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): CSTR с управлением по обратной связи: оборудование и конфигурация управления (Дольник и др., 1997)

(a) Все реагенты закачиваются в реактор одним и тем же насосом. Скорость потока через насос постоянно регулируется механизмом отрицательной обратной связи; когда уровень раствора йодида низкий, компьютер обнаруживает недостаточность и увеличивает скорость потока всех реагентов.
(b) Раствор йодида закачивается в реактор одним насосом, а два других реагента закачиваются с постоянной скоростью. Расход раствора йода регулируется механизмом отрицательной обратной связи; когда компьютер обнаруживает недостаточное количество йода в CSTR, он подает сигнал помпе. Поэтому расход йода в CSTR увеличивается.
(c) Для подачи в реактор используются два насоса: один для раствора йода и один для растворов ClO ₂ и H ⁺.Поток раствора йода регулируется механизмом отрицательной обратной связи; если компьютер обнаруживает дефицит йода, он подает сигнал насосу 2, чтобы увеличить скорость потока раствора йодида. Расход растворов ClO ₂ и H ⁺ регулируется механизмом положительной обратной связи; если компьютер обнаруживает дефицит йодида, он подает сигнал Насосу 1 на уменьшение расхода ClO ₂ и H ⁺, тем самым увеличивая концентрацию йодида.

Легко видеть, что путем комбинирования элементов управления обратной связью, таких как на рисунке \ (\ PageIndex {1c} \), выходные концентрации и рабочие условия могут поддерживаться в желаемом состоянии намного более эффективно, чем при использовании только одного типа обратной связи. контроль.

Преимущества и недостатки

Уникальная архитектура управления с обратной связью имеет множество преимуществ и недостатков. Перед тем, как определить, какой тип управления будет лучшим выбором, важно посмотреть, в каком именно приложении будет использоваться элемент управления (см. «Системы каскадного управления» и «Управление с прямой связью»).

Преимущества: Преимущества управления с обратной связью заключаются в том, что управление с обратной связью получает данные на выходе процесса.По этой причине система управления учитывает непредвиденные возмущения, такие как потери на трение и давление. Архитектура управления с обратной связью обеспечивает желаемую производительность, изменяя входные данные сразу после обнаружения отклонений, независимо от того, что вызвало помехи. Дополнительным преимуществом управления с обратной связью является то, что путем анализа выходных данных системы можно стабилизировать нестабильные процессы. Управление с обратной связью не требует детального знания системы и, в частности, не требует математической модели процесса.Элементы управления обратной связью можно легко дублировать из одной системы в другую. Система управления с обратной связью состоит из пяти основных компонентов: (1) вход, (2) управляемый процесс, (3) выход, (4) чувствительные элементы и (5) контроллер и исполнительные устройства. Последнее преимущество управления с обратной связью проистекает из способности отслеживать выходные данные процесса и, таким образом, отслеживать общую производительность системы.

Недостатки: Запаздывание в системе является основным недостатком управления с обратной связью.При управлении с обратной связью отклонение процесса, возникающее в начале процесса, не будет распознано до выхода процесса. Затем система управления с обратной связью должна будет скорректировать входные данные процесса, чтобы исправить это отклонение. Это приводит к возможности существенного отклонения на протяжении всего процесса. Система могла пропустить нарушение выходного сигнала процесса, и ошибка могла продолжаться без корректировки. Как правило, контроллеры с обратной связью принимают входные данные только от одного датчика. Это может быть неэффективным, если есть более прямой способ управления системой с использованием нескольких датчиков.Вмешательство оператора обычно требуется, когда контроллер с обратной связью оказывается не в состоянии поддерживать стабильное управление с обратной связью. Поскольку управление реагирует на возмущение после его возникновения, идеальное управление системой теоретически невозможно. И, наконец, управление с обратной связью не предполагает прогнозируемых управляющих действий в отношении эффектов известных помех.

Управление по замкнутому циклу в сравнении с управлением по разомкнутому циклу

Несмотря на то, что существуют различные типы контроллеров, большинство из них можно сгруппировать в одну из двух широких категорий: контроллеры с обратной связью и контроллеры без обратной связи.В подразделах ниже резюмируются различия.

Система с замкнутым контуром

В системе управления с обратной связью входная переменная регулируется контроллером, чтобы минимизировать ошибку между измеренной выходной переменной и ее уставкой. Эта конструкция управления является синонимом управления с обратной связью, при котором отклонения между измеряемой переменной и заданным значением передаются обратно в контроллер для создания соответствующих управляющих воздействий. Контроллер C принимает разницу e между заданным значением r и выходным сигналом для изменения значения вводит u в систему.Это показано на рисунке ниже. Выход системы y возвращается на датчик, а измеренные выходы переходят к опорному значению

Система с открытым контуром

С другой стороны, любая система управления, которая не использует информацию обратной связи для настройки процесса, классифицируется как управление без обратной связи. При управлении без обратной связи контроллер принимает одну или несколько измеряемых переменных для создания управляющих воздействий на основе существующих уравнений или моделей. Рассмотрим реактор CSTR, которому необходимо поддерживать заданную температуру реакции с помощью потока пара (рисунок \ (\ PageIndex {8} \)): датчик температуры измеряет температуру продукта, и эта информация отправляется на компьютер для обработки.Но вместо вывода настройки клапана с использованием погрешности температуры компьютер (контроллер) просто вставляет информацию в заранее определенное уравнение, чтобы достичь настройки выходного клапана. Другими словами, настройка клапана — это просто функция температуры продукта.

Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): Пример контроллера разомкнутого цикла CSTR. (A) Схема системы. (B) Открытый контур управления.

Обратите внимание, что контроллер разомкнутого контура использует только текущее состояние измеряемой переменной (температура продукта) и модель для генерации своего управляющего выхода (настройки клапана), в отличие от ошибок мониторинга, которые уже произошли.В результате качество системы управления полностью зависит от точности реализованной модели, которую сложно разработать. По этой причине контроллеры с обратной связью или замкнутым контуром обычно считаются более надежной системой управления.

Краткая информация о контроллерах с замкнутым и разомкнутым контуром

Контроллер обратной связи = Контроллер с обратной связью
Контроллер без обратной связи = Контроллер с разомкнутым контуром

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Ваша компания проектирует завод по производству биодизеля.Для некоторых технологических процессов требуется нагретая вода с жестким контролем температуры. Желаемая температура воды 65 ° C ± 1 ° C. Для этого в кожухотрубном теплообменнике будет использоваться пар для нагрева поступающей воды.

Член проектной группы предлагает следующую систему управления с прямой связью для регулирования температуры водного потока. Данные о температуре и расходе для входящих потоков пара и воды будут использоваться вместе с расчетами энергетического баланса для определения расхода пара, необходимого для поддержания соответствующей температуры выходящего потока воды.

Вы же предлагаете систему управления с обратной связью. Разместите соответствующие датчики, исполнительные механизмы и контроллеры, чтобы реализовать систему управления с обратной связью, которая позволит контролировать температуру воды на выходе. Каковы некоторые преимущества и недостатки использования системы управления с обратной связью по сравнению с системой управления с прямой связью?

Решение

В системе управления с обратной связью температура регулируемой переменной измеряется напрямую.Если температура воды на выходе слишком высока, контроллер уменьшит количество пара, поступающего в кожух теплообменника. Аналогичным образом, если температура воды на выходе слишком низкая, контроллер увеличит количество пара, входящего в кожух теплообменника. Это пример отрицательной обратной связи при работе по поддержанию температуры на выходе на заданном уровне.

Преимущества

Действует независимо от источника помех.
Относительно простой в реализации. Математическая модель температуры воды на выходе не нужна.

Недостатки

Корректирующее действие выполняется только после отклонения выходного сигнала от заданного значения.
Может вызвать нестабильность при неправильной настройке

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Из следующих двух сценариев, в каком из следующих сценариев лучше всего использовать управление с обратной связью?

Решение
- Система управления с прямой связью или с прямой связью / обратной связью наиболее подходит для первого сценария.В этой ситуации критически важно, чтобы pH потока отходов не опускался ниже заданного значения pH 6. Также желательно минимизировать использование извести, поскольку это снижает стоимость обработки отходов. Поэтому желательно очень жесткое управление процессом, для которого наиболее подходящей была бы система с прямой связью или с прямой связью / обратной связью. Система с прямой связью может приспосабливаться к изменениям входных данных до того, как они вызовут отклонения в выходном потоке. Кроме того, поскольку существуют важные колебания двух входных параметров процесса (изменения pH как в известковой суспензии, так и в кислых отходах), упреждающее управление будет предпочтительнее управления с обратной связью.
- Управление с обратной связью было бы наиболее полезным для второго сценария. Есть только одна контролируемая переменная (концентрация восстановленного вина) и только одна регулируемая переменная (пар). Поскольку незначительные колебания заданного значения концентрации вина не являются критическими, производительность типичной системы управления с обратной связью будет приемлемой. Было бы сложно реализовать систему управления с прямой связью, поскольку концентрация вина, подаваемого в испаритель, может колебаться и не отслеживается.

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

При использовании кожухотрубного теплообменника поток топлива предварительно нагревается потоком пара из коммунальной части установки. Завод расположен в Анн-Арборе, штат Мичиган. Первоначально реализован контроллер с обратной связью для управления количеством пара, поступающего в кожухотрубный теплообменник, в зависимости от температуры потока, выходящего из теплообменника. Это изображено ниже.

При внедрении в процесс было обнаружено, что температура сырья не была единственным фактором изменения выходного потока.Поскольку завод работает в Мичигане, температура пара меняется в зависимости от сезона: холоднее зимой и теплее летом. Предложите схему управления для учета обоих этих отклонений.

Решение

Здесь схема каскадного управления была бы оптимальной для регулирования температуры потока на выходе до желаемой температуры, а не только регулятор с обратной связью. Схема изображена ниже.

Управление с обратной связью, ранее использовавшееся для управления системой, все еще реализовано, однако теперь оно передается контроллеру потока перед парорегулирующим клапаном.Кроме того, теперь в схему управления включен терморегулятор. Это контроллер с прямой связью, который также управляет регулятором потока для парорегулирующего клапана. Таким образом, первичные контуры управления, контуры управления с прямой связью и обратной связью составляют вторичный контур управления в каскадном управлении. Это включает в себя как температуру входящего потока сырья, которая контролируется с помощью управления с обратной связью через датчик температуры после теплообменника. Это связано с тем, что температура выходящего потока будет изменяться в зависимости от температуры входящего потока, если бы поток пара не учитывался.Но учет температуры парового потока с помощью контроллера прямой связи, который основан на датчике температуры перед регулирующим клапаном, даст лучшее приближение и больший контроль над температурой выходящего потока. Это также очень хороший пример объединения нескольких архитектур управления и того, как они работают в реальном приложении, и почему контроллер с обратной связью не обязательно является наиболее точным средством управления.

Пример \ (\ PageIndex {4} \)

Система смешения используется для смешивания технологического потока (поток 1, чистый A) с жидким катализатором (поток 2, чистый B).Затем смесь поступает в реактор. Расход потока 1 (f1) может изменяться, но можно управлять расходом потока 2 (f2). Скорость истечения из реактора (f3) также можно регулировать с помощью насоса. Уровень измеряется датчиком уровня, который отправляет свой сигнал на контроллер уровня. Все три скорости потока можно измерить, но измерить состав потоков невозможно. Для того, чтобы контролировать уровень танка, у инженера есть два варианта:

манипулировать f2, удерживая f3 постоянной
манипулировать f3 при постоянном f2

Может ли метод (i) использовать управление уровнем с прямой или обратной связью? Если да, объясните, как это можно сделать.

Может ли метод (ii) использовать управление уровнем с прямой или обратной связью? Если да, объясните, как это можно сделать.

Решение

Для конфигурации (i)

Обратная связь: если вы измеряете h, когда он растет, вы можете уменьшить f2, а когда он падает, вы можете увеличить f2
Обратная связь: если вы измеряете f1, когда она растет, вы можете уменьшить f2, а когда она падает, вы можете увеличивать f2. Вы косвенно контролируете h из-за баланса массы.

Для конфигурации (ii)

Обратная связь: если вы измеряете h, когда он растет, вы можете увеличивать f3, а когда он уменьшается, вы можете уменьшать f3.
Обратная связь: если вы измеряете f1, когда оно растет, вы можете уменьшить f3, а когда оно падает, вы можете уменьшить f3.

Эта задача была предназначена для изучения различных стратегий для конфигураций управления как с обратной связью, так и с прямой связью. Кроме того, он демонстрирует, как управление управляемыми переменными (либо f2 для конфигурации (i), либо f3 для конфигурации (ii)) влияет на желаемый результат (поддержание постоянной высоты резервуара).

Меры контроля при оценке опасности

Средства инженерного контроля

Хотя устранение и замена являются отдельными средствами контроля в иерархии мер контроля, они также считаются инженерными средствами контроля, поскольку предназначены для удаления опасного источника до того, как работник вступит в контакт. Другие формы инженерного контроля включают:

Изоляция
Уменьшите или устраните опасности путем разделения во времени или пространстве.(Может быть особенно полезно в общем лабораторном пространстве, где используются разные типы химикатов.)
Корпус
Поместите материал или процесс в закрытую систему.
Транспорт
Перемещайте опасные материалы в места, где меньше рабочих.
Защита и защита
Установите ограждения для защиты от движущихся частей или электрических соединений.
Экранирование обеспечивает защиту от возможных взрывов
Вентиляция
Используйте вытяжные шкафы, вентиляторы, воздуховоды и воздушные фильтры.

Административный контроль

В то время как технический контроль направлен на устранение опасностей, административный контроль направлен на минимизацию воздействия на лабораторного работника. Административный контроль — это существующие правила и протоколы безопасности, которым должны следовать сотрудники лаборатории. Ниже приведены примеры административного контроля:

Средства индивидуальной защиты (СИЗ)

Даже несмотря на то, что иерархия мер контроля указывает на то, что СИЗ являются наименее эффективными из мер контроля, их следует обязательно использовать в случае неудачи других мер контроля.Успех СИЗ частично зависит от того, действительно ли сотрудники лаборатории используют их.

Очки для глаз, средства защиты органов слуха и защитная одежда (например, лабораторные халаты и перчатки) являются наиболее узнаваемыми и наиболее часто используемыми СИЗ в лаборатории.

СИЗ всегда необходимы и особенно важны в следующих обстоятельствах:

Когда технический контроль невозможен или не устраняет опасность полностью;
В качестве временного контроля при разработке технических средств контроля;
В экстренных ситуациях.

Температура и скорость химической реакции | Глава 6: Химические изменения

Тебе это нравится? Не любить это? Найдите минутку, чтобы поделиться с нами своим мнением. Спасибо!

Урок 6.4

Ключевые понятия

Реагенты должны двигаться достаточно быстро и достаточно сильно ударить друг друга, чтобы произошла химическая реакция.
Повышение температуры увеличивает среднюю скорость молекул реагента.
По мере того, как все больше молекул движется быстрее, количество молекул, движущихся достаточно быстро, чтобы реагировать, увеличивается, что приводит к более быстрому образованию продуктов.

Сводка

Учащиеся приготовят те же два прозрачных бесцветных раствора (раствор пищевой соды и раствор хлорида кальция) из Урока 3. Они помогут спланировать эксперимент, чтобы увидеть, влияет ли температура растворов на скорость их реакции.Затем студенты попытаются объяснить на молекулярном уровне, почему температура влияет на скорость реакции.

Объектив

Учащиеся смогут определять и контролировать переменные для разработки эксперимента, чтобы увидеть, влияет ли температура на скорость химической реакции. Студенты смогут объяснить на молекулярном уровне, почему температура реагентов влияет на скорость реакции.

Оценка

Загрузите лист активности учащегося и раздайте по одному каждому учащемуся, если это указано в задании.Лист упражнений будет служить компонентом «Оценить» каждого плана урока 5-E.

Безопасность

Убедитесь, что вы и ученики носите правильно подогнанные очки.

Материалы для демонстрации

Горячая вода в изолированном стакане
Ледяная вода в изолированном стакане
2 светящиеся палочки

Материалы для каждой группы

Пищевая сода
Хлорид кальция
Вода
Цилиндр градуированный
Весы или мерная ложка (чайная ложка)
2 широких прозрачных пластиковых стакана (9 унций)
4 маленьких прозрачных пластиковых стакана
2 пластиковых контейнера для деликатесов
Горячая вода (40–50 ° C)
Холодная вода (0–5 ° C)
Малярная лента
Ручка

Проведите демонстрацию светящихся палочек, чтобы представить идею о том, что температура может влиять на скорость химической реакции.
Вопрос для расследования
Как нагревание или охлаждение светящейся палочки влияет на ее химическую реакцию?
Материалы для демонстрации
- Горячая вода в изолированном стакане
- Ледяная вода в изолированном стакане
- 2 светящиеся палочки
Подготовка учителей
Не включайте светящиеся палочки, когда готовитесь к демонстрации.Поместите одну светящуюся палочку в горячую воду, а другую — в ледяную до прихода учеников. Перед демонстрацией светящиеся палочки должны быть в воде как минимум за пару минут.
Скажите студентам, что вы нагрели одну светящуюся палочку и охладили другую.
Спросите студентов:
Как запустить светящуюся палочку?
Согните палку, пока не услышите хлопок.
Что делать, если вы хотите, чтобы ваша светящаяся палочка прослужила дольше?
Поместите светящуюся палочку в морозильную камеру, когда вы ее не используете.
Объясните: когда ученики сгибают палку, чтобы запустить ее, они ломают небольшой контейнер, наполненный химическим веществом, внутри световой палки. После разрушения химические вещества, которые были разделены, объединяются и вступают в реакцию друг с другом. Если положить светящуюся палочку в морозильную камеру, чтобы она прослужила дольше, температура может иметь какое-то отношение к скорости химической реакции.
Процедура
1. Удалите светящиеся палочки как из горячей, так и из холодной воды.
2. Попросите двух учеников согнуть и включить светящиеся палочки.
3. Покажите студентам обе светящиеся палочки и спросите их, что они наблюдают. Вы можете разносить палки по классу, чтобы они почувствовали разницу в температуре.
Ожидаемые результаты
Теплый светящийся стержень будет ярче холодного.
Спросите студентов:
Как узнать, происходит ли химическая реакция быстрее или медленнее в каждой светящейся палочке?
Теплая светящаяся палочка ярче, поэтому химическая реакция может протекать быстрее.Холодная светящаяся палочка не такая яркая, поэтому химическая реакция может протекать медленнее.
Некоторые люди кладут светящиеся палочки в морозильную камеру, чтобы они прослужили дольше. Как вы думаете, почему это работает?
Химическая реакция, происходящая в световой палке, в холодном состоянии протекает медленнее.
Считаете ли вы, что использование более теплых реагентов увеличивает скорость других химических реакций? Почему?
Разумно думать, что температура влияет на скорость других химических реакций, потому что температура влияет на эту реакцию.
Спросите студентов, как они могут поставить эксперимент, чтобы выяснить, влияет ли температура реагентов на скорость реакции.
Обсудите со студентами химические реакции, которые они провели на последнем уроке. Они объединили раствор хлорида кальция с раствором пищевой соды. Они увидели, что при объединении растворов образовывались твердое вещество и газ. Скажите учащимся, что они согреют и охладят раствор хлорида кальция и раствор пищевой соды, чтобы выяснить, влияет ли температура на скорость химической реакции.
Спросите студентов:
Сколько наборов решений мы должны использовать?
Учащиеся должны использовать два набора: один с подогревом, а другой с охлаждением. Скажите студентам, что они будут использовать ванны с горячей и холодной водой, как в демонстрации, для нагрева и охлаждения растворов.
Должны ли нагретые образцы раствора пищевой соды и раствора хлорида кальция быть такими же, как охлажденные образцы?
Да.Следует использовать образцы того же раствора и такое же количество холодного раствора, что и теплого раствора.
В демонстрации светящейся палочки мы могли бы сказать, что реакция происходила быстрее, если бы свет был ярче. Как мы можем узнать, происходит ли реакция в этой химической реакции быстрее?
Химическая реакция происходит быстрее, чем больше продукции производится. Мы должны искать больше пузырьков (двуокиси углерода) и большего количества белого осадка (карбонат кальция).
Попросите учащихся нагреть пару реагентов и охладить другую и сравнить количество продуктов в каждой реакции.
Вопрос для расследования
Влияет ли температура реагентов на скорость химической реакции?
Материалы для каждой группы
- Пищевая сода
- Хлорид кальция
- Вода
- Цилиндр градуированный
- Весы или мерная ложка (½ чайной ложки)
- 4 маленьких пластиковых стакана
- 2 пластиковых контейнера для деликатесов
- Горячая вода (около 50 ° C)
- Холодная вода (0–5 ° C)
- Малярная лента
- Ручка
Процедура
1. Приготовьте раствор пищевой соды
  1. Используйте малярную ленту и ручку, чтобы промаркировать 2 небольших пластиковых стаканчика с раствором пищевой соды и 2 небольших пластиковых стаканчика с раствором хлорида кальция.
  2. С помощью градуированного цилиндра добавьте 20 мл воды в одну из чашек с раствором пищевой соды.
  3. Добавьте 2 г (около ½ чайной ложки) пищевой соды в воду в чашке с этикеткой. Взбивайте, пока не растворится как можно больше пищевой соды. (На дне чашки может быть нерастворенная пищевая сода.)
  4. Налейте половину раствора пищевой соды в другую чашку с раствором пищевой соды.
2. Приготовьте раствор хлорида кальция
  1. С помощью градуированного цилиндра добавьте 20 мл воды в одну из чашек с раствором хлорида кальция.
  2. Добавьте 2 г (около ½ чайной ложки) хлорида кальция в воду в чашке с этикеткой. Помешивайте, пока хлорид кальция не растворится.
  3. Налейте половину вашего раствора хлорида кальция в другую чашку с раствором хлорида кальция.
3. Нагрев и охлаждение растворов
  1. Налейте горячую воду в одну пластиковую емкость, а холодную — в другую, пока каждая емкость не будет заполнена примерно на.Вода не должна быть очень глубокой. Это ваши ванны с горячей и холодной водой.
  2. Поместите в горячую воду одну чашку раствора пищевой соды и одну чашку раствора хлорида кальция. Осторожно покрутите чашки в воде примерно 30 секунд, чтобы нагреть растворы.
  3. Ваш партнер должен поместить и подержать одну чашку раствора пищевой соды и одну чашку раствора хлорида кальция в холодной воде. Осторожно покрутите чашки в воде примерно 30 секунд, чтобы охладить растворы.
4. Объедините решения
  1. В то же время вы и ваш партнер должны комбинировать два теплых решения друг с другом и два холодных решения друг с другом.
Ожидаемые результаты
Теплые растворы реагируют немедленно и намного быстрее, чем холодные. В объединенных теплых растворах быстро появятся пузырьки и частицы белого твердого вещества.Холодные растворы станут мутно-серыми и останутся такими на некоторое время. Со временем объединенные растворы постепенно станут белыми и пузырьками, и появятся частицы белого твердого вещества.
Обсудите наблюдения студентов.
Спросите студентов:
Влияет ли температура реагентов на скорость химической реакции?
Да. Теплые растворы реагируют намного быстрее, чем холодные.
Покажите студентам, что более быстро движущиеся молекулы в теплых реагентах ударяют друг друга с большей энергией и, следовательно, с большей вероятностью вступят в реакцию.
Спросите студентов:
Как вы думаете, почему на молекулярном уровне теплые растворы реагируют быстрее, чем холодные?
Объясните учащимся, что для реакции молекул реагентов им необходимо контактировать с другими молекулами реагентов с достаточной энергией для того, чтобы определенные атомы или группы атомов разошлись и рекомбинировали, чтобы образовать продукты.Когда реагенты нагреваются, средняя кинетическая энергия молекул увеличивается. Это означает, что больше молекул движутся быстрее и сталкиваются друг с другом с большей энергией. Если большее количество молекул сталкивается друг с другом с достаточной энергией для реакции, скорость реакции увеличивается.
Спроецируйте анимацию. Молекулы сталкиваются и реагируют.
Укажите, что более медленно движущиеся молекулы ударяются и отскакивают, не реагируя. Но более быстро движущиеся молекулы ударяют друг друга с достаточной энергией, чтобы разорвать связи и отреагировать.
Представьте идею о том, что для протекания некоторых химических реакций необходимо добавлять энергию.
Сообщите студентам, что реакция между раствором пищевой соды и раствором хлорида кальция происходит при комнатной температуре. Студенты увидели, что скорость реакции можно ускорить, если реагенты нагреть, и замедлить, если реагенты охладить.
Объясните, что существует много реакций, которые вообще не происходят при комнатной температуре.Чтобы эти реакции произошли, реагенты необходимо нагреть. Когда они нагреваются, у реагентов достаточно энергии для реакции. Часто, как только реакция началась, энергии, произведенной самой реакцией, достаточно, чтобы она продолжалась.
Спроецируйте видео Вулкан из дихромата аммония из Chemistry Comes Alive, Volume 1.
Скажите студентам, что для начала этой реакции требуется тепло, но выделяется достаточно тепла, чтобы реакция продолжалась. Вы также можете упомянуть студентам, что обычная горящая свеча работает точно так же.Воск свечи и кислород не вступают в реакцию, пока не будет добавлен жар спички. Затем тепло горящего воска обеспечивает тепло, чтобы поддерживать реакцию.

Глава 7 — Растворы — Химия

Глава 7: Растворы A Стехиометрия раствора

7.1 Введение

7.2 Типы решений

7.3 Растворимость

7.4 Температура и растворимость

7.5 Влияние давления на растворимость газов: закон Генри

7,6 Твердые гидраты

7.7 Концентрация раствора

7.7.1 Молярность

7.7.2 Количество частей на решения

7,8 Разведения

7,9 Концентрации ионов в растворе

7.10 Внимание к окружающей среде: загрязнение свинцом

7.11 Резюме

7.12 Ссылки

7.1 Введение:

Напомним из главы 1, что растворов определяются как гомогенные смеси, которые перемешаны так тщательно, что ни один компонент не может наблюдаться независимо от другого. Решения повсюду вокруг нас. Например, воздух — это решение. Если вы живете рядом с озером, рекой или океаном, этот водоем не является чистым H ₂ O, но, скорее всего, является решением.Многие из того, что мы пьем, например газированные напитки, кофе, чай и молоко, являются растворами. Решения — большая часть повседневной жизни. Большая часть химии, происходящей вокруг нас, происходит в растворе. Фактически, большая часть химии, происходящей в нашем собственном организме, происходит в растворах, и многие растворы, такие как раствор лактата Рингера для внутривенного введения, важны для здравоохранения. В нашем понимании химии нам нужно немного разбираться в растворах. В этой главе вы узнаете об особых характеристиках решений, их характеристиках и некоторых их свойствах.

Навыки для развития

Определите эти термины: раствор, растворенное вещество и растворитель.
Различают растворы, смеси и коллоиды.
Опишите различные типы решений.
Различают ненасыщенные, насыщенные и перенасыщенные растворы.

Главный компонент раствора называется растворителем , а второстепенный компонент (ы) называется растворенным веществом . Если оба компонента в растворе составляют 50%, термин «растворенное вещество» может относиться к любому компоненту.Когда газообразный или твердый материал растворяется в жидкости, газ или твердый материал называется растворенным веществом. Когда две жидкости растворяются друг в друге, основной компонент называется растворителем , а второстепенный компонент называется растворенным веществом .

Многие химические реакции протекают в растворах, и растворы также тесно связаны с нашей повседневной жизнью. Воздух, которым мы дышим, жидкости, которые мы пьем, и жидкости в нашем теле — все это решения.Кроме того, нас окружают такие решения, как воздух и вода (в реках, озерах и океанах).

По теме решений мы включаем следующие разделы.

Типы растворов: газообразные, жидкие и твердые растворы в зависимости от состояния раствора.
Стехиометрия раствора: выражение концентрации в различных единицах (масса на единицу объема, моль на единицу объема, процент и доли), расчеты стехиометрии реакции с использованием растворов.
Растворы электролитов: растворы кислот, оснований и солей, в которых растворенные вещества диссоциируют на положительные и отрицательные гидратированные ионы.
Метатезис или обменные реакции: реакция электролитов, приводящая к нейтральным молекулам, газам и твердым веществам.

Решение проблем стехиометрии раствора требует концепций, введенных в стехиометрию в главе 6, которая также обеспечивает основу для обсуждения реакций.

(Вернуться к началу)

7.2 типа решений

В главе 1 вы познакомились с концепцией смеси , которая представляет собой вещество, состоящее из двух или более веществ. Напомним, что смеси могут быть двух типов: гомогенные и гетерогенные, где гомогенные смеси сочетаются настолько тесно, что их можно рассматривать как единое вещество, хотя это не так. С другой стороны, гетерогенные смеси неоднородны и имеют участки смеси, которые отличаются от других участков смеси.Гомогенные смеси можно разделить на две категории: коллоиды и растворы. Коллоид — это смесь, содержащая частицы диаметром от 2 до 500 нм. Коллоиды кажутся однородными по своей природе и имеют одинаковый состав во всем, но являются мутными или непрозрачными. Молоко — хороший пример коллоида. Истинные растворы имеют размер частиц типичного иона или небольшой молекулы (от ~ 0,1 до 2 нм в диаметре) и прозрачны, хотя могут быть окрашены. В этой главе основное внимание будет уделено характеристикам истинных решений.

Материал существует в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Решения также существуют во всех этих состояниях:

Газовые смеси обычно однородны и обычно представляют собой газо-газовые растворы . Для количественной обработки такого типа растворов мы посвятим единицу газам. Атмосфера представляет собой газообразный раствор, состоящий из азота, кислорода, аргона, двуокиси углерода, воды, метана и некоторых других второстепенных компонентов. Некоторые из этих компонентов, такие как вода, кислород и углекислый газ, могут различаться по концентрации в разных местах на Земле в зависимости от таких факторов, как температура и высота над уровнем моря.
Когда молекулы газа, твердого вещества или жидкости диспергированы и смешаны с молекулами жидкости, гомогенные (однородные) состояния называются жидкими растворами . Твердые вещества, жидкости и газы растворяются в жидком растворителе с образованием жидких растворов. В этой главе большая часть химии, которую мы будем обсуждать, происходит в жидких растворах, в которых вода является растворителем.
Многие сплавы, керамика и полимерные смеси представляют собой твердых растворов . В определенном диапазоне медь и цинк растворяются друг в друге и затвердевают с образованием твердых растворов, называемых латунью.Серебро, золото и медь образуют множество различных сплавов, уникальных по цвету и внешнему виду. Сплавы и другие твердые растворы важны в мире химии материалов.

(Вернуться к началу)

7.3 Растворимость

Максимальное количество вещества, которое может быть растворено в данном объеме растворителя, называется растворимостью . Часто растворимость в воде выражается в граммах / 100 мл. Раствор, не достигший максимальной растворимости, называется ненасыщенным раствором . Это означает, что к растворителю все еще может быть добавлено больше растворенного вещества, и растворение все равно будет происходить.

Раствор, достигший максимальной растворимости, называется насыщенным раствором . Если в этот момент добавить больше растворенного вещества, оно не растворится в растворе. Вместо этого он останется в осадке в виде твердого вещества на дне раствора. Таким образом, часто можно сказать, что раствор является насыщенным, если присутствует дополнительное растворенное вещество (оно может существовать в виде другой фазы, такой как газ, жидкость или твердое вещество).В насыщенном растворе нет чистого изменения количества растворенного вещества, но система никоим образом не статична. Фактически растворенное вещество постоянно растворяется и откладывается с одинаковой скоростью. Такое явление называется равновесием . Например:

В особых случаях раствор может быть перенасыщенным . Перенасыщенные растворы — это растворы, в которых растворенные вещества растворяются за пределами нормальной точки насыщения.Обычно для создания перенасыщенного раствора требуются такие условия, как повышенная температура или давление. Например, ацетат натрия имеет очень высокую растворимость при 270 К. При охлаждении такой раствор остается растворенным в так называемом метастабильном состоянии . Однако, когда к раствору добавляют кристалл затравки , дополнительное растворенное вещество быстро затвердевает. В процессе кристаллизации выделяется тепло, и раствор становится теплым. Обычные грелки для рук используют этот химический процесс для выработки тепла.

Видео 7.1: Видео, показывающее кристаллизацию перенасыщенного раствора ацетата натрия. Видео: Школа естественных и математических наук Северной Каролины

Итак, как мы можем предсказать растворимость вещества?

Одна полезная классификация материалов — полярность. Читая о ковалентных и ионных соединениях в главах 3 и 4, вы узнали, что ионные соединения имеют самую высокую полярность, образуя полные катионы и анионы внутри каждой молекулы, поскольку электроны передаются от одного атома к другому.Вы также узнали, что ковалентные связи могут быть полярными или неполярными по природе в зависимости от того, разделяют ли атомы, участвующие в связи, электроны неравномерно или поровну, соответственно. Напомним, что по разнице электроотрицательностей можно определить полярность вещества. Обычно ионная связь имеет разность электроотрицательностей 1,8 или выше, тогда как полярная ковалентная связь составляет от 0,4 до 1,8, а неполярная ковалентная связь составляет 0,4 или ниже.

Рисунок 7.1 Диаграмма разности электроотрицательностей. Диаграмма выше является руководством для определения типа связи между двумя разными атомами. Взяв разницу между значениями электроотрицательности для каждого из атомов, участвующих в связи, можно предсказать тип связи и полярность. Обратите внимание, что полный ионный характер достигается редко, однако, когда металлы и неметаллы образуют связи, они называются в соответствии с правилами ионного связывания.

Вещества с нулевой или низкой разностью электроотрицательности, такие как H ₂, O ₂, N ₂, CH ₄, CCl ₄, являются неполярными соединениями , тогда как H ₂ O, NH ₃, CH ₃ OH, NO, CO, HCl, H ₂ S, PH ₃ Более высокая разность электроотрицательностей составляет полярных соединений .Обычно соединения, имеющие сходную полярность, растворимы друг в друге. Это можно описать правилом:

Like Dissolves Like.

Это означает, что вещества должны иметь одинаковые межмолекулярные силы для образования растворов. Когда растворимое растворенное вещество вводится в растворитель, частицы растворенного вещества могут взаимодействовать с частицами растворителя. В случае твердого или жидкого растворенного вещества взаимодействия между частицами растворенного вещества и частицами растворителя настолько сильны, что отдельные частицы растворенного вещества отделяются друг от друга и, окруженные молекулами растворителя, входят в раствор.(Газообразные растворенные вещества уже отделены от составляющих частиц, но концепция окружения частицами растворителя все еще применима.) Этот процесс называется solvatio n и проиллюстрирован на рисунке 7.2. Когда растворителем является вода, вместо сольватации используется слово гидратация .

Обычно полярные растворители растворяют полярные растворенные вещества, тогда как неполярные растворители растворяют неполярные растворенные вещества. В целом процесс растворения зависит от силы притяжения между частицами растворенного вещества и частицами растворителя.Например, вода представляет собой высокополярный растворитель, способный растворять многие ионные соли. На рис. 7.2 показан процесс растворения, в котором вода действует как растворитель для растворения кристаллической соли хлорида натрия (NaCl). Обратите внимание, что когда ионные соединения растворяются в растворителе, они распадаются на свободно плавающие ионы в растворе. Это позволяет соединению взаимодействовать с растворителем. В случае растворения хлорида натрия в воде ион натрия притягивается к частичному отрицательному заряду атома кислорода в молекуле воды, тогда как ион хлорида притягивается к частичным положительным атомам водорода.

Рисунок 7.2: Процесс растворения. Когда ионная соль, такая как хлорид натрия, показанная на (A), вступает в контакт с водой, молекулы воды диссоциируют ионные молекулы хлорида натрия в их ионное состояние, что показано в виде молекулярной модели в (B) твердого тела. кристаллическая решетка хлорида натрия и (C) хлорид натрия, растворенный в водном растворителе. (Фотография хлорида натрия предоставлена Крисом 73).

Многие ионные соединения растворимы в воде, однако не все ионные соединения растворимы.Ионные соединения, растворимые в воде, существуют в растворе в ионном состоянии. На рис. 7.2 вы заметите, что хлорид натрия распадается на ион натрия и ион хлорида по мере растворения и взаимодействия с молекулами воды. В случае ионных соединений, не растворимых в воде, ионы настолько сильно притягиваются друг к другу, что не могут быть разрушены частичными зарядами молекул воды. Следующая таблица может помочь вам предсказать, какие ионные соединения будут растворимы в воде.

Таблица 7.1 Правила растворимости

Диссоциация растворимых ионных соединений придает растворам этих соединений интересное свойство: они проводят электричество. Из-за этого свойства растворимые ионные соединения называются электролитами . Многие ионные соединения полностью диссоциируют и поэтому называются сильными электролитами . Хлорид натрия — пример сильного электролита.Некоторые соединения растворяются, но диссоциируют лишь частично, и растворы таких растворенных веществ могут лишь слабо проводить электричество. Эти растворенные вещества называются слабыми электролитами . Уксусная кислота (CH ₃ COOH), входящая в состав уксуса, является слабым электролитом. Растворенные вещества, которые растворяются в отдельные нейтральные молекулы без диссоциации, не придают своим растворам дополнительную электропроводность и называются неэлектролитами . Полярные ковалентные соединения, такие как столовый сахар (C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁), являются хорошими примерами неэлектролитов .

Термин электролит используется в медицине для обозначения любых важных ионов, растворенных в водном растворе в организме. Важные физиологические электролиты включают Na ⁺, K ⁺, Ca ² ⁺, Mg ² ⁺ и Cl ^—. Спортивные напитки, такие как Gatoraid, содержат комбинации этих ключевых электролитов, которые помогают восполнить потерю электролитов после тяжелой тренировки.

Аналогичным образом решения могут быть получены путем смешивания двух совместимых жидкостей.Жидкость с более низкой концентрацией называется растворенным веществом , , а жидкость с более высокой концентрацией — растворителем . Например, зерновой спирт (CH ₃ CH ₂ OH) представляет собой полярную ковалентную молекулу, которая может смешиваться с водой. Когда два одинаковых раствора помещаются вместе и могут смешиваться в раствор, говорят, что они смешиваются . С другой стороны, жидкости, которые не имеют сходных характеристик и не могут смешиваться вместе, называются несмешивающимися .Например, масла, содержащиеся в оливковом масле, такие как олеиновая кислота (C ₁₈ H ₃₄ O ₂), имеют в основном неполярные ковалентные связи, которые не имеют межмолекулярных сил, достаточно сильных, чтобы разорвать водородную связь между молекулы воды. Таким образом, вода и масло не смешиваются и считаются несмешивающимися .

Другие факторы, такие как температура и давление, также влияют на растворимость растворителя. Таким образом, при определении растворимости следует также учитывать эти другие факторы.

(Вернуться к началу)

7.4 Температура и растворимость

При рассмотрении растворимости твердых веществ соотношение температуры и растворимости не является простым или предсказуемым. На рис. 7.3 показаны графики растворимости некоторых органических и неорганических соединений в воде в зависимости от температуры. Хотя растворимость твердого вещества обычно увеличивается с повышением температуры, нет простой взаимосвязи между структурой вещества и температурной зависимостью его растворимости.Многие соединения (например, глюкоза и CH ₃ CO ₂ Na) демонстрируют резкое увеличение растворимости с повышением температуры. Другие (такие как NaCl и K ₂ SO ₄) мало изменяются, а третьи (такие как Li ₂ SO ₄) становятся менее растворимыми с повышением температуры.

Рис. 7.3. Растворимость некоторых неорганических и органических твердых веществ в воде в зависимости от температуры. Растворимость может увеличиваться или уменьшаться с температурой; величина этой температурной зависимости широко варьируется между соединениями.

Изменение растворимости в зависимости от температуры было измерено для широкого диапазона соединений, и результаты опубликованы во многих стандартных справочниках. Химики часто могут использовать эту информацию для разделения компонентов смеси с помощью фракционной кристаллизации , разделения соединений на основе их растворимости в данном растворителе. Например, если у нас есть смесь 150 г ацетата натрия (CH ₃ CO ₂ Na) и 50 г KBr, мы можем разделить два соединения, растворив смесь в 100 г воды при 80 ° C. а затем медленно охлаждают раствор до 0 ° C.Согласно температурным кривым на рис. 7.3, оба соединения растворяются в воде при 80 ° C, и все 50 г KBr остаются в растворе при 0 ° C. Однако только около 36 г CH ₃ CO ₂ Na растворимы в 100 г воды при 0 ° C, поэтому кристаллизуется примерно 114 г (150 г — 36 г) CH ₃ CO ₂ Na при охлаждении. Затем кристаллы можно отделить фильтрованием. Таким образом, фракционная кристаллизация позволяет нам восстановить около 75% исходного CH ₃ CO ₂ Na в практически чистой форме всего за одну стадию.

Фракционная кристаллизация — это распространенный метод очистки таких разнообразных соединений, как показано на рис. 7.3, и от антибиотиков до ферментов. Чтобы методика работала должным образом, интересующее соединение должно быть более растворимым при высокой температуре, чем при низкой температуре, чтобы понижение температуры заставляло его кристаллизоваться из раствора. Кроме того, примеси должны быть на более растворимыми на , чем представляющее интерес соединение (как KBr в этом примере), и предпочтительно присутствовать в относительно небольших количествах.

Растворимость газов в жидкостях гораздо более предсказуема. Растворимость газов в жидкостях уменьшается с повышением температуры, как показано на рисунке 7.4. Привлекательные межмолекулярные взаимодействия в газовой фазе практически равны нулю для большинства веществ, потому что молекулы находятся так далеко друг от друга, когда находятся в газовой форме. Когда газ растворяется, это происходит потому, что его молекулы взаимодействуют с молекулами растворителя. Когда формируются эти новые силы притяжения, выделяется тепло. Таким образом, если к системе добавляется внешнее тепло, оно преодолевает силы притяжения между газом и молекулами растворителя и снижает растворимость газа.

Рис. 7.4 Зависимость растворимости нескольких обычных газов в воде от температуры при парциальном давлении 1 атм. Растворимость газов уменьшается с повышением температуры.

Уменьшение растворимости газов при более высоких температурах имеет как практические, так и экологические последствия. Любой, кто регулярно кипятит воду в чайнике или электрочайнике, знает, что внутри накапливается белый или серый налет, который в конечном итоге необходимо удалить.То же явление происходит в гораздо большем масштабе в гигантских котлах, используемых для подачи горячей воды или пара для промышленных целей, где это называется «котельная накипь», — нагар, который может серьезно снизить пропускную способность труб горячего водоснабжения ( Рисунок 7.5). Проблема не только в современном мире: акведуки, построенные римлянами 2000 лет назад для транспортировки холодной воды из альпийских регионов в более теплые и засушливые регионы на юге Франции, были забиты аналогичными отложениями. Химический состав этих отложений умеренно сложен, но движущей силой является потеря растворенного диоксида углерода (CO ₂) из раствора.Жесткая вода содержит растворенные ионы Ca ²⁺ и HCO ₃ ^— (бикарбонат). Бикарбонат кальция [Ca (HCO ₃) ₂] довольно растворим в воде, но карбонат кальция (CaCO ₃) совершенно нерастворим. Раствор бикарбонат-ионов может реагировать с образованием диоксида углерода, карбонат-иона и воды:

2HCO ₃ ^— (водн.) → CO ₂ ²⁻ (водн.) + H ₂ O (л) + CO ₂ (водн.)

Нагревание раствора снижает растворимость CO ₂, который уходит в газовую фазу над раствором.В присутствии ионов кальция ионы карбоната осаждаются в виде нерастворимого карбоната кальция, основного компонента накипи в котле.

Рисунок 7.5 Весы котла в водопроводе. Отложения карбоната кальция (CaCO ₃) в трубах горячего водоснабжения могут значительно снизить пропускную способность труб. Эти отложения, называемые котловой накипью, образуются, когда растворенный CO ₂ переходит в газовую фазу при высоких температурах.

В разделе тепловое загрязнение озерная или речная вода, которая используется для охлаждения промышленного реактора или электростанции, возвращается в окружающую среду при более высокой температуре, чем обычно.Из-за пониженной растворимости O ₂ при более высоких температурах (рис. 7.4) более теплая вода содержит меньше растворенного кислорода, чем вода, когда она попадала в растение. Рыбы и другие водные организмы, которым для жизни необходим растворенный кислород, могут буквально задохнуться, если концентрация кислорода в их среде обитания будет слишком низкой. Поскольку теплая, обедненная кислородом вода менее плотная, она имеет тенденцию плавать на поверхности более холодной, плотной и богатой кислородом воды в озере или реке, образуя барьер, препятствующий растворению атмосферного кислорода.В конце концов, если проблему не устранить, можно задохнуться даже в глубоких озерах. Кроме того, большинство рыб и других водных организмов, не являющихся млекопитающими, хладнокровны, а это означает, что температура их тела такая же, как температура окружающей среды. Температура, значительно превышающая нормальный диапазон, может привести к тяжелому стрессу или даже смерти. Системы охлаждения для электростанций и других объектов должны быть спроектированы таким образом, чтобы минимизировать любое неблагоприятное воздействие на температуру окружающих водоемов.На северо-западе Тихого океана популяции лососевых чрезвычайно чувствительны к изменениям температуры воды. В пределах этой популяции оптимальная температура воды составляет от 12,8 до 17,8 ^o C (55-65 ^o F). Помимо пониженного уровня кислорода, популяции лосося гораздо более восприимчивы к болезням, хищничеству и паразитарным инфекциям при более высоких температурах воды. Таким образом, тепловое загрязнение и глобальное изменение климата создают реальные проблемы для выживания и сохранения этих видов.Для получения дополнительной информации о влиянии повышения температуры на популяции лососевых посетите Focus Publication штата Вашингтон.

Аналогичный эффект наблюдается в повышении температуры водоемов, таких как Чесапикский залив, крупнейший эстуарий в Северной Америке, причиной которого является глобальное потепление. На каждые 1,5 ° C, которые нагревает вода в заливе, способность воды растворять кислород уменьшается примерно на 1,1%. Многие морские виды, находящиеся на южной границе своего распространения, переместили свои популяции дальше на север.В 2005 году угорь, являющийся важным местом обитания рыб и моллюсков, исчез на большей части залива после рекордно высоких температур воды. Предположительно, снижение уровня кислорода уменьшило популяцию моллюсков и других питателей, что затем уменьшило светопропускание, что позволило угрям расти. Сложные взаимоотношения в экосистемах, таких как Чесапикский залив, особенно чувствительны к колебаниям температуры, вызывающим ухудшение качества среды обитания.

(Вернуться к началу)

7.5 Влияние давления на растворимость газов: закон Генри

Внешнее давление очень мало влияет на растворимость жидкостей и твердых тел. Напротив, растворимость газов увеличивается с увеличением парциального давления газа над раствором. Эта точка проиллюстрирована на рисунке 7.6, где показано влияние повышенного давления на динамическое равновесие, которое устанавливается между молекулами растворенного газа в растворе и молекулами в газовой фазе над раствором.Поскольку концентрация молекул в газовой фазе увеличивается с увеличением давления, концентрация молекул растворенного газа в растворе в состоянии равновесия также выше при более высоких давлениях.

Рис. 7.6. Модель, показывающая, почему растворимость газа увеличивается при увеличении парциального давления при постоянной температуре. (a) Когда газ входит в контакт с чистой жидкостью, некоторые молекулы газа (пурпурные сферы) сталкиваются с поверхностью жидкости и растворяются.Когда концентрация растворенных молекул газа увеличилась так, что скорость, с которой молекулы газа уходят в газовую фазу, была такой же, как скорость, с которой они растворяются, было установлено динамическое равновесие, как показано здесь. (б) Увеличение давления газа увеличивает количество молекул газа в единице объема, что увеличивает скорость, с которой молекулы газа сталкиваются с поверхностью жидкости и растворяются. (c) По мере того, как дополнительные молекулы газа растворяются при более высоком давлении, концентрация растворенного газа увеличивается до тех пор, пока не установится новое динамическое равновесие.

Взаимосвязь между давлением и растворимостью газа количественно описывается законом Генри, названным в честь его первооткрывателя, английского врача и химика Уильяма Генри (1775–1836):

C = кП

, где C — концентрация растворенного газа в состоянии равновесия, P — парциальное давление газа, а k — константа закона Генри , которая должна определяться экспериментально для каждой комбинации газа, растворителя, и температура.Хотя концентрацию газа можно выразить в любых удобных единицах, мы будем использовать исключительно молярность. Таким образом, единицами измерения постоянной закона Генри являются моль / (л · атм) = М / атм. Значения констант закона Генри для растворов нескольких газов в воде при 20 ° C приведены в таблице 7.2

Видеоурок по закону Генри от Академии Кана
Все материалы Khan Academy доступны бесплатно на сайте www.khanacademy.org
Как данные в таблице 7.2 демонстрируют, что концентрация растворенного газа в воде при заданном давлении сильно зависит от ее физических свойств. Для ряда родственных веществ дисперсионные силы Лондона увеличиваются с увеличением молекулярной массы. Таким образом, среди элементов группы 18 константы закона Генри плавно возрастают от He до Ne и до Ar. Из таблицы также видно, что O ₂ почти в два раза растворимее, чем N ₂. Хотя силы лондонской дисперсии слишком слабы, чтобы объяснить такую большую разницу, O ₂ является парамагнитным веществом и, следовательно, более поляризуемым, чем N ₂, что объясняет его высокую растворимость.(Примечание: когда вещество парамагнитно , оно очень слабо притягивается полюсами магнита, но не сохраняет никакого постоянного магнетизма).
Таблица 7.2 Константы закона Генри для выбранных газов в воде при 20 ° C
Парциальное давление газа можно выразить как концентрацию, записав закон Генри как P _газ = C / k. Это важно во многих сферах жизни, включая медицину, где обычно измеряются газы крови, такие как кислород и углекислый газ.Поскольку парциальное давление и концентрация прямо пропорциональны, если парциальное давление газа изменяется, а температура остается постоянной, новую концентрацию газа в жидкости можно легко рассчитать, используя следующее уравнение:
Где C ₁ и P ₁ — соответственно концентрация и парциальное давление газа в исходном состоянии, а C ₂ и P ₂ — концентрация и парциальное давление, соответственно, газа в конечном состоянии.Например:
Практическая задача: Концентрация CO ₂ в растворе составляет 0,032 М при 3,0 атм. Какова концентрация CO ₂ при давлении 5,0 атм?
Решение: Чтобы решить эту проблему, сначала мы должны определить, что мы хотим найти. Это концентрация CO ₂ при давлении 5,0 атм. Эти два значения представляют C ₂ = ?? и P ₂ = 5.0 атм. На этом этапе проще всего будет изменить приведенное выше уравнение, чтобы найти C ₂ . Далее нам нужно определить начальные условия: C ₁ = 0,032 M и P ₁ = 3,0 атм. Затем мы можем подставить эти значения в уравнение и решить для C ₂ :
Газы, которые химически реагируют с водой, такие как HCl и другие галогениды водорода, H ₂ S и NH ₃, не подчиняются закону Генри; все эти газы гораздо более растворимы, чем предсказывает закон Генри.Например, HCl реагирует с водой с образованием H ⁺ (водн.) И Cl ^— (водн.), , а не растворенных молекул HCl, и его диссоциация на ионы приводит к гораздо более высокой растворимости, чем ожидалось для нейтральной молекулы. В целом газы, вступающие в реакцию с водой, не подчиняются закону Генри.
Обратите внимание на узор
Закон Генри имеет важные приложения. Например, пузырьки CO ₂ образуются, как только открывается газированный напиток, потому что напиток был разлит под CO ₂ при давлении более 1 атм.Когда бутыль открыта, давление CO ₂ над раствором быстро падает, и часть растворенного газа улетучивается из раствора в виде пузырьков. Закон Генри также объясняет, почему аквалангисты должны быть осторожны, чтобы медленно всплывать на поверхность после погружения, если они дышат сжатым воздухом. При более высоком давлении под водой во внутренних жидкостях дайвера растворяется больше N ₂ из воздуха. Если дайвер всплывает слишком быстро, резкое изменение давления вызывает образование мелких пузырьков N ₂ по всему телу, состояние, известное как «изгибы».Эти пузырьки могут блокировать кровоток по мелким кровеносным сосудам, вызывая сильную боль и в некоторых случаях даже смертельный исход.
Из-за низкой константы закона Генри для O ₂ в воде уровни растворенного кислорода в воде слишком низкие для удовлетворения энергетических потребностей многоклеточных организмов, включая человека. Чтобы увеличить концентрацию O ₂ во внутренних жидкостях, организмы синтезируют хорошо растворимые молекулы-носители, которые обратимо связывают O ₂. Например, красные кровяные тельца человека содержат белок, называемый гемоглобином, который специфически связывает O ₂ и способствует его транспортировке из легких в ткани, где он используется для окисления молекул пищи с целью получения энергии.Концентрация гемоглобина в нормальной крови составляет около 2,2 мМ, и каждая молекула гемоглобина может связывать четыре молекулы O ₂. Хотя концентрация растворенного O ₂ в сыворотке крови при 37 ° C (нормальная температура тела) составляет всего 0,010 мМ, общая концентрация растворенного O ₂ составляет 8,8 мМ, что почти в тысячу раз больше, чем было бы возможно без гемоглобина. Синтетические переносчики кислорода на основе фторированных алканов были разработаны для использования в качестве экстренной замены цельной крови.В отличие от донорской крови, эти «кровезаменители» не требуют охлаждения и имеют длительный срок хранения. Их очень высокие константы закона Генри для O ₂ приводят к концентрации растворенного кислорода, сравнимой с таковой в нормальной крови.
(Вернуться к началу)
7,6 Твердые гидраты:
Некоторые ионные твердые вещества принимают небольшое количество молекул воды в свою кристаллическую решетку и остаются в твердом состоянии.Эти твердые вещества называются твердыми гидратами . Твердые гидраты содержат молекулы воды, объединенные в определенном соотношении в качестве неотъемлемой части кристалла, которые либо связаны с металлическим центром, либо кристаллизовались с комплексом металла. Сообщается также, что такие гидраты содержат кристаллизационной воды или гидратной воды .
Ярким примером является хлорид кобальта (II), который при гидратации меняет цвет с синего на красный и поэтому может использоваться в качестве индикатора воды.
Рис. 7.7: Хлорид кобальта как пример твердого гидрата. Безводный хлорид кобальта (вверху слева) и его структура кристаллической решетки (внизу слева) по сравнению с гексагидратом хлорида кобальта (вверху справа) и его кристаллическая решетка (внизу справа). Обратите внимание, что молекулы воды, показанные красным (кислород) и белым (водород), интегрированы в кристаллическую решетку хлорида кобальта (II), показанного синим (кобальт) и зеленым (хлорид), в зависимости от полярности. Частично отрицательные атомы кислорода притягиваются к положительно заряженному кобальту, а частично положительные атомы водорода притягиваются к отрицательно заряженным ионам хлорида.Изображения предоставлены Wikipedia Commons (вверху слева и внизу слева), Benjah-bmm27 (вверху справа) и Smokefoot (внизу справа)
Обозначение, используемое для представления твердого гидрата: « гидратированное соединение ⋅ n H ₂ O », где n — количество молекул воды на формульную единицу соли. n обычно является низким целым числом, хотя возможны дробные значения. Например, в моногидрате n равно единице, а в гексагидрате n равно 6.В примере на рис. 7.7 гидратированный хлорид кобальта будет обозначен: «хлорид кобальта (II) 6 H ₂ O». Числовые префиксы греческого происхождения, которые используются для обозначения твердых гидратов:
Hemi — 1/2
моно — 1
Sesqui — 1½
Di — 2
Три — 3
Тетра — 4
Пента — 5
Hexa — 6
Hepta — 7
Окта — 8
Нона — 9
Дека — 10
Undeca — 11
Додека — 12
Гидрат, потерявший воду, называют ангидридом ; оставшуюся воду, если она есть, можно удалить только при очень сильном нагревании.Вещество, не содержащее воды, обозначается как безводный . Некоторые безводные соединения настолько легко гидратируются, что вытягивают воду из атмосферы и становятся гидратированными. Утверждается, что эти вещества гигроскопичны, и могут использоваться как осушители или осушители .
(Вернуться к началу)
7.7 Концентрация раствора
В химии концентрация определяется как содержание компонента, деленное на общий объем смеси.Все мы качественно представляем, что подразумевается под концентрацией . Любой, кто варил растворимый кофе или лимонад, знает, что слишком много порошка дает сильно ароматный и высококонцентрированный напиток, а слишком маленькое — разбавленный раствор, который трудно отличить от воды. Количественно концентрация раствора описывает количество растворенного вещества, которое содержится в определенном количестве этого раствора. Знание концентрации растворенных веществ важно для контроля стехиометрии реагентов для реакций, протекающих в растворе, и имеет решающее значение для многих аспектов нашей жизни, от измерения правильной дозы лекарства до обнаружения химических загрязнителей, таких как свинец и мышьяк.Химики используют множество разных способов определения концентраций. В этом разделе мы рассмотрим наиболее распространенные способы представления концентрации раствора. К ним относятся: молярность и количество частей на раствор.
7.7.1 Молярность
Наиболее распространенной единицей концентрации является молярность , что также является наиболее полезным для расчетов, включающих стехиометрию реакций в растворе. Молярность (M) раствора — это количество молей растворенного вещества, присутствующего точно в 1 л раствора.
Таким образом, единицами молярности являются моль на литр раствора (моль / л), сокращенно М. Обратите внимание, что указанный объем является общим объемом раствора и включает как растворенное вещество, так и растворитель. Например, водный раствор, который содержит 1 моль (342 г) сахарозы в достаточном количестве воды, чтобы получить конечный объем 1,00 л, имеет концентрацию сахарозы 1,00 моль / л или 1,00 М. В химических обозначениях квадратные скобки вокруг названия или формула растворенного вещества представляет собой концентрацию растворенного вещества.Итак
[сахароза] = 1,00 M
читается как «концентрация сахарозы 1,00 молярная». Приведенное выше уравнение можно использовать для расчета количества растворенного вещества, необходимого для получения любого количества желаемого раствора.
Пример проблемы:
Рассчитайте количество молей гидроксида натрия (NaOH), необходимое для получения 2,50 л 0,100 M NaOH.
Дано: (1) идентичность растворенного вещества = NaOH, (2) объем = 2,50 л и (3) молярность раствора = 0.100 моль / л (Примечание: при вычислении задач всегда записывайте единицы молярности как моль / л, а не М. Это позволит вам отменить единицы при выполнении вычислений.)
Запрошено: количество растворенного вещества в молях
Стратегия: (1) Измените приведенное выше уравнение, чтобы найти желаемую единицу, в данном случае молей. (2) Еще раз проверьте все единицы в уравнении и убедитесь, что они совпадают. Выполните все необходимые преобразования, чтобы единицы совпадали. (3) Введите значения соответствующим образом и выполните математические вычисления.
Решение:
(1) Измените приведенное выше уравнение, чтобы найти количество молей.
(2) Еще раз проверьте все единицы в уравнении и убедитесь, что они совпадают.
Приведенные значения для этого уравнения: объем 2,50 л и молярность 0,100 моль / л. Единицы объема для обоих этих чисел указаны в литрах (L) и, следовательно, совпадают. Следовательно, никаких преобразований производить не нужно.
(3) Введите значения соответствующим образом и выполните математические вычисления.
Приготовление растворов
Обратите внимание, что в приведенном выше примере у нас все еще недостаточно информации, чтобы фактически приготовить раствор в лаборатории. Не существует оборудования, которое могло бы измерить количество молей вещества. Для этого нам нужно преобразовать количество молей образца в количество граммов, представленное этим числом. Затем мы можем легко использовать весы для взвешивания количества вещества, необходимого для приготовления раствора.В приведенном выше примере:
Чтобы фактически приготовить раствор, обычно растворяют растворенное вещество в небольшом количестве растворителя, а затем, когда растворенное вещество растворяется, конечный объем может быть доведен до 2,50 л. Если вы добавляете 10 г NaOH напрямую до 2,50 л конечный объем будет больше 2,50 л, а концентрация раствора будет меньше 0,100 М. Помните, что конечный объем должен включать как растворенное вещество, так и растворитель.
На рисунке 7.8 показана процедура приготовления раствора дигидрата хлорида кобальта (II) в этаноле.Обратите внимание, что объем растворителя не указан. Поскольку растворенное вещество занимает место в растворе, необходимый объем растворителя на меньше, чем на желаемый общий объем раствора.
Рисунок 7.8: Приготовление раствора известной концентрации с использованием твердого вещества. Чтобы приготовить раствор, сначала добавьте в колбу часть растворителя. Затем взвесьте необходимое количество растворенного вещества и медленно добавьте его к растворителю.После растворения в растворителе объем раствора можно довести до конечного объема раствора. Для показанной мерной колбы это обозначено черной линией на горловине колбы. В данном случае это 500 мл раствора. Мерные колбы бывают разных размеров, чтобы вместить разные объемы раствора. Градуированные цилиндры также можно использовать для точного доведения раствора до конечного объема. Другая стеклянная посуда, включая химические стаканы и колбы Эрленмейера, недостаточно точна для большинства решений.
Пример расчета молярности

Раствор на рисунке 7.8 содержит 10,0 г дигидрата хлорида кобальта (II), CoCl ₂ · 2H ₂ O, в этаноле, достаточном для получения ровно 500 мл раствора. Какова молярная концентрация CoCl ₂ · 2H ₂ O?
Дано: масса растворенного вещества и объем раствора
Запрошено: концентрация (M)
Стратегия:
1.Мы знаем, что молярность равна
моль / литр.
2. Чтобы вычислить молярность, нам нужно выразить:
масса в виде родинок
объем в литрах
Подставьте оба в уравнение выше и вычислите
Решение:
Преобразование массы в моль. Мы можем использовать молярную массу для перевода граммов CoCl ₂ · 2H ₂ O в моль.
Молярная масса CoCl ₂ · 2H ₂ O составляет 165.87 г / моль (включая две молекулы воды, поскольку они являются частью структуры кристаллической решетки этого твердого гидрата!)
2. Перевести объем в литры
3. Подставьте значения в уравнение полярности:
7.7.2 Количество частей на решения
В потребительском и промышленном мире наиболее распространенный метод выражения концентрации основан на количестве растворенного вещества в фиксированном количестве раствора.Упомянутые здесь «количества» могут быть выражены в массе, в объеме или в обоих (т. Е. масса растворенного вещества в данном объеме раствора). Чтобы различать эти возможности, сокращения (m / м), (об / об) и (м / об).
В большинстве прикладных областей химии часто используется мера (m / m), тогда как в клинической химии обычно используется (m / v) с массой , выраженной в граммах и объемом в мл.
Один из наиболее распространенных способов выражения таких концентраций как « частей на 100 », который мы все знаем как « процентов ».« Cent » — это префикс латинского происхождения, относящийся к числу 100
(L. centum ), например, столетие или столетие . Он также обозначает 1/100 (от L. centesimus ) как сантиметр и денежная единица цент . Процентные растворы определяют количество растворенного вещества, которое растворено в количестве раствора, умноженном на 100. Процентные растворы могут быть выражены в единицах массы растворенного вещества на массу раствора (м / м%) или массы растворенного вещества на объем раствора (м / об.%) или объем растворенного вещества на объем раствора (об. / об.%).При создании процентного раствора важно указать, какие единицы измерения используются, чтобы другие также могли правильно принять решение. Также помните, что раствор представляет собой сумму как растворителя, так и растворенного вещества, когда вы выполняете расчет процентов.
Раствор = Раствор + Растворитель
Таким образом, при вычислении процентных решений можно использовать следующее уравнение:
Пример 1:
В качестве примера, раствор этанола в воде с концентрацией 7,0% об. / Об. Должен содержать 7 мл этанола в общем количестве 100 мл раствора.Сколько воды в растворе?
В этой задаче мы знаем, что:
Раствор = Раствор + Растворитель
Таким образом, мы можем ввести значения, а затем найти неизвестное.
100 мл = 7 мл + X мл растворителя (в данном случае вода)
переместив 7 на другую сторону, мы увидим, что:
100 мл — 7 мл = 93 мл H ₂ O
Пример 2
Какое (м / об)% раствора, если 24.0 г сахарозы растворяют в общем растворе 243 мл?
Пример 3
Сколько граммов NaCl требуется для приготовления 625 мл 13,5% раствора?
Для более разбавленных растворов используются части на миллион (10 ⁶ ppm) и части на миллиард (10 ⁹; ppb). Эти термины широко используются для обозначения количества следов загрязняющих веществ в окружающей среде.
Одинаковые процентные («части на сотню») единицы, ppm и ppb могут быть определены в единицах массы, объема или смешанных единиц массы-объема.Также существуют единицы ppm и ppb, определяемые по количеству атомов и молекул.
Массовые определения ppm и ppb приведены здесь:
Как ppm, так и ppb являются удобными единицами измерения концентраций загрязняющих веществ и других микропримесей в воде. Концентрации этих загрязнителей, как правило, очень низкие в очищенных и природных водах, и их уровни не могут превышать относительно низкие пороговые значения концентрации, не вызывая неблагоприятных последствий для здоровья и дикой природы.Например, EPA определило, что максимально безопасный уровень фторид-иона в водопроводной воде составляет 4 ppm. Встроенные фильтры для воды предназначены для снижения концентрации фторида и некоторых других незначительных примесей в водопроводной воде (рис. 7.9).
Рисунок 7.9. (a) В некоторых районах следовые концентрации загрязняющих веществ могут сделать нефильтрованную водопроводную воду небезопасной для питья и приготовления пищи. (б) Встроенные фильтры для воды снижают концентрацию растворенных веществ в водопроводной воде.(кредит А: модификация работы Дженн Дарфи; кредит б: модификация работы «Вастатепаркстафф» / Wikimedia commons
При сообщении о загрязнителях, таких как свинец, в питьевой воде, концентрации ppm и ppb часто указываются в смешанных единицах измерения массы / объема. Это может быть очень полезно, поскольку нам легче думать о воде с точки зрения ее объема, а не массы. Кроме того, плотность воды составляет 1,0 г / мл или 1,0 мг / 0,001 мл, что упрощает преобразование между двумя единицами измерения.Например, если мы обнаружим, что содержание свинца в воде составляет 4 промилле, это будет означать, что есть:

7,74 Эквиваленты
Концентрации ионных растворенных веществ иногда выражаются в единицах, называемых эквивалентами (уравнение). Один эквивалент равен 1 моль положительного или отрицательного заряда. Таким образом, 1 моль / л Na ⁺ (водн.) Также равен 1 экв. / Л, потому что натрий имеет заряд 1+. Раствор ионов Ca ² ⁺ (водн.) С концентрацией 1 моль / л имеет концентрацию 2 экв / л, потому что кальций имеет заряд 2+.Разбавленные растворы могут быть выражены в миллиэквивалентах (мэкв.) — например, общая концентрация плазмы крови человека составляет около 150 мэкв / л.
В более формальном определении эквивалент — это количество вещества, необходимое для выполнения одного из следующих действий:
реагировать или поставлять один моль ионов водорода (H ⁺) в кислотно-щелочной реакции
реагирует или поставляет один моль электронов в окислительно-восстановительной реакции.
Согласно этому определению, эквивалент — это количество молей иона в растворе, умноженное на валентность этого иона.Если 1 моль NaCl и 1 моль CaCl ₂ растворяются в растворе, в этом растворе содержится 1 экв. Na, 2 экв. Ca и 3 экв. Cl. (Валентность кальция равна 2, поэтому для этого иона у вас 1 моль и 2 эквивалента.)
(Вернуться к началу)
7,8 Разведения
Раствор желаемой концентрации можно также приготовить путем разбавления небольшого объема более концентрированного раствора дополнительным растворителем. Для этой цели часто используется основной раствор, который представляет собой приготовленный раствор известной концентрации.Разбавление основного раствора предпочтительнее при приготовлении растворов с очень слабой концентрацией, потому что альтернативный метод, взвешивание крошечных количеств растворенного вещества, может быть трудным для выполнения с высокой степенью точности. Разбавление также используется для приготовления растворов из веществ, которые продаются в виде концентрированных водных растворов, таких как сильные кислоты.
Раствор желаемой концентрации можно также приготовить путем разбавления небольшого объема более концентрированного раствора дополнительным растворителем.Для этой цели часто используется основной раствор, который представляет собой приготовленный раствор известной концентрации. Разбавление основного раствора предпочтительнее при приготовлении растворов с очень слабой концентрацией, потому что альтернативный метод, взвешивание крошечных количеств растворенного вещества, может быть трудным для выполнения с высокой степенью точности. Разбавление также используется для приготовления растворов из веществ, которые продаются в виде концентрированных водных растворов, таких как сильные кислоты.
Процедура приготовления раствора известной концентрации из основного раствора показана на рисунке 7.10. Это требует расчета желаемого количества растворенного вещества в конечном объеме более разбавленного раствора, а затем расчета объема исходного раствора, который содержит это количество растворенного вещества. Помните, что при разбавлении данного количества исходного раствора растворителем , а не , изменяет количество присутствующего растворенного вещества, изменяется только объем раствора. Соотношение между объемом и концентрацией основного раствора и объемом и концентрацией желаемого разбавленного раствора, таким образом, может быть выражено математически как:
где M _s — концентрация основного раствора, V _s — объем основного раствора, M _d — концентрация разбавленного раствора, а V _d — объем разбавленного раствора. .
Рисунок 7.10 Приготовление раствора известной концентрации путем разбавления исходного раствора. (a) Объем ( V _s), содержащий желаемое количество растворенного вещества (M _s), измеряют из исходного раствора известной концентрации. (b) Отмеренный объем исходного раствора переносят во вторую мерную колбу. (c) Измеренный объем во второй колбе затем разбавляется растворителем до объемной отметки [( V _s) (M _s) = ( V _d) (M _d). ].
Пример расчета разбавления
Какой объем 3,00 М исходного раствора глюкозы необходим для приготовления 2500 мл 0,400 М раствора?
Дано: объем и молярность разбавленного раствора и молярность исходного раствора
Запрошено: объем основного раствора
Стратегия и решение:
Для задач разбавления, если вы знаете 3 переменные, вы можете решить для 4-й переменной.
Начните с перестановки уравнения, чтобы найти переменную, которую вы хотите найти. В этом случае вы хотите найти объем основного раствора, V _s
2. Затем убедитесь, что одинаковые термины имеют одинаковые единицы измерения. Например, Md и Ms являются концентрациями, поэтому для проведения расчетов они должны быть в одной и той же единице (в данном случае они оба указаны в молярности). Если бы концентрации были разными, скажем, один был дан в молярности, а другой в процентах, или один был в молярности, а другой был в миллимолярности, один из терминов нужно было бы преобразовать, чтобы они совпадали.Таким образом, единицы будут отменены, и в этом случае вы останетесь с единицами громкости.
3. Наконец, заполните уравнение с известными значениями и вычислите окончательный ответ.
Обратите внимание, что если требуется 333 мл исходного раствора, вы также можете рассчитать количество растворителя, необходимое для окончательного разбавления. (Общий объем — объем исходного раствора = объем растворителя, необходимый для окончательного разбавления. В этом случае 2500 мл — 333 мл = 2167 мл воды, необходимой для окончательного разбавления (это следует делать в мерном цилиндре или мерной колбе) .

(Вернуться к началу)
7,9 Концентрации ионов в растворе
До сих пор мы обсуждали концентрацию всего раствора в терминах общего растворенного вещества, деленного на объем раствора. Давайте более подробно рассмотрим, что это означает при рассмотрении ионных и ковалентных соединений. Когда ионные соединения растворяются в растворе, они переходят в ионное состояние.Катионы и анионы связываются с полярными молекулами воды. Напомним, что растворы, содержащие ионы, называются электролитами из-за их способности проводить электричество. Например, дихромат аммония (NH ₄) ₂ Cr ₂ O ₇ представляет собой ионное соединение, которое содержит два иона NH ₄ ⁺ и один ион Cr ₂ O ₇ ²⁻ ион на формульную единицу. Как и другие ионные соединения, это сильный электролит, который диссоциирует в водном растворе с образованием гидратированных ионов NH ₄ ⁺ и Cr ₂ O ₇ ²⁻.Если мы рассмотрим это решение математически, мы увидим, что для каждой молекулы дихромата аммония, которая растворяется, образуются три результирующих иона (два иона NH ₄ ⁺ и один Cr ₂ O ₇ ²⁻ ион). Это также можно представить в более крупном молярном масштабе. Когда 1 моль (NH ₄) ₂ Cr ₂ O ₇ растворяется, получается 3 моля ионов (1 моль Cr ₂ O ₇ ^2- анионов и 2 моль катионов NH ₄ ⁺) в растворе (рисунок 7.11). Чтобы обсудить взаимосвязь между концентрацией раствора и результирующим количеством ионов, используется термин эквивалентов .
Один эквивалент определяется как количество ионного соединения, которое обеспечивает 1 моль электрического заряда (+ или -). Он рассчитывается путем деления молярности раствора на общий заряд, созданный в растворе.
Рис. 7.11 Растворение 1 моля ионного соединения. Растворение 1 моля формульных единиц дихромата аммония в воде дает 1 моль анионов Cr ₂ O ₇ ²⁻ и 2 моль катионов NH ₄ ⁺. (Молекулы воды для ясности не показаны с молекулярной точки зрения.)
Когда мы проводим химическую реакцию с использованием раствора соли, например дихромата аммония, нам необходимо знать концентрацию каждого иона, присутствующего в растворе. Если раствор содержит 1,43 M (NH ₄) ₂ Cr ₂ O ₇, то концентрация Cr ₂ O ₇ ²⁻ также должна быть 1.43 M, потому что на формульную единицу приходится один ион Cr ₂ O ₇ ²⁻. Однако на формульную единицу приходится два иона NH ₄ ⁺, поэтому концентрация ионов NH ₄ ⁺ составляет 2 × 1,43 М = 2,86 М. Поскольку каждая формульная единица (NH ₄) ₂ Cr ₂ O ₇ при растворении в воде образует три иона (2NH ₄ ⁺ + 1Cr ₂ O ₇ ²⁻), общая концентрация ионов в решение 3 × 1.43 M = 4,29 M. Эквивалентное значение (NH ₄) ₂ Cr ₂ O ₇ может быть затем рассчитано путем деления 1,43 M на 4,29 M, что дает 0,333 эквивалента. Таким образом, для (NH ₄) ₂ Cr ₂ O ₇ растворение 0,333 моля соединения даст 1 моль ионов в растворе.
Пример 1
Каковы концентрации всех ионных частиц, полученных из растворенных веществ в этих водных растворах?
0.21 М NaOH
3,7 М (CH ₃) CHOH
0,032 M In (NO ₃) ₃
Дано: молярность
Запрошено: концентраций
Стратегия:
A Классифицируйте каждое соединение как сильный электролит или как неэлектролит.
B Если соединение неэлектролит, его концентрация такая же, как молярность раствора. Если соединение является сильным электролитом, определите количество каждого иона, содержащегося в одной формульной единице.Найдите концентрацию каждого вида, умножив количество каждого иона на молярность раствора.
Решение:
1. 0,21 М NaOH
A Гидроксид натрия — это ионное соединение, которое является сильным электролитом (и сильным основанием) в водном растворе:
B Поскольку каждая формульная единица NaOH производит один ион Na ⁺ и один ион OH ^—, концентрация каждого иона такая же, как концентрация NaOH: [Na ⁺] = 0.21 M и [OH ^—] = 0,21
2. 3,7 M (CH ₃) CHOH
A Формула (CH ₃) ₂ CHOH представляет собой 2-пропанол (изопропиловый спирт) и содержит группу –OH, поэтому это спирт. Напомним из раздела 4.1 «Водные растворы», что спирты — это ковалентные соединения, которые растворяются в воде с образованием растворов нейтральных молекул. Таким образом, спирты не являются электролитами
B Таким образом, единственными растворенными веществами в растворе являются (CH ₃) ₂ молекул CHOH, поэтому [(CH ₃) ₂ CHOH] = 3.7 м
3. 0,032 M дюйм (NO ₃) ₃
A Нитрат индия — это ионное соединение, которое содержит ионы In ³⁺ и ионы NO ₃ ^—, поэтому мы ожидаем, что он будет вести себя как сильный электролит в водном растворе
B Одна формульная единица In (NO ₃) ₃ дает один ион In ³⁺ и три иона NO ₃ ^—, поэтому 0,032 M In (NO ₃) _{3 Решение} содержит 0.032 M In ³⁺ и 3 × 0,032 M = 0,096 M NO ₃ ^—, то есть [In ³⁺] = 0,032 M и [NO ₃ ^—] = 0,096 M
(Вернуться к началу)
7.10 Внимание к окружающей среде: загрязнение свинцом
История использования свинца в США
В главе 5 вы познакомились с EPA и с тем, как параметры качества воздуха отслеживаются для определения уровней загрязнения.Одним из шести основных параметров, за которым ведется мониторинг в соответствии с Законом о чистом воздухе, является свинец. Свинец естественным образом встречается в земной коре в очень низких концентрациях, ~ 0,001%, и выглядит как сине-серый металл, мягкий и плотный. Он широко используется в Соединенных Штатах во многих различных продуктах, включая батареи и смеси металлов, в качестве материала для пайки труб и керамики, хрусталя и других известных коммерческих продуктов. Особенно часто свинец использовался в красках для наружных работ и в качестве добавки к бензину (рис.7.12). Из-за растущих проблем со здоровьем использование свинца во многих продуктах было прекращено и прекращено. Однако загрязнение свинцом почвы, воды и воздуха по-прежнему является проблемой и вызывает повышенный риск для здоровья населения.
Рисунок 7.12 История использования свинца в красках и бензине на протяжении большей части 20 века. График показывает раннее преобладание свинцовых красок, за которым последовал бум транспортировки, что привело к высокому использованию этилированного бензина.Спад после середины 1970-х годов был связан с контролем, введенным EPA для исключения этилированного бензина. Источник: Filippelli и др. (2005) использовано с разрешения.
Национальные стандарты качества окружающего воздуха (NAAQS) для свинца установлены на верхнем пределе 0,15 микрограмм на кубический метр Pb в общем количестве взвешенных частиц в среднем за 3 месяца. Как видно из рисунка 7.13, уровни свинца в атмосфере были очень высокими до середины 1990-х годов, после чего мы наблюдали резкое падение уровней свинца в атмосфере.Этот всплеск содержания свинца в значительной степени связан с выбросами транспортных средств, когда свинец использовался в качестве добавки к бензину. В 1970 году, когда было полностью признано отрицательное воздействие свинца на здоровье, Агентство по охране окружающей среды начало программу сокращения использования свинца в бензине. Полный запрет на этилированный бензин вступил в силу в 1996 году.
Рис. 7.13 Уровни содержания свинца в атмосфере с 1980 по 2014 год. (A) Как интерпретировать графики качества воздуха от EPA. синяя полоса показывает распределение уровней загрязнения воздуха среди участков тренда, отображая средние 80%.Белая линия представляет собой среднее значение по всем сайтам трендов. Девяносто процентов участков имеют концентрации ниже верхней линии, в то время как десять процентов участков имеют концентрации ниже нижней линии. (B) Максимальный годовой максимум за 3 месяца содержания свинца в атмосфере, демонстрирующий снижение уровня загрязнения свинцом на 99% с 1980 по 2017 год. Источник: EPA
Использование тетраэтилсвинца (TEL) было определено General Motors в качестве присадки к топливу, повышающей общее октановое число бензина.Это позволило значительно повысить компрессию двигателя, что привело к увеличению производительности автомобиля и большей экономии топлива.
TEL производится путем реакции хлорэтана с натрием — свинцом сплавом
4 NaPb + 4 CH ₃ CH ₂ Cl → (CH ₃ CH ₂) ₄ Pb + 4 NaCl + 3 Pb
Продукт регенерируют путем перегонки с водяным паром, оставляя шлам свинца и отходов хлорида натрия.Несмотря на десятилетия исследований, не было обнаружено никаких реакций, улучшающих этот довольно сложный процесс, который включает металлический натрий и превращает только 25% свинца в TEL. ТЕЛ — вязкая бесцветная жидкость. Поскольку TEL является нейтральным по заряду и содержит внешние углеродные группы, он очень липофильный (жиролюбивый) и растворим в бензине.
При сжигании этилированного бензина выделяется не только диоксид углерода и вода, но и свинец
(канал ₃ канал ₂) ₄ Pb + 13 O ₂ → 8 CO ₂ + 10 H ₂ O + Pb
Образующийся свинец также может окисляться при сгорании с образованием оксида свинца (II)
2 Pb + O ₂ → 2 PbO
Образование Pb и PbO внутри автомобильного двигателя быстро накапливается в избытке и вызывает серьезные повреждения двигателя.Таким образом, молекулы, улавливающие свинец, также должны были быть добавлены в бензин для реакции с продуктами свинца, образующимися при сгорании. Обычно для этого процесса использовались 1,2-дибромэтан и 1,2-дихлорэтан. Эти агенты реагируют с побочными продуктами свинца и образуют летучий бромид свинца (II) и хлорид свинца (II), которые затем могут выбрасываться в атмосферу из двигателя.
Повышенные уровни свинца в атмосфере, вызванные использованием автомобилей, сильно коррелировали с повышенными уровнями свинца в крови среди населения.
7.14 Снижение среднего уровня свинца в крови у детей в США и общего количества свинца, использованного в год в бензине в 1974-1992 годах (адаптировано из U.S.EPA 1999).
Биологические эффекты свинца
После того, как свинец попадает в организм, он не выводится из организма. Вместо этого он накапливается в минерализующихся тканях, таких как кости и зубы, или в мягких тканях, таких как печень, почки и мозг. Мозг очень чувствителен. Проведенное в Цинциннати исследование продемонстрировало, что воздействие свинца в детстве вызывает потерю серого вещества в головном мозге, особенно в лобных областях, участвующих в исполнительной функции и принятии решений (рис.7.15).
Рис. 7.15. Воздействие свинца в детстве уменьшает размер мозга. Мозг взрослых, подвергшихся воздействию свинца в детстве, показывает уменьшенный объем, особенно в префронтальной коре на МРТ. Области потери объема показаны цветом на шаблоне нормального мозга. Источник: Cecil, KM, et al.
Острое воздействие свинца может вызвать отравление свинцом и привести к болям в животе, запорам, головным болям, раздражительности, проблемам с памятью, неспособности иметь детей и покалыванию в руках и ногах.Это вызывает почти 10% умственной отсталости по другой неизвестной причине и может привести к поведенческим проблемам. Некоторые эффекты постоянны. В тяжелых случаях возможны анемия, судороги, кома или смерть.
Воздействие свинца может происходить через загрязненный воздух, воду, пыль, продукты питания или потребительские товары. Дети подвергаются большему риску, поскольку они с большей вероятностью будут класть в рот предметы, например, содержащие свинцовую краску и поглощающие большую часть свинца. что они едят. Воздействие свинца на работе — частая причина отравления свинцом у взрослых людей определенных профессий, которым грозит особый риск.Диагноз обычно ставится путем измерения уровня свинца в крови. Центры по контролю за заболеваниями (США) установили верхний предел содержания свинца в крови для взрослых на уровне 10 мкг / дл (10 мкг / 100 г) и для детей на уровне 5 мкг / дл.
Интересная корреляция: преступность и уровни свинца в крови
Ряд исследований за последнее десятилетие показали сильную корреляцию между уровнем свинца в крови дошкольного возраста и последующим уровнем преступности, особенно насильственных преступлений, произошедших 20 лет спустя (Рисунок 7.16).
Рис. 7.16. Соотношение уровней содержания свинца в крови в дошкольном возрасте и насильственных преступлений, совершенных 23 года спустя.
В начале 1990-х годов убийства и насильственные преступления достигли рекордного уровня, которому не видно конца. Однако к концу 1990-х годов количество насильственных преступлений по стране сократилось на 40%. Было предложено множество гипотез этого быстрого спада, включая увеличение количества заключенных и увеличение количества полицейских.Однако уровни свинца в крови показывают очень сильную корреляцию с частотой насильственных преступлений с запаздыванием примерно в 20 лет. Кроме того, исследования на животных, в том числе на хомяках и кошках, показали, что воздействие свинца увеличивает или усиливает агрессивное поведение. Кроме того, данные, собранные Риком Невином из других стран (Франция, Западная Германия, Италия и Австралия), которые имеют разные уровни тюремного заключения и контроля, показывают аналогичные тенденции в насильственных преступлениях с уровнями содержания свинца в крови детей.Таким образом, есть убедительные доказательства того, что повышенное воздействие свинца в детстве в результате употребления этилированного бензина объясняет, по крайней мере частично, рост уровня насильственной преступности в 1980-х и начале 1990-х годов в Соединенных Штатах.
Текущие проблемы и опасения
Несмотря на то, что использование свинца за последние 40-50 лет резко сократилось, он все еще может быть обнаружен в повышенных концентрациях в почвах, особенно в городских и промышленных районах.Кроме того, свинец ранее использовался для строительства водопроводных труб, поскольку он прочен и податлив. Свинец больше не используется для строительства труб, но в более старых городах, таких как Флинт, все еще есть свинцовые трубы, а также медные и железные водопроводные трубы, в стыках и соединениях которых использовалась свинцовая пайка. В апреле 2014 года это стало серьезной проблемой для жителей Флинта, штат Мичиган. Город Флинт, штат Мичиган, столкнулся с серьезными финансовыми проблемами и, пытаясь сэкономить деньги, решил построить новый водопровод от озера Гурон для обеспечения питьевой водой этого района.Экономия затрат оценивалась примерно в 10 миллионов долларов в год. Однако на строительство трубопровода потребуется несколько лет. Таким образом, чтобы сразу же сэкономить деньги, город Флинт решил временно переключить городскую воду на реку Флинт на время завершения строительства нового трубопровода. Однако с речной водой может быть труднее справиться из-за более сильных колебаний в остатках стока, и почти сразу жители Флинта, штат Мичиган, начали жаловаться на неприятный запах и неконтролируемую цветную воду, идущую из кранов (рис.7.17).
Рисунок 7.17. Ли-Энн Уолтерс демонстрирует образцы водопроводной воды на публичном собрании в январе 2015 года. Источник: Ladapo, J.A, et. al. (2017).
Анализ воды первоначально показал высокий уровень фекальных колиформных бактерий, из-за чего Флинт, штат Мичиган, выпустил рекомендации по кипячению и увеличил количество хлора, используемого для обработки воды. Это, в свою очередь, увеличивало производство тригалометанов. Тригалометаны образуются в результате реакции хлорсодержащих дезинфицирующих средств в воде с присутствующими органическими веществами, такими как те, которые образуются водорослями, присутствующими в реке Флинт.Тригалометаны связаны со многими проблемами со здоровьем, включая проблемы с печенью, почками и легкими, а также создают неприятный запах и привкус воды. Они также опасны при вдыхании, делая душ в горячей загрязненной воде серьезным риском для здоровья.
Таким образом, в попытке уменьшить образование побочных продуктов тригалогенметана, город Флинт начал добавлять в воду больше FeCl ₃, чтобы помочь удалить дополнительные органические материалы из этого источника воды.Однако они не смогли добавить никаких молекул, контролирующих коррозию, таких как ортофосфат. Многие водоочистные сооружения используют низкие концентрации ортофосфатов для взаимодействия со свинцом в трубах и образования нерастворимого фосфата свинца, который не проникает в водопровод (рис. 7.18). Отсутствие контроля над коррозией со стороны города Флинт в сочетании с повышенным количеством FeCl ₃ привело к резкому увеличению количества присутствующих ионов Cl ^—. Результатом было общее увеличение потенциала коррозии, измеряемого по массовому отношению хлорида к сульфату, от 0.45 для системы водоснабжения Детройта до 1,60 для новой системы водоснабжения реки Флинт. Имея такой потенциал коррозии, молекулы кислорода в воде начали окисляться и выделять растворимые формы свинца в водную систему (рис. 7.18). В дополнение к окисленным побочным продуктам свинца выделялись окисленные формы железа, вызывающие большее обесцвечивание воды.
Рис. 7.18. Процесс коррозии во время водного кризиса во Флинте, штат Мичиган.
Чтобы увидеть интерактивную анимацию этого химического процесса, посмотрите этот
Видео журнала Scientific American — Коррозионная химия: как свинец попал в питьевую воду Флинта
Из-за протеста общественности и отказа города Флинта принимать меры в связи с плохим качеством воды, компания Virgina Tech начала программу тестирования воды и обнаружила чрезвычайно высокие уровни свинца во многих домах во Флинте, штат Мичиган.CDC заявляет, что не существует безопасных уровней свинца, которые можно было бы употреблять, а стандарты EPA ограничивают содержание свинца в питьевой воде до 15 частей на миллиард. Самый высокий образец, зарегистрированный Технологическим институтом штата Вирджиния, составил 13 000 частей на миллиард из образца в доме Ли-Энн Уолтерс (рис. 7.17). Город Флинт вернулся к использованию системы водоснабжения Детройта в октябре 2015 года. Однако риск воздействия свинца на детей, находящихся в этом районе, превышающий установленные CDC предельные уровни в крови, за это время увеличился вдвое (рис. 7.19). Несколько ожидающих рассмотрения судебных исков в настоящее время находятся на рассмотрении из-за халатности властей города Флинт и органов, регулирующих качество воды в регионе.
Рисунок 7.19. Сравнение уровней свинца в крови во Флинте, штат Мичиган, до и после переключения на источник воды реки Флинт. Верхняя диаграмма показывает, что качество воды в 1 из 6 домов во Флинте, штат Мичиган, проверено выше пределов безопасности EPA для свинца после перехода на источник воды в реке Флинт. Нижняя панель показывает уровни свинца в крови у детей, регулярно проверяемые на уровни свинца в крови в районе как до, так и после перехода на новый источник воды. Источник: Flint Water Study
.
Предлагаемое задание: Учителя могут загрузить дискуссионное задание на тему «Экологическая несправедливость и влияние токсичного загрязнения воды во Флинте, штат Мичиган,
».
Flint Water Crisis Environmental Justice Assignment
7.11 Резюме
Чтобы убедиться, что вы понимаете материал этой главы, вам следует проанализировать значения терминов, выделенных жирным шрифтом в следующем резюме, и спросить себя, как они соотносятся с темами в главе.
Раствор представляет собой однородную смесь. Основным компонентом является растворитель , а второстепенным компонентом — растворенное вещество . Решения могут иметь любую фазу; например, сплав представляет собой твердый раствор.Растворенные вещества — растворимые или нерастворимые , что означает, что они растворяются или не растворяются в конкретном растворителе. Термины смешивающийся и несмешивающийся вместо растворимых и нерастворимых используются для жидких растворенных веществ и растворителей. Утверждение « как растворяется как » является полезным руководством для прогнозирования того, будет ли растворенное вещество растворяться в данном растворителе.
Растворение происходит путем сольватации , процесса, в котором частицы растворителя окружают отдельные частицы растворенного вещества, разделяя их с образованием раствора.Для водных растворов используется слово гидратация . Если растворенное вещество является молекулярным, оно растворяется на отдельные молекулы. Если растворенное вещество является ионным, отдельные ионы отделяются друг от друга, образуя раствор, который проводит электричество. Такие растворы называются электролитами . Если диссоциация ионов завершена, раствор представляет собой сильный электролит . Если диссоциация только частичная, раствор представляет собой слабый электролит . Растворы молекул не проводят электричество и называются неэлектролитами .
Количество растворенного вещества в растворе представлено концентрацией раствора. Максимальное количество растворенного вещества, которое будет растворяться в данном количестве растворителя, называется растворимостью растворенного вещества. Таких решений насыщенных . Растворы, у которых количество меньше максимального, — это ненасыщенных . Большинство растворов являются ненасыщенными, и их концентрацию можно указать разными способами. Массовый / массовый процент , объемный / объемный процент и массовый / объемный процент указывают процент растворенного вещества в общем растворе. частей на миллион (ppm) и частей на миллиард (ppb) используются для описания очень малых концентраций растворенного вещества. Молярность , определяемая как количество молей растворенного вещества на литр раствора, является стандартной единицей концентрации в химической лаборатории. Эквиваленты выражают концентрации в молях заряда на ионах. Когда раствор разбавляется, мы используем тот факт, что количество растворенного вещества остается постоянным, чтобы можно было определить объем или концентрацию конечного разбавленного раствора.Растворы известной концентрации можно приготовить либо путем растворения известной массы растворенного вещества в растворителе и разбавления до желаемого конечного объема, либо путем разбавления соответствующего объема более концентрированного раствора (исходный раствор ) до желаемого конечного объема.
Ключевые вынос
Концентрации раствора обычно выражаются в виде молярности и могут быть получены путем растворения известной массы растворенного вещества в растворителе или разбавления исходного раствора.
Концептуальные проблемы
Какое из представлений лучше всего соответствует 1 М водному раствору каждого соединения? Обоснуйте свои ответы.
NH ₃
HF
Канал ₃ Канал ₂ Канал ₂ ОН
Na ₂ SO ₄
Какое из представлений, показанных в задаче 1, лучше всего соответствует 1 М водному раствору каждого соединения? Обоснуйте свои ответы.
CH ₃ CO ₂ H
NaCl
Na ₂ S
Na ₃ PO ₄
ацетальдегид
Можно ли ожидать, что 1,0 М раствор CaCl ₂ будет лучше проводить электричество, чем 1,0 М раствор NaCl? Почему или почему нет?
Альтернативный способ определения концентрации раствора — моляльность , сокращенно м .Моляльность определяется как количество молей растворенного вещества в 1 кг растворителя . Чем это отличается от молярности? Ожидаете ли вы, что 1 M раствор сахарозы будет более или менее концентрированным, чем 1 m раствор сахарозы ? Поясните свой ответ.
Каковы преимущества использования решений для количественных расчетов?
Ответ
a) Nh4 — слабое основание, что означает, что некоторые молекулы будут принимать протон от молекул воды, заставляя их диссоциировать на ионы H + и -OH.Ион H + будет ассоциироваться с Nh4 с образованием Nh5 +. Таким образом, это будет больше всего похоже на стакан №2. б) HF — слабая кислота, хотя F сильно электроотрицателен. Это связано с тем, что молекула H-F может образовывать прочные водородные связи с молекулами воды и оставаться в ковалентной связи, которую труднее диссоциировать. Таким образом, стакан № 2 также является хорошим выбором для этой молекулы, так как только часть H-F будет диссоциировать на ионы h4O + и F-. c) CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH является ковалентным соединением и не будет диссоциировать в какой-либо заметной степени, поэтому стакан № 3 является правильным выбором.г) Na ₂ SO ₄ — это растворимое ионное соединение, которое полностью диссоциирует на ионы, больше всего напоминающие химический стакан № 1.
Да, потому что когда CaCl ₂ диссоциирует, он образует 3 иона (1 Ca ²⁺ и 2 иона Cl ^—), тогда как NaCl будет диссоциировать только на 2 иона (Na ⁺ и Cl ^—). для каждой молекулы. Таким образом, CaCl ₂ будет генерировать больше ионов на моль, чем 1 моль NaCl, и будет лучше проводить электричество.
Если количество вещества, необходимое для реакции, слишком мало для точного взвешивания, использование раствора вещества, в котором растворенное вещество диспергировано в гораздо большей массе растворителя, позволяет химикам измерить количество вещества. вещество, точнее.
Числовые задачи
Рассчитайте количество граммов растворенного вещества в 1.000 л каждого раствора.
0,2593 M NaBrO ₃
1.592 М КНО ₃
1,559 М уксусная кислота
0,943 M йодат калия
Рассчитайте количество граммов растворенного вещества в 1.000 л каждого раствора.
0,1065 млн бай ₂
1,135 M Na ₂ SO ₄
1,428 M NH ₄ Br
0,889 М ацетат натрия
Если все растворы содержат одно и то же растворенное вещество, какой раствор содержит большую массу растворенного вещества?
1.40 л 0,334 М раствора или 1,10 л 0,420 М раствора
25,0 мл 0,134 М раствора или 10,0 мл 0,295 М раствора
250 мл 0,489 М раствора или 150 мл 0,769 М раствора
Заполните следующую таблицу для 500 мл раствора.
Соединение Масса (г) Родинки Концентрация (М)
сульфат кальция 4,86
уксусная кислота 3.62
дигидрат йодистого водорода 1,273
бромид бария 3,92
глюкоза 0,983
ацетат натрия 2,42
Какая концентрация каждого вида присутствует в следующих водных растворах?
0,489 моль NiSO ₄ в 600 мл раствора
1.045 моль бромида магния в 500 мл раствора
0,146 моль глюкозы в 800 мл раствора
0,479 моль CeCl ₃ в 700 мл раствора
Какая концентрация каждого вида присутствует в следующих водных растворах?
0,324 моль K ₂ MoO ₄ в 250 мл раствора
0,528 моль формиата калия в 300 мл раствора
0,477 моль KClO ₃ в 900 мл раствора
0.378 моль йодида калия в 750 мл раствора
Какова молярная концентрация каждого раствора?
8,7 г бромида кальция в 250 мл раствора
9,8 г сульфата лития в 300 мл раствора
12,4 г сахарозы (C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁) в 750 мл раствора
14,2 г гексагидрата нитрата железа (III) в 300 мл раствора
Какова молярная концентрация каждого раствора?
12.8 г гидросульфата натрия в 400 мл раствора
7,5 г гидрофосфата калия в 250 мл раствора
11,4 г хлорида бария в 350 мл раствора
4,3 г винной кислоты (C ₄ H ₆ O ₆) в 250 мл раствора
Укажите концентрацию каждого реагента в следующих уравнениях, принимая 20,0 г каждого и объем раствора 250 мл для каждого реагента.
BaCl ₂ (водн.) + Na ₂ SO ₄ (водн.) →
Ca (OH) ₂ (водн.) + H ₃ PO ₄ (водн.) →
Al (NO ₃) ₃ (водн.) + H ₂ SO ₄ (водн.) →
Pb (NO ₃) ₂ (водн.) + CuSO ₄ (водн.) →
Al (CH ₃ CO ₂) ₃ (водн.) + NaOH (водн.) →
На эксперимент потребовалось 200.0 мл 0,330 М раствора Na ₂ CrO ₄. Для приготовления этого раствора использовали основной раствор Na ₂ CrO ₄, содержащий 20,0% растворенного вещества по массе с плотностью 1,19 г / см ³. Опишите, как приготовить 200,0 мл 0,330 М раствора Na ₂ CrO ₄ с использованием основного раствора.
Гипохлорит кальция [Ca (OCl) ₂] — эффективное дезинфицирующее средство для одежды и постельного белья. Если в растворе концентрация Ca (OCl) ₂ равна 3.4 г на 100 мл раствора, какова молярность гипохлорита?
Фенол (C ₆ H ₅ OH) часто используется в качестве антисептика в жидкостях для полоскания рта и пастилках для горла. Если в жидкости для полоскания рта концентрация фенола составляет 1,5 г на 100 мл раствора, какова молярность фенола?
Если таблетка, содержащая 100 мг кофеина (C ₈ H ₁₀ N ₄ O ₂), растворяется в воде с получением 10,0 унций раствора, какова молярная концентрация кофеина в растворе?
На этикетке определенного лекарства есть инструкция по добавлению 10.0 мл стерильной воды, заявив, что каждый миллилитр полученного раствора будет содержать 0,500 г лекарства. Если пациенту назначена доза 900,0 мг, сколько миллилитров раствора следует ввести?
ответы
а. 39,13 г б. 161,0 г c. 93,57 г г. 201,8 г
а. 1,40 л 0,334 М раствора, б. 25,0 мл 0,134 М раствора, c. 150 мл 0,769 М раствора
а.0.815 М, г. 2.09 М, c. 0.182 М, д. 0,684 M
а. 0.174 М, г. 0.297 М, c. 0,048 М, д. 0,135 М
а. BaCl ₂ = 0,384 M, Na ₂ SO ₄ = 0,563 M, б. Ca (OH) ₂ = 1,08 М, h4PO4 = 0,816 М, c. Al (NO ₃) ₃ = 0,376 M, H ₂ SO ₄ = 0,816 M, d. Pb (NO ₃) ₂ = 0,242 M, CuSO ₄ = 0,501 M, т.е. Al (CH ₃ CO ₂) = 0.392 M, NaOH = 2,00 M
1,74 × 10 ⁻³ M кофеин
(Вернуться к началу)
7.12 Ссылки
Чанг (Питер) Чие (2016) Неорганическая химия. Либретексты . Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Core/Inorganic_Chemistry/Chemical_Reactions/Chemical_Reactions_1/Solutions
Болл, Д.У., Хилл, Дж. У. и Скотт, Р. Дж. (2016) MAP: Основы общей, органической и биологической химии . Свободные тексты. Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Introductory_Chemistry_Textbook_Maps/Map%3A_The_Basics_of_GOB_Chemistry_(Ball_et_al.)
Аверилл, Б.А., Элдридж, П. (2012) Принципы химии . Свободные тексты. Доступно по адресу: https://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0/index.html
Гидрат. (2017, 30 августа).В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено 16:20, 26 сентября 2017 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Hydrate&oldid=798015169
.
Лоуэр, С. (2010). Растворы 1: Растворы и их концентрации. В онлайн-учебнике «Виртуальный учебник Chem1». Доступно по адресу: http://www.chem1.com/acad/webtext/solut/solut-1.html
Мичиганская сеть по охране окружающей среды детей (2013 г.) Здоровье окружающей среды детей в Мичигане.Вики по гигиене окружающей среды. Проверено 6 сентября 2018 г. по адресу: http://wiki.mnceh.org/index.php/Neurotoxicity:_Lead
.
авторов Википедии. (2018, 5 сентября). Отравление свинцом. В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено в 02:05, 7 сентября 2018 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Lead_poisoning&oldid=858177302
.
Ladapo, J.A., Mohammed, A.K., and Nwosu, V.C. (2017) Загрязнение свинцом во Флинте, Мичиган, США и других городах. Международный журнал экологического и научного образования, 11 (5): 1341-1351.Открытый доступ. Доступно по адресу: www.ijese.net/makale_indir/1899
Что такое буфер и как он работает? Вестлаб
Буфер — это водный раствор, который может противостоять значительным изменениям уровня pH при добавлении небольшого количества кислоты или щелочи. Каждый буфер характеризуется установленной «емкостью», которая определяется как количество сильной кислоты или основания, которое необходимо добавить, чтобы изменить pH одного литра раствора на одну единицу pH.Другими словами, буферная емкость — это количество кислоты или основания, которое может быть добавлено до того, как pH начнет значительно изменяться.
Диапазон буфера — это конкретный диапазон pH, в котором буфер эффективно нейтрализует добавленную кислоту или основание, сохраняя при этом почти постоянный pH. Емкость и диапазон конкретного буфера гарантирует, что добавленное небольшое количество кислоты / основания нейтрализуется и химическая реакция продолжается, не давая неверного результата для эксперимента / процесса. Проще говоря, буфер — это смесь слабой кислоты и ее сопряженного основания или слабого основания и сопряженной кислоты.
Есть два типа буферных растворов…
Кислотный буфер
Кислотные буферные растворы имеют pH менее 7. Обычно он состоит из слабой кислоты и одной из ее солей (часто называемых конъюгатом *). Обычно используемые кислотные буферные растворы представляют собой смесь этановой кислоты и этаноата натрия в растворе, который имеет pH 4,76 при смешивании в равных молярных концентрациях. Вы можете изменить pH буферного раствора, изменив соотношение кислоты к соли или выбрав другую кислоту и одну из ее солей.
Щелочной буфер
Щелочные буферные растворы имеют pH более 7 и состоят из слабого основания и одной из его солей. Очень часто используемый пример щелочного буферного раствора представляет собой смесь аммиака и раствора хлорида аммония. Если бы они были смешаны в равных молярных пропорциях, раствор имел бы pH 9,25.
Как работают буферы?
Буферы
работают путем нейтрализации любой добавленной кислоты (ионы H +) или основания (ионы OH-) для поддержания умеренного pH, делая их более слабой кислотой или основанием.Рассмотрим пример буфера, состоящего из слабого основного аммиака Nh4 и его сопряженной кислоты Nh5 +. Когда HCl (сильная кислота) добавляется к этой буферной системе, дополнительные ионы H +, добавленные в систему, потребляются Nh4 с образованием Nh5 +. Теперь, поскольку все лишние ионы H + заблокированы и образовали более слабую кислоту, Nh5 +, pH системы существенно не изменится. Точно так же, когда к этой буферной системе добавляется NaOH (сильное основание), ион аммония отдает протон основанию, превращаясь в аммиак и воду, таким образом нейтрализуя основание без какого-либо значительного изменения pH.
Существует термин, который мы называем «разрушение буферного раствора», который возникает, когда все основание и сопряженная с ним кислота (в приведенном выше случае Nh4 и Nh5 +) расходуются для нейтрализации добавленной кислоты или основания. Дальнейшее добавление кислоты или основания в буфер быстро изменит его pH. Таким образом, разрушение буфера — это его емкость, или, другими словами, это количество кислоты или основания, которое буфер может поглотить до того, как нарушит свою емкость. Следует отметить, что раствор со слабым основанием имеет более высокую буферную емкость для добавления сильной кислоты, а раствор слабой кислоты имеет более высокую буферную емкость для добавления сильного основания.
* Конъюгированная кислота — это разновидность, образованная за счет усиления протона основанием, в то время как, наоборот, конъюгированная кислота представляет собой разновидность, образованную отщеплением протона от кислоты.
Это можно понять с помощью следующего уравнения:
Кислота + Основание ⇌ Конъюгат Основание + Конъюгат Кислота
h3O (ж) + Nh4 (г) → OH- (водн.) + Nh5 + (водн.)
В этом уравнении h3O представляет собой конъюгированную кислоту, а соответствующее основание конъюгата представляет собой OH-, в то время как Nh4 и Nh5 + представляют собой основание и пару сопряженных с ним кислот.Здесь следует отметить, что чем сильнее кислота или основание, тем слабее конъюгат и чем слабее кислота или основание, тем сильнее конъюгат.
% PDF-1.2 % 786 0 объект > эндобдж xref 786 92 0000000016 00000 н. 0000002191 00000 п. 0000002370 00000 н. 0000002401 00000 п. 0000002458 00000 н. 0000003208 00000 н. 0000003390 00000 н. 0000003457 00000 н. 0000003618 00000 н. 0000003719 00000 н. 0000003827 00000 н. 0000003993 00000 п. 0000004178 00000 п. 0000004277 00000 н. 0000004456 00000 н. 0000004621 00000 н. 0000004766 00000 н. 0000004948 00000 н. 0000005048 00000 н. 0000005212 00000 н. 0000005324 00000 н. 0000005437 00000 н. 0000005559 00000 н. 0000005719 00000 н. 0000005810 00000 н. 0000005915 00000 н. 0000006016 00000 н. 0000006143 00000 н. 0000006265 00000 н. 0000006382 00000 п. 0000006495 00000 н. 0000006612 00000 н. 0000006719 00000 н. 0000006871 00000 н. 0000007000 00000 н. 0000007143 00000 н. 0000007244 00000 н. 0000007378 00000 н. 0000007512 00000 н. 0000007619 00000 н. 0000007767 00000 н. 0000007928 00000 п. 0000008048 00000 н. 0000008158 00000 п. 0000008298 00000 н. 0000008393 00000 п. 0000008490 00000 н. 0000008585 00000 н. 0000008678 00000 н. 0000008771 00000 п. 0000008865 00000 н. 0000008959 00000 н. 0000009053 00000 п. 0000009147 00000 н. 0000009241 00000 н. 0000009335 00000 п. 0000009429 00000 н. 0000009523 00000 н. 0000009617 00000 н. 0000009711 00000 н. 0000009805 00000 н. 0000009899 00000 н. 0000009993 00000 н. 0000010087 00000 п. 0000010181 00000 п. 0000010275 00000 п. 0000010370 00000 п. 0000010465 00000 п. 0000010560 00000 п. 0000010655 00000 п. 0000010750 00000 п. 0000010845 00000 п. 0000010940 00000 п. 0000011035 00000 п. 0000011130 00000 п. 0000011225 00000 п. 0000011320 00000 п. 0000011415 00000 п. 0000011510 00000 п. 0000011605 00000 п. 0000011700 00000 п. 0000011795 00000 п. 0000011890 00000 н. 0000011985 00000 п. 0000012080 00000 п. 0000012175 00000 п. 0000012293 00000 п. 0000012403 00000 п. 0000012893 00000 п. 0000012998 00000 н. 0000002499 00000 н. 0000003186 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 787 0 объект > эндобдж 788 0 объект [ 789 0 руб. ] эндобдж 789 0 объект > / F 831 0 R >> эндобдж 790 0 объект > эндобдж 876 0 объект > поток Hb«f` ؀, К L š
Использование химикатов для борьбы с микроорганизмами
Цели обучения
Понимать и сравнивать различные химические вещества, используемые для контроля роста микробов, включая их применение, преимущества и недостатки, химическую структуру и способ действия
Помимо физических методов борьбы с микробами, для контроля роста микробов также используются химические вещества.В качестве дезинфицирующих или антисептических средств можно использовать самые разные химические вещества. При выборе того, что использовать, важно учитывать тип целевого микроба; насколько чистым должен быть предмет; влияние дезинфицирующего средства на целостность изделия; его безопасность для животных, людей и окружающей среды; его расход; и простота использования. В этом разделе описывается множество химических веществ, используемых в качестве дезинфицирующих и антисептических средств, в том числе их механизмы действия и общие применения.
Фенолы
В 1800-х годах ученые начали экспериментировать с различными химическими веществами для дезинфекции.В 1860-х годах британский хирург Джозеф Листер (1827–1912) начал использовать карболовую кислоту, известную как фенол , в качестве дезинфицирующего средства для лечения хирургических ран (см. «Основы современной клеточной теории»). В 1879 году работа Листера вдохновила американского химика Джозефа Лоуренса (1836–1909) на разработку листерина, смеси нескольких родственных соединений на спиртовой основе, которая до сих пор используется в качестве перорального антисептика. Сегодня карболовая кислота больше не используется в качестве хирургического дезинфицирующего средства, поскольку она раздражает кожу, но химические соединения, содержащиеся в антисептических жидкостях для полоскания рта и пастилках для горла, называются фенольными соединениями .
Химически фенол состоит из бензольного кольца с группой –ОН, а фенольные соединения — это соединения, которые имеют эту группу как часть своей химической структуры. Фенольные соединения, такие как тимол и эвкалиптол , встречаются в растениях в природе. Другие фенольные соединения могут быть получены из креозота, компонента каменноугольной смолы. Фенольные смолы, как правило, стабильны, устойчивы на поверхности и менее токсичны, чем фенол. Они подавляют рост микробов, денатурируя белки и разрушая мембраны.
Рисунок 1.Фенол и фенольные соединения использовались для контроля роста микробов. (а) Химическая структура фенола, также известного как карболовая кислота. (b) о-фенилфенол, тип фенола, использовался в качестве дезинфицирующего средства, а также для контроля роста бактерий и грибков на собранных цитрусовых. (c) Гексахлорофен, другой фенол, известный как бисфенол (два кольца), является активным ингредиентом pHisoHex.
Со времен Листера несколько фенольных соединений использовались для контроля роста микробов.Фенольные соединения, такие как крезолов (метилированные фенолы) и о-фенилфенол , были активными ингредиентами в различных составах лизола с момента его изобретения в 1889 году. О-фенилфенол также широко использовался в сельском хозяйстве для контроля роста бактерий и грибов на собранных культурах, особенно цитрусовых фрукты, но его использование в Соединенных Штатах сейчас гораздо более ограничено. Дезинфицирующее средство бисфенол гексахлорофен является активным ингредиентом pHisoHex, моющего средства для местного применения, широко используемого для мытья рук в больницах.pHisoHex особенно эффективен против грамположительных бактерий, в том числе вызывающих стафилококковые и стрептококковые инфекции кожи. pHisoHex раньше использовался для купания младенцев, но эта практика была прекращена, поскольку было показано, что воздействие гексахлорофена может привести к неврологическим проблемам.
Триклозан — еще одно соединение бисфенола, которое за последние несколько десятилетий широко использовалось в антибактериальных продуктах. Первоначально использовавшийся в зубных пастах, триклозан теперь широко используется в мыле для рук и часто пропитывается широким спектром других продуктов, включая разделочные доски, ножи, занавески для душа, одежду и бетон, чтобы сделать их противомикробными.Он особенно эффективен против грамположительных бактерий на коже, а также некоторых грамотрицательных бактерий и дрожжей.
Триклозан: антибактериальный избыток?
Мыло для рук и другие чистящие средства часто продаются как «антибактериальные», предполагая, что они обеспечивают более высокий уровень чистоты, чем обычное мыло и моющие средства. Но действительно ли антибактериальные ингредиенты в этих продуктах безопасны и эффективны?
Около 75% жидкого антибактериального мыла для рук и 30% мыла для мыла содержат химический триклозан, фенол.Триклозан блокирует фермент в пути биосинтеза жирных кислот бактерий, который не встречается в сопоставимых путях у человека. Хотя использование триклозана в домашних условиях резко возросло в течение 1990-х годов, более чем 40-летние исследования, проведенные FDA, не дали убедительных доказательств того, что мытье с продуктами, содержащими триклозан, обеспечивает большую пользу для здоровья по сравнению с мытьем с традиционным мылом. Хотя некоторые исследования показывают, что после мытья с мылом на основе триклозана на руках может оставаться меньше бактерий, по сравнению с традиционным мылом, нет доказательств, указывающих на снижение передачи бактерий, вызывающих респираторные и желудочно-кишечные заболевания.Короче говоря, мыло с триклозаном может удалить или убить еще несколько микробов, но этого недостаточно для уменьшения распространения болезни.
Возможно, более тревожным является то, что выявлены некоторые явные риски, связанные с мылом на основе триклозана. Широкое использование триклозана привело к увеличению числа устойчивых к триклозану штаммов бактерий, в том числе имеющих клиническое значение, таких как Salmonella enterica ; эта устойчивость может сделать триклозан бесполезным в качестве антибактериального средства в долгосрочной перспективе. Бактерии могут легко приобрести устойчивость к триклозану за счет изменения одного гена, кодирующего целевой фермент в пути синтеза жирных кислот бактериями.Другие дезинфицирующие средства с менее специфическим механизмом действия гораздо менее склонны к возникновению резистентности, потому что для этого потребуется гораздо больше, чем одно генетическое изменение.
Использование триклозана в течение последних нескольких десятилетий также привело к накоплению этого химического вещества в окружающей среде. Триклозан в мыле для рук попадает непосредственно в канализационные и канализационные системы в результате мытья рук. Там его антибактериальные свойства могут подавлять или уничтожать бактерии, ответственные за разложение сточных вод, вызывая засорение и резервное копирование септических систем.В конце концов, триклозан из сточных вод попадает в поверхностные воды, ручьи, озера, отложения и почвы, разрушая естественные популяции бактерий, которые выполняют важные экологические функции, такие как подавление роста водорослей. Триклозан также проникает в тела земноводных и рыб, где он может действовать как эндокринный разрушитель. Обнаруживаемые уровни триклозана также были обнаружены в различных жидкостях организма человека, включая грудное молоко, плазму и мочу. Фактически, исследование, проведенное CDC, обнаружило определяемые уровни триклозана в моче у 75% из 2 517 человек, прошедших тестирование в 2003–2004 годах.Это открытие вызывает еще большее беспокойство, учитывая доказательства того, что триклозан может влиять на иммунную функцию человека.
В декабре 2013 года FDA дало производителям мыла срок до 2016 года, чтобы доказать, что антибактериальное мыло имеет значительное преимущество по сравнению с традиционным мылом; если это не удастся, производители будут вынуждены удалить эти продукты с рынка.
Рис. 2. Триклозан является обычным ингредиентом антибактериального мыла, несмотря на доказательства того, что он представляет опасность для окружающей среды и здоровья и не приносит значительной пользы для здоровья по сравнению с обычным мылом.(кредит b, c: модификация работы FDA)
Подумай об этом
Почему триклозан больше похож на антибиотик, чем на традиционное дезинфицирующее средство?
Тяжелые металлы
Одними из первых использованных химических дезинфицирующих средств и антисептиков были тяжелых металлов . Тяжелые металлы убивают микробы, связываясь с белками, тем самым подавляя ферментативную активность. Тяжелые металлы олигодинамичны, что означает, что очень небольшие концентрации проявляют значительную антимикробную активность.Ионы тяжелых металлов прочно связываются с серосодержащими аминокислотами и биоаккумулируются в клетках, позволяя этим металлам достигать высоких локальных концентраций. Это приводит к денатурированию белков.
Тяжелые металлы не являются избирательно токсичными для микробных клеток. Они также могут биоаккумулироваться в клетках человека или животных, а чрезмерные концентрации могут оказывать токсическое воздействие на людей. Если, например, в организме накапливается слишком много серебра, это может привести к состоянию, называемому argyria , при котором кожа становится необратимо серо-голубой.Один из способов снизить потенциальную токсичность тяжелых металлов — это тщательно контролировать продолжительность воздействия и концентрацию тяжелых металлов.
Рис. 3. Тяжелые металлы денатурируют белки, нарушая функцию клеток и, таким образом, придавая им сильные антимикробные свойства. (а) Медь в светильниках, подобных этой дверной ручке, убивает микробы, которые в противном случае могли бы накапливаться на поверхностях, к которым часто прикасаются. (б) Столовая посуда содержит небольшое количество серебра для подавления роста микробов. (c) Инкубаторы обычно проходят через медные линии, чтобы свести к минимуму загрязнение клеточных культур, хранящихся внутри.(d) Антисептические жидкости для полоскания рта обычно содержат хлорид цинка. (e) Этот пациент страдает аргирией, необратимым заболеванием, вызванным биоаккумуляцией серебра в организме. (Фото b: модификация работы «Shoshanah» / Flickr; кредит e: модификация работы Герберта Л. Фреда и Хендрика А. ван Дейка)
Меркурий
Ртуть — это пример тяжелого металла, который в течение многих лет использовался для контроля роста микробов. Его использовали на протяжении многих веков для лечения сифилиса. Соединения ртути, такие как хлорид ртути , в основном бактериостатические и обладают очень широким спектром активности.Различные формы ртути связываются с серосодержащими аминокислотами в белках, подавляя их функции.
В последние десятилетия использование таких соединений сократилось из-за токсичности ртути. Он токсичен для центральной нервной, пищеварительной и почечной систем в высоких концентрациях и оказывает негативное воздействие на окружающую среду, включая биоаккумуляцию в рыбе. Когда-то широко использовались местные антисептики, такие как меркурохром , который содержит ртуть в низких концентрациях, и мертиолат , настойка (раствор ртути, растворенной в спирте).Однако из-за опасений по поводу использования соединений ртути эти антисептики больше не продаются в Соединенных Штатах.
Серебро
Серебро издавна использовалось как антисептик. В древности питьевая вода хранилась в серебряных кувшинах. Крем сильваден обычно используется для лечения местных ран и особенно полезен для предотвращения инфицирования ожоговых ран. Когда-то капли нитрата серебра обычно наносили на глаза новорожденных для защиты от ophthalmia neonatorum , глазных инфекций, которые могут возникнуть из-за воздействия патогенов в родовых путях, но сейчас чаще используются кремы с антибиотиками.Серебро часто сочетается с антибиотиками, что делает их в тысячи раз более эффективными. Серебро также обычно вводят в катетеры и повязки, делая их противомикробными; однако есть свидетельства того, что тяжелые металлы также могут усиливать селекцию по устойчивости к антибиотикам.
Медь, никель и цинк
Некоторые другие тяжелые металлы также обладают антимикробной активностью. Сульфат меди — это распространенный альгицид , используемый для контроля роста водорослей в плавательных бассейнах и аквариумах.Использование металлической меди для минимизации роста микробов также становится все более распространенным. Медные футеровки в инкубаторах помогают снизить загрязнение клеточных культур. Использование медных горшков для хранения воды в слаборазвитых странах исследуется как способ борьбы с диарейными заболеваниями. Медные покрытия также становятся популярными для часто обрабатываемых предметов, таких как дверные ручки, фурнитура для шкафов и другие приспособления в медицинских учреждениях, в попытке уменьшить распространение микробов.
Покрытия из никеля и цинка теперь используются аналогичным образом. Другие формы цинка, включая хлорид цинка и оксид цинка , также используются в коммерческих целях. Хлорид цинка вполне безопасен для человека и обычно содержится в жидкостях для полоскания рта, что значительно увеличивает срок их действия. Оксид цинка содержится в различных продуктах, включая антисептические кремы для местного применения, такие как лосьон с каламином, мази для подгузников, детская присыпка и шампуни от перхоти.
Подумай об этом
Почему многие тяжелые металлы являются противомикробными и токсичными для человека?
Галогены
Другими химическими веществами, обычно используемыми для дезинфекции, являются галогенов йод , хлор и фтор .Йод действует путем окисления клеточных компонентов, в том числе серосодержащих аминокислот, нуклеотидов и жирных кислот, и дестабилизации макромолекул, содержащих эти молекулы. Его часто используют в качестве настойки для местного применения, но он может вызвать окрашивание или раздражение кожи. Йодофор представляет собой соединение йода в комплексе с органической молекулой, тем самым повышая стабильность йода и, в свою очередь, его эффективность. Один из распространенных йодофоров — это , повидон-йод , который включает увлажняющий агент, который относительно медленно выделяет йод.Бетадин — это марка повидон-йода, обычно используемая медицинским персоналом в качестве скраба для рук перед операцией и для местной антисептики кожи пациента перед разрезом.
Рис. 4. (а) Бетадин представляет собой раствор йодофорного повидон-йода. (б) Он обычно используется в качестве местного антисептика на коже пациента перед разрезом во время операции. (кредит b: модификация работы Эндрю Ратто)
Хлор — еще один галоген, обычно используемый для дезинфекции. Когда газообразный хлор смешивается с водой, образуется сильный окислитель, называемый хлорноватистой кислотой, который не заряжен и легко проникает в клетки.Газообразный хлор обычно используется в городских очистных сооружениях питьевой воды и сточных вод, в результате чего образующаяся хлорноватистая кислота оказывает фактическое противомикробное действие. Лица, работающие на водоочистных сооружениях, должны проявлять большую осторожность, чтобы свести к минимуму воздействие газообразного хлора на себя. Гипохлорит натрия является химическим компонентом обычного бытового отбеливателя , а также используется для самых разных целей дезинфекции. Соли гипохлорита, в том числе гипохлориты натрия и кальция, используются для дезинфекции бассейнов.Газообразный хлор, гипохлорит натрия и гипохлорит кальция также широко используются в качестве дезинфицирующих средств в пищевой и ресторанной промышленности для уменьшения распространения болезней пищевого происхождения. Работники этих отраслей также должны заботиться о том, чтобы правильно использовать эти продукты, чтобы обеспечить свою безопасность, а также безопасность потребителей. В недавнем совместном заявлении, опубликованном Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций (ФАО) ООН и ВОЗ, указано, что ни одно из многих полезных применений хлористых продуктов в пищевой промышленности для сокращения распространения болезней пищевого происхождения не представляет риска для потребителей.
Другой класс хлорированных соединений, хлораминов , широко используется в качестве дезинфицирующих средств. Хлорамины относительно стабильны, выделяя хлор в течение длительного времени. Хлорамины представляют собой производные аммиака путем замещения одного, двух или всех трех атомов водорода атомами хлора.
Рис. 5. Монохлорамин, один из хлораминов, получают из аммиака путем замены одного атома водорода на атом хлора.
Хлорамины и другие соединения холора могут использоваться для дезинфекции питьевой воды, и таблетки хлорамина часто используются военными для этой цели.После стихийного бедствия или другого события, которое ставит под угрозу коммунальное водоснабжение, CDC рекомендует дезинфицировать водопроводную воду, добавляя небольшое количество обычного бытового отбеливателя. Недавние исследования показывают, что дихлоризоцианурат натрия (NaDCC) также может быть хорошей альтернативой для дезинфекции питьевой воды. В настоящее время таблетки NaDCC доступны для общего использования и для использования военными, отдыхающими или людьми, нуждающимися в экстренных случаях; для этих целей NaDCC предпочтительнее таблеток хлорамина. Двуокись хлора, газообразный агент, используемый для фумигации и стерилизации закрытых помещений, также обычно используется для дезинфекции воды.
Хотя хлорированные соединения являются относительно эффективными дезинфицирующими средствами, у них есть свои недостатки. Некоторые из них могут вызвать раздражение кожи, носа или глаз у некоторых людей, и они не могут полностью уничтожить определенные выносливые организмы из загрязненной питьевой воды. Например, гриб Cryptosporidium имеет защитную внешнюю оболочку, которая делает его устойчивым к хлорированным дезинфицирующим средствам. Таким образом, в экстренных случаях рекомендуется кипячение питьевой воды, когда это возможно.
Галоген фтор, как известно, обладает антимикробными свойствами, которые способствуют предотвращению кариеса зубов (кариес). Фтор — это основной активный ингредиент зубной пасты, который также обычно добавляют в водопроводную воду, чтобы помочь общинам поддерживать здоровье полости рта. Химически фторид может включаться в гидроксиапатит зубной эмали, делая его более устойчивым к коррозионным кислотам, образующимся при ферментации микробов полости рта. Фторид также увеличивает поглощение ионов кальция и фосфата зубной эмалью, способствуя реминерализации.Помимо укрепления эмали, фторид также обладает бактериостатическим действием. Он накапливается в бактериях, образующих зубной налет, нарушая их метаболизм и снижая выработку кислот, способствующих разрушению зубов.
Подумай об этом
В чем преимущество хлорамина перед гипохлоритом при дезинфекции?
Спирты
Спирты составляют еще одну группу химикатов, обычно используемых в качестве дезинфицирующих и антисептических средств. Они работают за счет быстрой денатурирования белков, что препятствует клеточному метаболизму, и за счет разрушения мембран, что приводит к лизису клеток.После денатурирования белки могут потенциально повторно укладываться, если в растворе присутствует достаточно воды. Спирты обычно используются при концентрации около 70% водного раствора и, фактически, лучше работают в водных растворах, чем 100% спиртовые растворы. Это потому, что спирты коагулируют белки. При более высоких концентрациях спирта быстрая коагуляция поверхностных белков препятствует эффективному проникновению в клетки. Наиболее часто используемые спирты для дезинфекции — это этиловый спирт (этанол) и изопропиловый спирт (изопропанол, медицинский спирт).
Спирты, как правило, обладают бактерицидным и фунгицидным действием, но также могут быть вирусными только для вирусов в оболочке. Хотя спирты не обладают спороцидным действием, они подавляют процессы споруляции и прорастания. Спирты летучие и быстро сохнут, но они также могут вызывать раздражение кожи, поскольку обезвоживают кожу в месте нанесения. Одно из распространенных клинических применений спиртов — это мазок с кожи для удаления зародышей перед иглой. Спирты также являются активными ингредиентами дезинфицирующих средств для рук быстрого приготовления , которые приобрели популярность в последние годы.Спирт в этих дезинфицирующих средствах для рук действует как денатурируя белки, так и разрушая мембрану микробных клеток, но не будет работать эффективно в присутствии видимой грязи.
Наконец, спирты используются для приготовления настоек с другими антисептиками, такими как настойки йода, обсуждавшиеся ранее в этой главе. В целом спирты недороги и достаточно эффективны для дезинфекции широкого спектра вегетативных микробов. Однако одним из недостатков спиртов является их высокая летучесть, что ограничивает их эффективность сразу после нанесения.
Рис. 6. (a) Этиловый спирт, опьяняющий ингредиент алкогольных напитков, также широко используется в качестве дезинфицирующего средства. (б) Изопропиловый спирт, также называемый медицинским спиртом, имеет родственную молекулярную структуру и является еще одним широко используемым дезинфицирующим средством. (кредит фото: модификация работы Д. Кутзи; кредит b фото: модификация работы Крейга Спурриера)
Подумай об этом
Назовите хотя бы три преимущества спиртов как дезинфицирующих средств.
Опишите несколько конкретных применений спиртов, используемых в дезинфицирующих средствах.
ПАВ
Поверхностно-активные вещества или поверхностно-активные вещества представляют собой группу химических соединений, снижающих поверхностное натяжение воды. Поверхностно-активные вещества являются основными ингредиентами мыла и моющих средств . Мыла представляют собой соли длинноцепочечных жирных кислот и имеют как полярные, так и неполярные области, что позволяет им взаимодействовать с полярными и неполярными областями в других молекулах. Они могут взаимодействовать с неполярными маслами и жирами, создавая эмульсии в воде, разрыхляя и удаляя грязь и микробы с поверхностей и кожи.Мыло не убивает и не подавляет рост микробов, поэтому не считается антисептиком или дезинфицирующим средством. Однако правильное использование мыла механически уносит микроорганизмы, эффективно очищая от зародышей на поверхности. Некоторые мыла содержат добавленные бактериостатические агенты, такие как триклокарбан или клофлукарбан , соединения, структурно родственные триклозану, которые придают мылу антисептические свойства или дезинфицирующие .
Рис. 7. Мыла представляют собой соли (натриевая соль на иллюстрации) жирных кислот и обладают способностью эмульгировать липиды, жиры и масла, взаимодействуя с водой через их гидрофильные головки и с липидами на их гидрофобных хвостах.
Однако мыло часто образует пленки, которые трудно смыть, особенно в жесткой воде, содержащей высокие концентрации минеральных солей кальция и магния. Моющие средства содержат молекулы синтетических поверхностно-активных веществ как с полярными, так и с неполярными областями, которые обладают сильной очищающей активностью, но более растворимы даже в жесткой воде и, следовательно, не оставляют мыльных отложений. Анионные моющие средства , такие как те, которые используются для стирки, имеют отрицательно заряженный анион на одном конце, прикрепленный к длинной гидрофобной цепи, тогда как катионные моющие средства вместо этого имеют положительно заряженный катион.Катионные детергенты включают важный класс дезинфицирующих и антисептических средств, называемых солями четвертичного аммония (quats) , названными в честь характерного четвертичного атома азота, который придает положительный заряд. В целом четвертичные соединения обладают свойствами, аналогичными фосфолипидам, имея гидрофильные и гидрофобные концы. Таким образом, четвертичные соединения обладают способностью вставляться в бактериальный фосфолипидный бислой и нарушать целостность мембраны. Катионный заряд четвертичных соединений, по-видимому, придает их антимикробные свойства, которые уменьшаются при нейтрализации.Кваты обладают рядом полезных свойств. Они стабильны, нетоксичны, недороги, не имеют цвета, запаха и вкуса. Они обладают бактерицидным действием, разрушая мембраны. Они также активны против грибов, простейших и вирусов в оболочке, но эндоспоры не затрагиваются. В клинических условиях они могут использоваться в качестве антисептиков или для дезинфекции поверхностей. Смеси четвертичных также часто встречаются в бытовых чистящих и дезинфицирующих средствах, в том числе во многих современных составах продуктов марки Lysol, которые содержат хлоридов бензалкония в качестве активных ингредиентов.Хлориды бензалкония, наряду с хлоридом цетилпиримидина quat , также содержатся в таких продуктах, как антисептики для кожи, полоскания для полости рта и жидкости для полоскания рта.
Рис. 8. (a) Двумя общими четвертичными соединениями являются хлорид бензилалкония и хлорид цетилпиримидина. Обратите внимание на гидрофобную неполярную углеродную цепь на одном конце и азотсодержащий катионный компонент на другом конце. (b) Quats способны проникать в фосфолипидные плазматические мембраны бактериальных клеток и нарушать их целостность, что приводит к гибели клетки.
Подумай об этом
Почему мыло не считается дезинфицирующим средством?
Правильное мытье рук
Мытье рук имеет решающее значение для общественного здравоохранения, и ему следует уделять особое внимание в клинических условиях. Для широкой публики CDC рекомендует для мытья рук до, во время и после работы с пищевыми продуктами; до еды; до и после общения с больным человеком; до и после обработки раны; после посещения туалета или смены подгузников; после кашля, чихания или сморкания; после обработки мусора; и после взаимодействия с животным, его кормом или отходами.На рис. 9 показаны пять этапов правильного мытья рук, рекомендованных CDC.
Мытье рук еще более важно для медицинских работников, которым следует тщательно мыть руки между каждым контактом с пациентом, после снятия перчаток, после контакта с биологическими жидкостями и потенциально инфекционными фомитами, а также до и после оказания хирургу помощи при проведении инвазивных процедур. Даже при использовании надлежащей хирургической одежды, в том числе перчаток, чистка во время операции требует больше усилий, чем обычное мытье рук.Цель хирургической очистки — уменьшить нормальную микробиоту на поверхности кожи, чтобы предотвратить попадание этих микробов в хирургические раны пациента.
Не существует единого общепринятого протокола хирургической чистки. Протоколы продолжительности чистки могут зависеть от применяемого противомикробного препарата; медицинские работники всегда должны проверять рекомендации производителя. По данным Ассоциации хирургических технологов (AST), хирургические скрабы могут выполняться с использованием щеток или без них.
Рис. 9. (a) CDC рекомендует для обычного мытья рук пять шагов. (b) Хирургическая чистка более обширна и требует очистки, начиная с кончиков пальцев, до кистей и предплечий, а затем до локтей, как показано здесь. (кредит а: модификация работы Всемирной организации здравоохранения)
Чтобы узнать больше о правильном мытье рук, посетите веб-сайт CDC.
Бисбигуаниды
Бисбигуаниды были впервые синтезированы в 20 веке и представляют собой катионные (положительно заряженные) молекулы, известные своими антисептическими свойствами.Одним из важных антисептиков бисбигуанида является хлоргексидин . Он обладает активностью широкого спектра действия против дрожжей, грамположительных и грамотрицательных бактерий, за исключением Pseudomonas aeruginosa , у которых может развиться устойчивость при многократном воздействии. Хлоргексидин разрушает клеточные мембраны и обладает бактериостатическим действием при более низких концентрациях или бактерицидным при более высоких концентрациях, при которых он фактически вызывает застывание цитоплазматического содержимого клеток.Он также действует против вирусов в оболочке. Однако хлоргексидин малоэффективен против Mycobacterium tuberculosis и вирусов без оболочки, а также не является спороцидным. Хлоргексидин обычно используется в клинических условиях в качестве хирургического скраба и для других целей мытья рук для медицинского персонала, а также для местного антисептического действия у пациентов перед операцией или инъекцией иглы. Он более стойкий, чем йодофоры, обеспечивая длительное противомикробное действие.Растворы хлоргексидина также можно использовать в качестве ополаскивателей для полости рта после пероральных процедур или для лечения гингивита. Другой бисбигуанид, алексидин , набирает популярность в качестве хирургического скраба и средства для полоскания полости рта, поскольку действует быстрее, чем хлоргексидин.
Рис. 10. Бисбигуаниды хлоргексадин и алексидин — катионные антисептические соединения, обычно используемые в качестве хирургических скрабов.
Подумай об этом
Какие два эффекта хлоргексидин оказывает на бактериальные клетки?
Алкилирующие агенты
Алкилирующие агенты представляют собой группу сильнодействующих дезинфицирующих химикатов, которые действуют путем замены атома водорода в молекуле на алкильную группу (C _n H _{2n + 1}), тем самым инактивируя ферменты и нуклеиновые кислоты.Алкилирующий агент формальдегид (CH ₂ OH) обычно используется в растворе с концентрацией 37% (известный как формалин ) или как газообразное дезинфицирующее средство и биоцид. Это сильнодействующее дезинфицирующее средство и биоцид широкого спектра действия, способное убивать бактерии, вирусы, грибки и эндоспоры, что приводит к стерилизации при низких температурах, что иногда является удобной альтернативой более трудоемким методам тепловой стерилизации. Он также связывает белки и широко используется в качестве химического фиксатора.Из-за этого он используется для хранения образцов тканей и в качестве жидкости для бальзамирования. Он также использовался для инактивации инфекционных агентов при приготовлении вакцины. Формальдегид очень раздражает живые ткани, а также является канцерогенным; поэтому он не используется в качестве антисептика.
Глутаральдегид структурно подобен формальдегиду, но имеет две реакционноспособные альдегидные группы, что позволяет ему действовать быстрее, чем формальдегид. Он обычно используется в виде 2% раствора для стерилизации и продается под торговой маркой Cidex.Он используется для дезинфекции различных поверхностей, хирургического и медицинского оборудования. Однако, как и формальдегид, глутаральдегид раздражает кожу и не используется в качестве антисептика.
Новый тип дезинфицирующего средства, набирающий популярность для дезинфекции медицинского оборудования, — это о-фталевый альдегид (OPA), который содержится в некоторых новых составах Cidex и аналогичных продуктов, заменяя глутаральдегид. о-Фталальдегид также имеет две реакционноспособные альдегидные группы, но они связаны ароматическим мостиком.Считается, что о-фталальдегид действует аналогично глютаральдегиду и формальдегиду, но гораздо менее раздражает кожу и носовые ходы, имеет минимальный запах, не требует обработки перед использованием и более эффективен против микобактерий.
Оксид этилена — это тип алкилирующего агента, который используется для газовой стерилизации. Он обладает высокой проникающей способностью и может стерилизовать предметы в пластиковых пакетах, такие как катетеры, одноразовые предметы в лабораториях и клинических учреждениях (например, упакованные чашки Петри) и другое оборудование.Воздействие оксида этилена — это форма холодной стерилизации, что делает его полезным для стерилизации термочувствительных предметов. Однако следует соблюдать осторожность при использовании окиси этилена; он канцерогенный, как и другие алкилирующие агенты, а также очень взрывоопасен. При осторожном использовании и надлежащей аэрации продуктов после обработки оксид этилена очень эффективен, и стерилизаторы оксида этилена обычно используются в медицинских учреждениях для стерилизации упакованных материалов.
β-Пропионолактон представляет собой алкилирующий агент с химической структурой, отличной от других уже рассмотренных.Как и другие алкилирующие агенты, β-пропионолактон связывается с ДНК, тем самым инактивируя ее. Это прозрачная жидкость с сильным запахом, которая убивает эндоспоры. Таким образом, он использовался либо в жидкой форме, либо в виде пара для стерилизации медицинских инструментов и тканевых трансплантатов, и он является обычным компонентом вакцин, используемых для поддержания их стерильности. Он также использовался для стерилизации питательного бульона, а также плазмы крови, молока и воды. Он быстро метаболизируется животными и людьми до молочной кислоты.Однако он также является раздражителем и может привести к необратимому повреждению глаз, почек или печени. Кроме того, было показано, что он канцерогенный для животных; таким образом, необходимы меры предосторожности, чтобы свести к минимуму воздействие β-пропионолактона на человека.
Рис. 11. (a) Алкилирующие агенты заменяют атомы водорода алкильными группами. Здесь гуанин алкилируется, в результате чего образуется водородная связь с тимином, а не с цитозином. (б) Химические структуры нескольких алкилирующих агентов.
Подумай об этом
В какой химической реакции участвуют алкилирующие агенты?
Почему алкилирующие агенты не используются в качестве антисептиков?
Дихард Прионс
Прионы, бесклеточные неправильно свернутые белки, ответственные за неизлечимые и смертельные заболевания, такие как куру и болезнь Крейтцфельдта-Якоба (см. Вироиды, вирусоиды и прионы), как известно, трудно уничтожить.Прионы чрезвычайно устойчивы к нагреванию, химическим веществам и радиации. Они также чрезвычайно заразны и смертельно опасны; таким образом, обращение с предметами, инфицированными прионами, и их утилизация требуют обширного обучения и особой осторожности.
Типичные методы дезинфекции могут снизить, но не устранить инфекционность прионов. Автоклавирование не является полностью эффективным, равно как и химические вещества, такие как фенол, спирты, формалин и β-пропиолактон. Даже при фиксации в формалине пораженные ткани головного и спинного мозга остаются заразными.
Персонал, работающий с зараженными образцами или оборудованием или работающий с инфицированными пациентами, должен носить защитное пальто, защиту лица и перчатки, устойчивые к порезам. Любой контакт с кожей необходимо немедленно промыть теплой водой с моющим средством, не используя скребок. Затем кожу следует промыть 1 N NaOH или разбавлением 1:10 отбеливателем в течение 1 минуты. Загрязненные отходы необходимо сжигать или автоклавировать в сильном щелочном растворе, а инструменты необходимо очистить и пропитать сильным щелочным раствором.
Для получения дополнительной информации об обращении с животными и материалами, загрязненными прионами, посетите руководящие принципы, опубликованные на веб-сайтах CDC и ВОЗ.
Пероксигены
Пероксигены — сильные окислители, которые можно использовать в качестве дезинфицирующих или антисептических средств. Наиболее широко используемый пероксид — это перекись водорода (H ₂ O ₂), которая часто используется в растворах для дезинфекции поверхностей, а также может использоваться в качестве газообразного агента. Растворы перекиси водорода — недорогие кожные антисептики, которые распадаются на воду и кислород, оба из которых являются экологически безопасными.Это разложение ускоряется в присутствии света, поэтому растворы перекиси водорода обычно продаются в коричневых или непрозрачных бутылках. Одним из недостатков использования перекиси водорода в качестве антисептика является то, что она также вызывает повреждение кожи, которое может замедлить заживление или привести к образованию рубцов. Очистители контактных линз часто содержат перекись водорода в качестве дезинфицирующего средства.
Перекись водорода производит свободные радикалы, которые повреждают клеточные макромолекулы. Перекись водорода имеет широкий спектр действия, действуя против грамположительных и грамотрицательных бактерий (с немного большей эффективностью против грамположительных бактерий), грибов, вирусов и эндоспор.Однако бактерии, вырабатывающие детоксифицирующие кислород ферменты , каталазу или пероксидазу , могут иметь внутреннюю толерантность к низким концентрациям перекиси водорода. Чтобы убить эндоспоры, необходимо увеличить продолжительность воздействия или концентрацию растворов перекиси водорода. Газообразная перекись водорода имеет большую эффективность и может использоваться в качестве стерилизатора для помещений или оборудования.
Рис. 12. Каталаза ферментативно превращает перекись водорода с высокой реакционной способностью (H ₂ O ₂) в воду и кислород.Перекись водорода можно использовать для очистки ран. Перекись водорода используется для стерилизации таких предметов, как контактные линзы. (кредитные фотографии: модификация работы Керри Чешик)
Плазма, горячий ионизированный газ, описываемый как четвертое состояние вещества, полезен для стерилизации оборудования, поскольку проникает через поверхности и убивает вегетативные клетки и эндоспоры. Перекись водорода и перуксусная кислота , другой обычно используемый пероксид, могут вводиться в виде плазмы. Перуксусную кислоту можно использовать в качестве стерилизатора жидкости или плазмы, поскольку она легко убивает эндоспоры, более эффективна, чем перекись водорода даже при довольно низких концентрациях, и невосприимчива к инактивации каталазами и пероксидазами.Он также распадается на экологически безвредные соединения; в данном случае уксусная кислота и кислород.
Другие примеры пероксигенов включают пероксид бензоила и пероксид карбамида . Пероксид бензоила — это пероксид, который используется в растворах для лечения акне. Он убивает бактерии Propionibacterium acnes , которые связаны с акне. Перекись карбамида, ингредиент, используемый в зубной пасте, представляет собой пероксид, который борется с биопленками полости рта, вызывающими обесцвечивание зубов и неприятный запах изо рта (неприятный запах изо рта).Наконец, озон газ представляет собой перекисный кислород с дезинфицирующими свойствами и используется для очистки воздуха или воды. В целом пероксигены высокоэффективны и широко используются, не опасаясь окружающей среды.
Подумай об этом
Как перекиси убивают клетки?
Сверхкритические жидкости
В течение последних 15 лет использование сверхкритических жидкостей , особенно сверхкритического диоксида углерода (scCO ₂), стало популярным для некоторых применений стерилизации.Когда углекислый газ доводится до давления, примерно в 10 раз превышающего атмосферное, он достигает сверхкритического состояния, которое имеет физические свойства между жидкостями и газами. Материалы, помещенные в камеру, в которой таким образом создается давление диоксида углерода, можно стерилизовать из-за способности scCO ₂ проникать через поверхности.
Сверхкритический диоксид углерода проникает в клетки и образует угольную кислоту , тем самым значительно снижая pH клетки. Этот метод эффективен против вегетативных клеток, а также используется в сочетании с перуксусной кислотой для уничтожения эндоспор.Его эффективность также может быть усилена повышением температуры или быстрыми циклами повышения и понижения давления, которые с большей вероятностью вызывают лизис клеток.
Преимущества scCO ₂ включают инертные, нетоксичные и негорючие свойства диоксида углерода, и этот протокол эффективен при низких температурах. В отличие от других методов, таких как нагревание и облучение, которые могут разрушить стерилизуемый объект, использование scCO ₂ сохраняет целостность объекта и обычно используется для обработки пищевых продуктов (включая специи и соки) и медицинских устройств, таких как эндоскопы.Он также набирает популярность для дезинфекции таких тканей, как кожа, кости, сухожилия и связки, перед трансплантацией. scCO ₂ также может использоваться для борьбы с вредителями, поскольку он может убивать яйца и личинки насекомых в продуктах.
Подумай об этом
Почему использование сверхкритического диоксида углерода становится все более популярным в коммерческих и медицинских целях?
Химические консерванты для пищевых продуктов
Chemical консерванты используются для подавления роста микробов и минимизации порчи некоторых пищевых продуктов.Обычно используемые химические консерванты включают сорбиновую кислоту , бензойную кислоту и пропионовую кислоту и их более растворимые соли сорбат калия , бензоат натрия и пропионат кальция , все из которых используются для контроля рост плесени в кислой пище. Каждый из этих консервантов нетоксичен и легко метаболизируется человеком. Они также не имеют вкуса, поэтому не влияют на вкус сохраняемых продуктов.
Сорбиновая и бензойная кислоты проявляют повышенную эффективность при снижении pH. Считается, что сорбиновая кислота действует путем ингибирования различных клеточных ферментов, в том числе ферментов цикла лимонной кислоты, а также каталаз и пероксидаз . Он добавляется в качестве консерванта в самые разные продукты, включая молочные продукты, хлеб, фрукты и овощи. Бензойная кислота естественным образом содержится во многих фруктах и ягодах, специях и ферментированных продуктах. Считается, что он работает за счет снижения внутриклеточного pH, препятствуя таким механизмам, как окислительное фосфорилирование , и поглощение молекул, таких как аминокислоты, клетками.Продукты, консервированные бензойной кислотой или бензоатом натрия, включают фруктовые соки, джемы, мороженое, выпечку, безалкогольные напитки, жевательную резинку и соленые огурцы.
Считается, что
пропионовая кислота ингибирует ферменты и снижает внутриклеточный pH, действуя аналогично бензойной кислоте. Однако пропионовая кислота является более эффективным консервантом при более высоком pH, чем сорбиновая кислота или бензойная кислота. Пропионовая кислота естественным образом вырабатывается некоторыми сырами во время их созревания и добавляется в другие виды сыра и выпечку для предотвращения заражения плесенью.Его также добавляют в сырое тесто для предотвращения заражения бактериями Bacillus mesentericus , из-за которых хлеб становится вязким.
Другие широко используемые химические консерванты включают диоксид серы и нитритов . Диоксид серы предотвращает потемнение продуктов и используется для консервирования сухофруктов; его использовали в виноделии с давних времен. Газообразный диоксид серы легко растворяется в воде, образуя сульфитов .Хотя сульфиты могут метаболизироваться в организме, у некоторых людей есть аллергия на сульфиты, включая астматические реакции. Кроме того, сульфиты разлагают тиамин, важный нутриент в некоторых продуктах питания. Механизм действия сульфитов не совсем ясен, но они могут препятствовать образованию дисульфидной связи в белках, подавляя ферментативную активность. В качестве альтернативы они могут снижать внутриклеточный pH клетки, вмешиваясь в механизмы, управляемые протонной движущей силой.
нитритов добавляют в переработанное мясо для сохранения цвета и остановки прорастания эндоспор Clostridium botulinum .Нитриты восстанавливаются до оксида азота , который реагирует с гемовыми группами и железо-серными группами. Когда оксид азота вступает в реакцию с гемовой группой миоглобина мяса, образуется красный продукт, придающий мясу красный цвет. Альтернативно, считается, что когда азотная кислота реагирует с ферментом железо-сера , ферредоксином в бактериях, этот переносчик электронной транспортной цепи разрушается, предотвращая синтез АТФ. Однако нитрозамины являются канцерогенными и могут вырабатываться при воздействии консервированного нитритом мяса (например,г., хот-доги, мясо для обеда, колбаса для завтрака, бекон, мясо в консервированных супах) для разогрева во время приготовления.
Природные химические консерванты для пищевых продуктов
Открытие природных антимикробных веществ, продуцируемых другими микробами, пополнило арсенал консервантов, используемых в пищевых продуктах. Низин представляет собой антимикробный пептид, продуцируемый бактерией Lactococcus lactis и особенно эффективен против грамположительных организмов. Низин действует, нарушая производство клеточной стенки, делая клетки более склонными к лизису.Его используют для консервирования сыров, мяса и напитков.
Натамицин — противогрибковый макролидный антибиотик, продуцируемый бактерией Streptomyces natalensis . Он был одобрен FDA в 1982 году и используется для предотвращения роста грибков в различных типах молочных продуктов, включая творог, нарезанный сыр и тертый сыр. Натамицин также используется для консервирования мяса за пределами США.
Подумай об этом
Каковы преимущества и недостатки использования сульфитов и нитритов в качестве пищевых консервантов?
Основные понятия и краткое изложение
Тяжелые металлы , включая ртуть, серебро, медь и цинк, давно используются для дезинфекции и консервации, хотя некоторые из них связаны с токсичностью и экологическими рисками.
Галогены , включая хлор, фтор и йод, также обычно используются для дезинфекции. Для дезинфекции воды обычно используются соединения хлора, включая гипохлорита натрия , хлораминов и диоксида хлора . Йод, содержащийся как в настойке , так и в форме йодофора , является эффективным антисептиком.
Спирты , включая этиловый спирт и изопропиловый спирт, обычно представляют собой антисептики, которые действуют путем денатурирования белков и разрушения мембран.
Фенольные смолы — стабильные дезинфицирующие средства длительного действия, которые денатурируют белки и разрушают мембраны. Они обычно входят в состав бытовых чистящих средств, жидкостей для полоскания рта и дезинфицирующих средств в больницах, а также используются для консервирования собранного урожая.
Фенольное соединение триклозан , обнаруженное в антибактериальном мыле, пластике и текстиле, технически является антибиотиком из-за его специфического механизма действия, подавляющего синтез жирных кислот бактериями.
Поверхностно-активные вещества , включая мыло и моющие средства, снижают поверхностное натяжение воды для создания эмульсий, которые механически уносят микробы.Мыло — это длинноцепочечные жирные кислоты, а моющие средства — синтетические поверхностно-активные вещества.
Соединения четвертичного аммония ( кват. ) являются катионными детергентами, разрушающими мембраны. Они используются в бытовых чистящих средствах, дезинфицирующих средствах для кожи, ополаскивателях для полости рта и полосканиях для рта.
Бисбигуаниды разрушают клеточные мембраны, в результате чего содержимое клеток превращается в гель. Хлоргексидин и алексидин обычно используются для хирургических скрабов, для мытья рук в клинических условиях и в рецептурных полосканиях для полости рта.
Алкилирующие агенты эффективно стерилизуют материалы при низких температурах, но являются канцерогенными и могут также вызывать раздражение тканей. Глутаральдегид и о-фталевый альдегид используются в качестве дезинфицирующих средств в больницах, но не в качестве антисептиков. Формальдегид используется для хранения образцов тканей, как жидкость для бальзамирования, а также в вакцинах для инактивации инфекционных агентов. Оксид этилена — это газовый стерилизатор, который может проникать в термочувствительные упакованные материалы, но также является взрывоопасным и канцерогенным.
Пероксигены , включая перекись водорода , перуксусную кислоту , перекись бензоила и газ озон, являются сильными окислителями, которые производят свободные радикалы в клетках, повреждая их макромолекулы. Они экологически безопасны и являются высокоэффективными дезинфицирующими и антисептическими средствами.
Углекислый газ под давлением в форме сверхкритической жидкости легко проникает в упакованные материалы и клетки, образуя угольную кислоту и снижая внутриклеточный pH.Сверхкритический диоксид углерода неактивен, нетоксичен, негорючий и эффективен при низких температурах для стерилизации медицинских устройств, имплантатов и трансплантированных тканей.
Химические консерванты добавляются в различные пищевые продукты. Сорбиновая кислота , бензойная кислота , пропионовая кислота и их более растворимые соли ингибируют ферменты или снижают внутриклеточный pH.
Сульфиты используются в виноделии и пищевой промышленности для предотвращения потемнения продуктов.
Нитриты используются для сохранения мяса и поддержания цвета, но приготовление мяса с сохранением нитрита может привести к образованию канцерогенных нитрозаминов.
Низин и натамицин — это природные консерванты, используемые в сырах и мясе. Низин эффективен против грамположительных бактерий, а натамицин — против грибков.
Множественный выбор
Что из перечисленного относится к дезинфицирующему химическому веществу, растворенному в спирте?
йодофор
настойка
фенольный
пероксид
Показать ответ
г.Настойка относится к дезинфицирующему химическому веществу, растворенному в спирте.
Какой из следующих пероксигенов широко используется в качестве дезинфицирующего средства в домашних условиях, стоит недорого и разлагается на воду и газообразный кислород?
перекись водорода
перуксусная кислота
пероксид бензоила
озон
Показать ответ
а. Перекись водорода широко используется в качестве дезинфицирующего средства в домашних условиях, стоит недорого и распадается на воду и газообразный кислород.
Какие из следующих химических пищевых консервантов используются в винодельческой промышленности, но могут вызывать астматические реакции у некоторых людей?
нитриты
сульфитов
пропионовая кислота
бензойная кислота
Показать ответ
г.Сульфиты используются в винной промышленности, но у некоторых людей могут вызывать астматические реакции.
Отбеливатель — пример какой группы химикатов используется для дезинфекции?
тяжелые металлы
галогены
кв.
бисбигуанидов
Показать ответ
г. Отбеливатель — это пример галогенов.
Какой химический дезинфектант действует путем метилирования ферментов и нуклеиновых кислот и известен своей токсичностью и канцерогенностью?
кислота сорбиновая
триклозан
формальдегид
гексаклорофен
Показать ответ
г.Формальдегид действует путем метилирования ферментов и нуклеиновых кислот и известен своей токсичностью и канцерогенностью.
Заполните бланк
Дверные ручки и другие поверхности в клинических условиях часто покрываются ________, ________ или ________ для предотвращения передачи микробов.
Покажи ответ
Дверные ручки и другие поверхности в клинических условиях часто покрывают медью , никелем и цинком для предотвращения передачи микробов.
Верно / Неверно
Мыло классифицируется как дезинфицирующее средство.
Соединения на основе ртути перестали использоваться в качестве консервантов и антисептиков.
Подумай об этом
Какой раствор этилового спирта более эффективен для подавления роста микробов: 70% раствор или 100% раствор? Почему?
Когда вместо автоклавирования можно использовать обработку газа для контроля роста микробов? Какие есть примеры?
В чем преимущество йодофора перед йодом или йодной настойкой?
Глядя на рисунок 11, у какого алкилирующего агента отсутствует альдегидная группа?
Считаете ли вы, что произведенные естественным путем противомикробные продукты, такие как низин и натамицин, должны заменить сорбиновую кислоту для консервирования пищевых продуктов? Почему или почему нет?
Почему для хирургической чистки необходимо использовать дезинфицирующие средства для кожи, а не для повседневного мытья рук?
.
No related posts.

Соединение	Масса (г)	Родинки	Концентрация (М)
сульфат кальция	4,86
уксусная кислота		3.62
дигидрат йодистого водорода			1,273
бромид бария	3,92
глюкоза			0,983
ацетат натрия		2,42

Решение контрольных работ по химии: Контрольные работы по химии на заказ, заказать контрольную по химии

Заказать контрольную по химии в Москве

Преимущества покупки контрольной работы по химии

От чего зависит стоимость работы по химии

Решение задач по химии. Контрольные работы по химии для студентов.

Примеры контрольных работ:

?Заказать решение контрольных работ по химии

Где заказать контрольную по химии недорого?

Решение контрольных работ по химии 👇 на заказ

Контрольные по химии

Гарантии:

Что можно заказать:

Решение контрольных работ по химии на заказ в санкт-Петербурге (Спб).

Выполним на заказ

Решение контрольных работ по химии на заказ

В итоге у Нас:

Закажите звонок

Заказать контрольную работу по химии, доступные цены

Как решить задания контрольной работы по предмету Химия

Помощь в контрольных работах по химии для студентов вуза

Как купить контрольную работу по курсу «Общая и неорганическая химия»

Сколько стоит решить контрольную по химии

11.1: Управление с обратной связью — Engineering LibreTexts

Введение

Управление с обратной связью

Отрицательная обратная связь

Положительная обратная связь

Приложения

CSTR с управлением обратной связью

Преимущества и недостатки

Управление по замкнутому циклу в сравнении с управлением по разомкнутому циклу

Меры контроля при оценке опасности

Средства инженерного контроля

Административный контроль

Средства индивидуальной защиты (СИЗ)

Температура и скорость химической реакции | Глава 6: Химические изменения

Урок 6.4

Ключевые понятия

Сводка

Объектив

Оценка

Безопасность

Материалы для демонстрации

Материалы для каждой группы

Проведите демонстрацию светящихся палочек, чтобы представить идею о том, что температура может влиять на скорость химической реакции.

Вопрос для расследования

Материалы для демонстрации

Подготовка учителей

Спросите студентов:

Процедура

Ожидаемые результаты

Спросите студентов:

Спросите студентов, как они могут поставить эксперимент, чтобы выяснить, влияет ли температура реагентов на скорость реакции.

Спросите студентов:

Попросите учащихся нагреть пару реагентов и охладить другую и сравнить количество продуктов в каждой реакции.

Вопрос для расследования

Материалы для каждой группы

Процедура

Приготовьте раствор пищевой соды

Приготовьте раствор хлорида кальция

Нагрев и охлаждение растворов

Объедините решения

Ожидаемые результаты

Обсудите наблюдения студентов.

Спросите студентов:

Спросите студентов:

Представьте идею о том, что для протекания некоторых химических реакций необходимо добавлять энергию.

Глава 7 — Растворы — Химия

Ключевые вынос

Концептуальные проблемы

Ответ

Числовые задачи

ответы

Что такое буфер и как он работает? Вестлаб

Есть два типа буферных растворов…

Как работают буферы?

Использование химикатов для борьбы с микроорганизмами

Цели обучения

Фенолы

Триклозан: антибактериальный избыток?