离子的极化与水溶性

Question

离子的极化与水溶性

Answer 1

　 离子的极化(Ionic
polarization)由法扬斯(Fajans)首先提出。离子极化指的是在离子化合物中，正、负离子的电子云分布在对方离子的电场作用下，发生变形的现象。离子极化能对金属化合物性质产生影响。
狭义地讲指物质在水中的溶解性质，广义地讲指物质在极性溶剂中的溶解性质。
　　在离子化合物中，正、负离子的电子云分布在对方离子的电场作用下，发生变形的现象。离子极化使正、负离子之间在原静电相互作用的基础上又附加以新的作用，它是由离子在极化时产生的诱导偶极矩μ引起的。μ与电场强度E的比值μ/E称为极化率，它可作为离子可极化性大小的量度。正、负离子虽可互相极化，但一般说，由于正离子半径小，电子云不易变形，可极化性小，主要作为极化者;负离子恰好相反，是被极化者。离子极化的结果使离子键成分减少，而共价键成分增加，从而产生一定的结构效应，影响化合物的物理、化学性质。离子极化可使键力加强、键长缩短、键的极性降低以至结构型式变异，从离子晶体的高对称结构向层型结构过渡。折叠编辑本段首先提出离子的极化(Ionic polarization) 法扬斯(Fajans)首先提出折叠离子的极化a.离子在外电场或另外离子的影响下，原子核与电子云会发生相对位移而变形的现象，称为离子的极化。b.极化作用(polarization power) 离子使异号离子极化的作用，称为极化作用。c.极化率(或变形性)(polarizability) 被异号离子极化而发生电子云变形的能力，称为极化率或变形性。(2) 无论是正离子或负离子都有极化作用和变形性两个方面，但是正离子半径一般比负离子小，所以正离子的极化作用大，而负离子的变形性大。负离子对正离子的极化作用(负离子变形后对正离子电子云发生变形)，称为附加极化作用。(3) 离子的极化作用可使典型的离子键向典型的共价键过渡。这是因为正、负离子之间的极化作用，加强了"离子对"的作用力，而削弱了离子对与离子对之间的作用力的结果。Fig. 8.8 Polarization effect between cation and anion折叠离子极化作用的规律a.正离子电荷越高，半径越小，离子势φ(Z / r)越大，则极化作用越强。b.在相同离子电荷和半径相近的情况下，不同电子构型的正离子极化作用不同:8电子构型 < 9-17电子构型 < (18，18+2) 电子构型。例如: r(Hg)= 102pm， r(Ca)= 100pm，但Hg的极化作用大于Ca解释:(i) 由于d态电子云空间分布的特征，使其屏蔽作用小(ii) 由于d态电子云本身易变形，因此d电子的极化和附加极化作用都要比相同电荷、相同半径的8电子构型的离子的极化和附加极化作用大。c.负离子的电荷越高，半径越大，变形性越大。例如:FClO2>ClO3>ClO4折叠离子极化对金属化合物性质的影响a.金属化合物熔点的变化 MgCl2>CuCl2b.金属化合物溶解性的变化 AgF>AgCl>AgBr>AgI，这是由于从F到 I离子受到Ag的极化作用而变形性增大的缘故。c.金属盐的热稳定性 NaHCO3的热稳定性小于Na2CO3。从BeCO3 BaCO3热稳定性增大，金属离子对O离子的反极化作用(相对于把C与O看作存在极化作用)越强，金属碳酸盐越不稳定。d.金属化合物的颜色的变化 极化作用越强，金属化合物的颜色越深。AgCl(白)，AgBr(浅黄)，AgI(黄)HgCl2(白)，HgBr2(白)，HgI2(红)e.金属化合物晶型的转变 CdS:r+ / r- = 97pm/184pm = 0.53>0.414，理应是NaCl型，即六配位，实际上，CdS晶体是四配位的ZnS型。这说明r+ / r-<0.414。这是由于离子极化，电子云进一步重叠而使r+ / r- 比值变小的缘故。f.离子极化增强化合物导电性和金属性 在有的情况下，阴离子被阳离子极化后，使电子脱离阴离子而成为自由电子，这样就使离子晶体向金属晶体过渡，化合物的电导率、金属性都相应增强，如FeS、CoS、NiS都有一定的金属性。元素的离子分类与极化关系1.惰性气体型离子惰性气体型离子指最外层具8或2个电子，构型与惰性气体原子一样的离子。在元素周期表中，位于第IA,IIA,VIIA各主族和第二、三周期元素(除H和惰性气体原子外)多属该类型离子。这类元素电离势较低，离子半径较大，易与氧结合成氧化物或含氧盐矿物，所以也常称作亲氧元素。形成的矿物多为造岩矿物，所以也称作亲石元素。2.铜型离子t铜型离子指最外层电子有18或18+2个，构型与一价铜离子最外电子层相同的离子。在元素周期表中，位于第四、五、六周期之IB、IIB、IIIA、VIA各族元素均属铜型离子。这类元素电离势较高，离子半径较小，极化能力强，易与硫结合成硫化物或其类似化合物矿物，亦称作亲硫元素或造矿元素。3.过渡型离子过渡型离子指最外电子层为9~17个电子的不稳定离子。周期表中第四、五、六周期IIIB~VIIB及VIII族，序号小于104的元素属过渡型元素。这类离子中，Mn族左侧者常表现出与惰性气体型离子类似的性质，为亲氧性过渡型离子，其右侧者表现出与铜型离子类似的性质，为亲铜性过渡型离子。
　　具有水溶性的物质分子中通常含有极性基团如-OH、-SO3H、-NH2、-NHR、-COOH等或不太长的碳链。水是最廉价的溶剂，来源广，无污染。水溶性高分子之所以溶于水，是因为在水分子与聚合物的极性侧基之间形成了氢键。水溶性高分子的溶解具有一个重要的条件，即溶质和溶剂的溶度参数必须相近，但这仅为溶解的必要条件而非充分条件，还需考虑高分子的结晶结构的影响。譬如，能溶于水的树脂叫水溶性树脂，以水溶性树脂为主要成分的涂料叫水溶性涂料，易溶于水的磷肥叫水溶性磷肥。水溶性维生素水溶性彩色铅笔水溶性润滑剂水溶性铅笔
水溶性安全套水溶性彩铅 水溶性胶水
水溶性避孕套水溶性珍珠粉水溶性树脂折叠编辑本段水溶性聚合物(PAM)为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。折叠阴离子聚丙烯酰胺阴离子聚丙烯酰胺(APAM)产品描述:阴离子聚丙烯酰胺(APAM)外观为白色粉粒，分子量从600万到2500万水溶解性好，能以任意比例溶解于水且不溶于有机溶剂。有效的PH值范围为7到14，在中性碱性介质中呈高聚合物电解质的特性，与盐类电解质敏感，与高价金属离子能交联成不溶性凝胶体。工业废水处理:对于悬浮颗粒，较出、浓度高、粒子带阳电荷，水的PH值为中性或碱性的污水，钢铁厂废水，电镀厂废水，冶金废水，洗煤废水等污水处理，效果最好。饮用水处理:我国很多自来水厂的水源来自江河，泥沙及矿物质含量高，比较浑浊，虽经过沉淀过滤，仍不能达到要求，需要投加絮凝剂，投加量是无机絮凝剂的1/50，但效果是无机絮凝剂的几倍，对于有机物污染严重的江河水可采用无机絮凝剂和阳离子聚丙烯酰胺配合使用效果更好。淀粉厂及酒精厂的流失淀粉酒糟的回收:很多淀粉厂的废水内含淀粉很多，现投加阴离子聚丙烯酰胺，使淀粉微粒絮凝沉淀，然后将沉淀物经压滤机压滤变成饼状，可作饲料，酒精厂的酒精也可采用阴离子聚丙烯酰胺脱水，压滤进行回收。用于河水泥浆沉降。用于造纸干强剂。用于造纸助剂、助率剂。在造纸前泵口式储浆池中加入微量PAM-LB-3阴离子聚丙烯酰胺可使水中填料与细小纤维在网上存留提高20-30%。每吨可节约纸浆20-30kg。举例:在洗煤过程中产生大量废水，直接排放污染环境，必须沉清后循环利用，回收水中煤泥，也很有价值，但靠自然沉降，费时费力，同时水也不清。另外，阴离子聚丙烯酰胺在制香行业的应用也越来越受欢迎，阴离子聚丙烯酰胺产品特点:具溶解性好，粘度高，韧性强，易燃无(少)烟、燃烧无异味、无毒等特点;产品性能稳定，避免了其它植物胶粉和普通淀粉因产地、时间不同，粘结质量参差不齐，在香业生产时需要反复调试配方，以免造成产品质量不稳定的现象;香制品外表光洁平整、成型好、不易破碎;尤其是其冷水可糊化性，无需煮糊，将物料直接混和均匀、加水搅拌既可生产，而且加水混合后的物料较长时间放置也不会有物料干硬无法使用的现象发生，有效地节约了能源和方便了生产操作。使用效果:使用本产品做成的香坯(香制品)外观平整、无断裂、无霉斑，抗折力强，产品成色好、烘晒后不褪色，燃点时间足，可燃性好，过铁齿盘不"断头"熄火，有利于蚊香有效成份的挥散率的提高及可减少成品在烘干过程中的损失，同时，可大大减轻工人的劳动强度、提高工作效率。此外，本品对环境无污染，可满足绿色环保方面对产品的要求。经济效益:使用本产品可减少原料成本5-12%,节约能耗20-30%。折叠阳离子聚丙烯酰胺阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)产品特性:阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)外观为白色粉粒，离子度从20%到55%水溶解性好，能以任意比例溶解于水且不溶于有机溶剂。呈高聚合物电解质的特性，适用于带阴电荷及富含有机物的废水处理。适用于染色、造纸、食品、建筑、冶金、选矿、煤粉、油田、水产加工与发酵等行业有机胶体含量较高的废水处理，特别适用于城市污水、城市污泥、造纸污泥及其它工业污泥的脱水处理。用途1)用于污泥脱水根据污泥性质可选用本产品的相应型号，可有效在污泥进入压滤之前进行污泥脱水，脱水时，产生絮团大，不粘滤布，压滤时不散，流泥饼较厚，脱水效率高，泥饼含水率在80%以下。2)用于生活污水和有机废水的处理，本产品在配性或碱性介质中均呈现阳电性，这样对污水中悬浮颗粒带阴电荷的污水进行絮凝沉淀，澄清很有效。如生产粮食酒精废水，造纸废水，城市污水处理厂的废水，啤酒废水，味精厂废水，制糖废水，有机含量高
废水、饲料废水，纺织印染废水等，用阳离子聚丙烯酰胺要比用阴离子、非离子聚丙烯酰胺或无机盐类效果要高数倍或数十倍，因为这类废水普遍带阴电荷。3)用于以江河水作水源的自来水的处理絮凝剂，用量少，效果好，成本低，特别是和无机絮凝剂复合使用效果更好，它将成为治长江、黄河及其它流域的自来水厂的高效絮凝剂。4)造纸用增强剂及其它助剂。提高填料、颜料等存留率、纸张的强度。5)用于油田经学助剂，如粘土防膨剂，油田酸化用稠化剂。6)用于纺织上浆剂、浆液性能稳定、落浆少、织物断头率低、布面光洁。折叠非离子聚丙烯酰胺产品特性:非离子聚丙烯酰胺系列产品是具有高分子量的低离子度的线性高聚物。由于其具有特殊的基团，便赋予它具有絮凝、分散、增稠、粘结、成膜、凝胶、稳定胶体的作用。污水处理剂:当悬浮性污水显酸性时，采用非离子聚丙烯酰胺作絮凝剂较为合适。这时PAM起吸附架桥作用，使悬浮的粒子产生絮凝沉淀，达到净化污水的目的。也可用于自来水的净化，尤其是和无机絮凝剂配合使用，在水处理中效果最佳。应用:1、广泛用于工业废水处理、对于悬浮颗粒、较粗、浓度高、离子带阳电荷、水的PH值为中性或碱性的污水，钢铁厂废水，冶金废水，洗煤废水等的污水处理效果最好。2、用于石油工业、采油、钻井泥浆、废泥浆处理、防止水窜、降低摩阻、提高采收率、三次采油得到广泛运用。3、用于纺织上浆剂、浆液性能稳定、落浆少、织物断头率低、布面光洁。4、用于造纸工业。一是提高填料、颜料等存留率;二是提高纸张的强度(包括干强度和湿强度)。另外，还可以提高纸张抗撕性和多孔性，以改进视觉和印刷性能，还用于食品及茶叶包装纸中。折叠编辑本段关于溶剂溶剂通常分为两大类:极性溶剂、非极性溶剂。溶剂种类与物质溶解性的关系可被概括为:"溶其所似"。意思是说，极性溶剂能够溶解离子化合物以及能离解的共价化合物，而非极性溶剂则只能够溶解非极性的共价化合物。比如，食盐，是一种离子化合物，它能在水中溶解，却不能在乙醇中溶解。在有机化学中一般会用到的溶剂有丙酮、乙醇、水和苯。水以及非极性溶剂是不能互溶的，特例水和乙醇任意比互溶;如果你非要这么做，它们也不会形成均一的混合物，最终会分离为两层，这时称作悬浊液，又或者将油中加入相应的助剂(农药中常用)，入水后形成水包油或油包水的均一乳状液体。溶解性的相关知识与应用①是指物质在溶剂里溶解能力的大小。②溶解性是物理性质，溶解是物理变化。(也有化学变化)③溶解性是由20℃时某物质的溶解度决定的。(固体)难溶(不溶)微溶可溶易溶(20℃)<0.01g0.01~1g1g~10g>10g④利用溶解性可有以下应用:a、判断气体收集方法可溶(易溶)于水的气体不能用排水取气法如:CO2而H2，O2溶解性不好，可用排水取气法。b、判断混合物分离方法两种物质在水中溶解性明显不同时，可用过滤法分离。如:KNO3(易溶)与CaCO3(难溶)可用过滤法分离;而C与MnO2二者均不溶NaClKNO3均易溶，都不能用过滤法分离。溶解度算法:溶质质量/溶剂质量(通常为水)单位:g/100g水部分酸、碱、盐的溶解性表(20℃)OH-NO3-Cl-SO42-CO32-H+(水)溶、挥(硝酸)溶、挥(盐酸)溶(硫酸)溶、挥(碳酸)NH4+溶、挥(氨水，氢氧化铵)溶溶溶溶K+溶(苛性钾)溶溶溶溶Na+溶(氢氧化钠)溶溶溶溶Ba2+溶溶溶不不Ca2+微(熟石灰)溶溶微不Mg2+不溶溶溶微Al3+不溶溶溶-Mn2+不溶溶溶不Zn2+不溶溶溶不Fe2+不溶溶溶不Fe3+不溶溶溶-Cu2+不溶溶溶-Ag+-溶不微不说明:"溶"表示那种物质可溶于水，"不"表示不溶于水，"微"表示微溶于水，"挥"表示挥发性，"-"表示那种物质不存在或遇到水就分解了。溶解性口诀(便于学生学习记忆)折叠溶解性口诀一钾钠铵盐溶水快，①硫酸盐除去钡铅钙。②氯化物不溶氯化银，硝酸盐溶液都透明。③口诀中未有皆下沉。④注:①钾钠铵盐都溶于水;②硫酸盐中只有硫酸钡、硫酸铅、硫酸钙不溶;③硝酸盐都溶于水;④口诀中没有涉及的盐类都不溶于水;折叠溶解性口诀二钾、钠、铵盐、硝酸盐;氯化物除银、亚汞;硫酸盐除钡和铅;碳酸、磷酸盐，只溶钾、钠、铵。折叠溶解性口诀三钾钠铵硝皆可溶、盐酸盐不溶银亚汞;硫酸盐不溶钡和铅、碳磷酸盐多不溶。多数酸溶碱少溶、只有钾钠铵钡溶折叠溶解性口诀四钾、钠、硝酸溶，(钾盐、钠盐和硝酸盐都溶于水。)盐酸除银(亚)汞，(盐酸盐里除氯化银和氯化亚汞外都溶。)再说硫酸盐，不容有钡、铅，(硫酸盐中不溶的是硫酸钡和硫酸铅。)其余几类盐，(碳酸盐、亚硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐和硫化物)只溶钾、钠、铵，(只有相应的钾盐、钠盐和铵盐可溶)最后说碱类，钾、钠、铵和钡。(氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钡和氨水可溶)另有几种微溶物，可单独记住。折叠溶解性口诀五钾钠铵盐硝酸盐完全溶解不困难氯化亚汞氯化银硫酸钡和硫酸铅生成沉淀记心间氢硫酸盐和碱类碳酸磷酸硝酸盐可溶只有钾钠铵溶解性口诀六钾钠铵硝溶强溶弱不溶溶解性口诀七:钾钠铵盐水中溶硝酸盐入水无踪氯化物除银亚汞硫酸钡铅水不溶碳酸盐溶钾钠铵碱溶钾钙钠钡铵特例:1.高氯酸的钾，铷，铯盐溶解度很小.2.高氯酸银溶解度很大，5570g/L3.氟化银溶于水，且溶解度较大.1800g/L