N.Одним из методов определения поверхности полидисперсных твердых тел является метод гетерогенного изотопного обмена.
Изотопный обмен - самопроизвольный процесс перераспределения изотопов одного элемента между разными фазами.
К насыщенному раствору, находящемуся в равновесии с твердой фазой, добавляют порцию того же насыщенного раствора, но содержащего радиоактивную метку (радиоактивные атомы того же химического элемента, находящиеся в той же химической форме, что и не радиоактивные атомы в насыщенном растворе). Физико-химическое поведение радиоактивных и не радиоактивных атомов одного элемента идентично. Если осадок предварительно стабилизирован (длительно выдерживался в насыщенном растворе), то можно считать, что в изотопном обмене участвует только поверхностный (мономолекулярный) слой твердой фазы. После установления равновесия изотопного обмена для поверхностного слоя и раствора выполняется соотношение:
N т : Nт*= Np : Np* ,
где Np и Np*т* - число нерадиоактивных и радиоактивных атомов, соответственно; т - твердая фаза, р - раствор. По результатам распределения радиоактивного изотопа между насыщенным раствором и поверхностью осадка при равновесии можно рассчитать поверхность осадка.
Для определения поверхности SrF2 взяли 80 мл (V1) водной суспензии, содержащей 0,60 г твердой фазы в насыщенном растворе SrF2. К суспензии добавили 20 мл (V2) насыщенного при той же температуре водного раствора SrF2, меченого радиоактивным изотопом 89Sr; удельная радиоактивность раствора V 2 равна: ао = 2100 Бк/мл. После достижения равновесия удельная радиоактивность раствора, полученного при сливании V1 и V2 стала равной : а = 400 Бк/мл. Произведение растворимости фторида стронция равно: ПР(SrF2) = 2,5 · 10-9 ; плотность твердого фторида стронция r(SrF2) равна 4,24 г/см 3; Ar(Sr) = 87; Ar(F) = 19. Фторид стронция обладает гранецентрированной кубической решеткой, примите, что "молекула SrF2" имеет форму куба.
Период полураспада 89Sr Т1/2 = 50,5 дня; 1 Бк = распад/с. Радиоактивный распад описывается уравнением кинетики 1-го порядка:
dN/dt = - N.
1.Приведите размерность ПР(SrF2).
2.Раствор V2 содержит как SrF2, так и 89SrF2 . Сопоставьте содержание каждого из фторидов в единице объема раствора V2 (моль/л).
3.Приведите (качественно) вид кривой изменения радиоактивности раствора от начала опыта (t=0) во времени.
4.Как будет выглядеть эта же кривая , если эксперимент проводить со свежеприготовленным (не стабилизированным) осадком? Все кривые приведите на одном графике. Обоснуйте вид кривых.
5.Получите выражение для площади 
, занимаемой на
поверхности осадка одной "молекулой фторида
стронция".
6.Получите уравнение для расчета удельной поверхности осадка S см2/г.
7.Рассчитайте удельную поверхность S см2 /г исследуемого образца фторида стронция.
8.Можно ли использовать метод изотопного обмена для определения поверхности в системе твердая фаза - насыщенный пар?
При попытке перекристаллизовать безводный нитрат некоторого металла из органического растворителя, относящегося к циклическим соединениям, были получены кристаллы комплексного соединения, содержащего по результатам химического анализа 26,6% металла, 34,3% нитрат-ионов, 17,7% углерода. ИК-спектроскопическое исследование показало, что в состав кристаллов входит вода. Нагревание кристаллов в атмосфере аргона сопровождается рядом тепловых эффектов. Так, при 110оС наблюдается эндотермический эффект, отвечающий потере одной молекулы растворителя (уменьшение составляет 16,2% от исходной массы навески). При дальнейшем нагревании (около 200оС )наблюдается сильный и слабый (850оС) экзотермические эффекты, причем последний не сопровождается изменением веса образца.
1. Какой металл входит в состав комплекса и как можно получить его безводный нитрат?
2. Какой растворитель использовался для перекристаллизации нитрата?
3. Установите состав комплекса и приведите его предполагаемую координационную формулу. Какое координационное число атома металла реализуется, на Ваш взгляд, в этом комплексе?
4. Предложите возможные причины появления воды в составе комплекса, если авторы работали (по их утверждению) с "тщательно осушенным растворителем".
5. Какова природа двух экзоэффектов при термолизе кристаллов комплекса? Приведите уравнения реакций разложения комплекса в инертной атмосфере и при нагревании на воздухе. Каков конечный продукт термолиза в обоих случаях?
6. Координация растворителя сопровождается низкочастотным смещением многих полос поглощения в его ИК-спектре. Наибольший сдвиг отвечает полосам в области 1100 - 1000 см -1. Как Вы думаете, каким колебаниям отвечают эти частоты?
Длительное нагревание (250оС, 6 атм.) смеси, образовавшейся при пропускании 11 л газообразного хлороводорода в 100 г анилина, приводит к образованию соединения Х1, нерастворимого в водных растворах кислот и щелочей. Если Х1 обработать избытком нитрующей смеси, то образуется соединение , нерастворимое в кислотах, но хорошо растворимое в растворах аммиака и соды. Из водно-аммиачного раствора может быть выделен краситель ауранция, а при добавлении к содовому раствору Y водного раствора хлорида калия выпадает осадок Z, сжигание 1,00 г которого в атмосфере кислорода дает 0,145 г несгораемого остатка.
1. Напишите формулы веществ X1, Y, Z и уравнения проведенных реакций.
2.Какое практическое применение в лабораторной практике имеют вещества Х1 и Y?
3. Напишите уравнения реакций образования соединений Х2 и Х3, которые будут получаться вместо Х1 при замене хлороводорода на серную и муравьиную кислоты.
4. Объясните поведение соединений Х1 и Y в кислых и щелочных растворах.
Задача N4При взаимодействии 4,95 г галогенпроизводного А (в масс-спектре А имеются два пика, отвечающих молекулярным ионам, с разницей m/e в две единицы и соотношением интенсивностей 3:1) с 15,3 г газообразного соединения Б, содержащего 31,1% азота по массе, при 60° С под давлением образовалось 8,5 г соединения Х и растворимая в воде смесь В. Раствор В в воде разделили на две равные части и подействовали на них избытком растворов AgNO3 и Pb(NO3)2 соответственно. В первом случае выпало 3,05 г, а во втором - более 10,5 г осадка.
Соединение Х - зеленая флуоресцирующая жидкость, нерастворимая в воде и применяющаяся в сцинтилляционных детекторах. В ПМР спектре Х содержит единственный синглет, а в 13С-ЯМР - два сигнала с соотношением интегральных интенсивностей 4:1. Это вещество быстро окисляется кислородом воздуха с яркой зелено-голубой хемилюменисценцией с образованием единственного продукта - жидкости Г, являющейся апротонным биполярным растворителем. При взаимодействии Х с бромом образуется растворимый в воде дибромид Д. При решении задачи выходы реакций принять количественными.
1. Приведите структурные формулы зашифрованных соединений, напишите уравнения соответствующих реакций и определите состав смеси В. Ответ подтвердите расчетами.
2. Объясните растворимость в воде вещества Д на основании представлений об электронном строении Х. Как, по Вашему мнению, будет вести себя Х в кислых водных растворах?
3. По другой методике 13 г соединения Х можно получить, обрабатывая 11,05 г Е металлическим литием в ТГФ (при этом цвет становится практически черным, а затем изменяется на красный), с последующей обработкой полученного Ж метилиодидом. Соединение Е при гидролизе образует три соединения. Определите соединения Е и Ж, напишите уравнение гидролиза Е и объясните описанные изменения окраски.
4. Объясните описанный масс-спектр соединения А.