zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Bài giảng Hoá học trong kỹ thuật và khoa học môi trường: Chương 1.1 - TS. Võ Nguyễn Xuân Quế

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Báo xấu

7
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Hoá học trong kỹ thuật và khoa học môi trường" Chương 1.1 cung cấp cho người học những kiến thức như Cấu trúc của nước ở trạng thái pha lỏng; Tương tác giữa các chất tan và dung môi nước; Cấu trúc nước tại bề mặt phân cách pha; Các đơn vị nồng độ sử dụng trong kỹ thuật môi trường;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hoá học trong kỹ thuật và khoa học môi trường: Chương 1.1 - TS. Võ Nguyễn Xuân Quế

CHƯƠNG 1: HÓA HỌC TRONG KỸ THUẬT & KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG 1 TS. Võ Nguyễn Xuân Quế
TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC (tiếp theo) Cấu trúc của nước ở trạng thái pha lỏng  So với cấu trúc xác định của nước ở trạng thái pha rắn (nước đá, băng) và cấu trúc không xác định của nước ở trạng thái pha khí (hơi nước), dung môi nước có cấu trúc trung gian, quyết định các tính chất vật lý của nước (Bảng 1.1) và sự thay đổi tính chất theo nhiệt độ.  Mô phỏng của Frank và Wen (1957) được chấp nhận rộng rãi nhất mô tả tương đối chính xác nhất cấu trúc nước pha lỏng, trong đó các phân tử nước sắp xếp thành các nhóm phân tử có thứ tự không xác định liên kết thông qua liên kết hydro.
TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC (tiếp theo) Cấu trúc của nước ở trạng thái pha lỏng  Mô hình Frank và Wen về cấu trúc nước pha lỏng
TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC (tiếp theo) Tương tác giữa các chất tan và dung môi nước  Sự bổ sung chất tan vào dung môi nước có thể làm biến dạng cấu trúc của nước.  Sự tương tác giữa chất tan và nước phụ thuộc vào điện tích và tính điện li của chất tan.  Hiện tượng solvat hóa các cation  Các anion không bị solvat hóa mà phân tán ở các khoảng trống giữa các nhóm phân tử nước  Sự thay đổi cấu trúc của dung môi nước do chất tan được chứng minh thực nghiệm bằng cách đo độ nhớt dung dịch.  Hầu hết các muối hòa tan làm tăng độ nhớt nước, ngoại trừ một vài muối (VD như KCl và CaSO4)
TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC (tiếp theo) Tương tác giữa các chất tan và dung môi nước  Hiện tượng điện giảo (electrostriction)
TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC (tiếp theo) Tương tác giữa các chất tan và dung môi nước  Các hợp chất hữu cơ không phân cực (VD: CHCl3) cũng phân tán ở các khoảng trống giữa các nhóm phân tử nước.  Mức độ tự do của các phân tử hữu cơ trong nước bị hạn chế (S < 0 trong dung môi nước)
TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC (tiếp theo) Cấu trúc nước tại bề mặt phân cách pha  Sức căng bề mặt lớn  Các phân tử nước tại bề mặt phân cách dung môi nước – không khí đều được định hướng với nguyên tử oxy đối diện mặt phân cách trong khi nguyên tử hydro hướng về phía dung dịch  Tính chất vật lý nước bề mặt so với nước khối  Sự sắp xếp tại bề mặt phân cách làm thay đổi cấu trúc của các nhóm phân tử nước trogn dung dịch, kết quả là nước tại vùng phân cách bề mặt và nước trong khối dung dịch có tính chất vật lý khác nhau.
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Đơn vị thông thường Khối lượng/ Ký hiệu Ký hiệu tương Nồng độ chất tan trong nước tự nhiên thể tích đương gram/ lít g/L Phần ngàn (ppt) Các ion thành phần chính trong nước lợ và nước biển milligram/lít mg/L Phần triệu (ppm) Các ion thành phần chính trong nước ngọt microgram/ lít g/L Phần tỷ (ppb) Chất dinh dưỡng, kim loại vi lượng, kim loại vết, thành phần ô nhiễm hữu cơ nanogram/ lít ng/L Phần ngàn tỷ Kim loại vết, thành phần ô nhiễm hữu cơ vết picogram/ lít pg/L Không có Thành phần ô nhiễm siêu vi lượng (methyl mercury) femtogram/ lít fg/L Không có Ít sử dụng Giả định rằng chất hòa tan không ảnh hưởng đến khối lượng riêng của nước hoặc đóng góp đáng kể vào tổng khối lượng của dung dịch: 1mg = 10-3 g; 1 lít nước = 1 kg (hay 103 g)
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Đơn vị thông thường  Nồng độ chất hòa tan trong nước có thể được biểu diễn bằng 2 cách:  Khối lượng chất tan trong một đơn vị thể tích dung dịch (mg/lít): thuận lợi trong thực nghiệm pha dung dịch, tuy nhiên giá trị thay đổi theo nhiệt độ (khối lượng riêng nước thay đổi theo nhiệt độ)  Khối lượng chất tan trong một đơn vị khối lượng nước (mg/kg nước): giá trị không thay đổi theo nhiệt độ  Đối với thí nghiệm phân tích đòi hỏi độ chính xác cao, người ta thường biểu thị nồng độ dung dịch với đơn vị khối lượng/thể tích ở điều kiện nhiệt độ tiêu chuẩn.  Dụng cụ thủy tinh đo thể tích (danh nghĩa) được hiệu chuẩn ở 20oC.
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Đơn vị hóa học – Nồng độ mole CM  Thường ứng dụng trong các ngành khoa học về nước cũng như ngành kỹ thuật môi trường.  Đơn vị khối lượng/thể tích thường sử dụng là nồng độ mole (molarity): số mole chất tan trong đơn vị thể tích dung dịch (lít) 𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑐ℎấ𝑡 tan (𝑔) CM (mole/lít) = 𝑔 𝑘ℎố𝑖 𝑙ươ𝑛𝑔 𝑝ℎâ𝑛 𝑡ử 𝑚𝑜𝑙𝑒 ×𝑡ℎể 𝑡í𝑐ℎ 𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑑ị𝑐ℎ (𝑙í𝑡) 𝑚 = 𝑀× 𝑉  CM thay đổi theo nhiệt độ.
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Đơn vị hóa học – Nồng độ Molan Cm  Đơn vị khối lượng/khối lượng thường sử dụng là nồng độ molan (molality): số mole chất tan trong đơn vị khối lượng dung môi (kg) 𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑐ℎấ𝑡 tan (𝑔) Cm (mole/lít) = 𝑔 𝑘ℎố𝑖 𝑙ươ𝑛𝑔 𝑝ℎâ𝑛 𝑡ử ×𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑚ô𝑖 (𝑘𝑔) 𝑚𝑜𝑙𝑒  Nồng độ molan ít được sử dụng để biểu thị nồng độ chất tan trong nước ngọt, tuy nhiên được sử dụng phổ biến trong nước mặn và hóa lý.  Đối với dung dịch có nồng độ chất tan thấp (loãng): CM = Cm  Cm không thay đổi theo nhiệt độ
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Đơn vị hóa học – Phần mole  Loại đơn vị khối lượng/ khối lượng khác có thể sử dụng biểu thị nồng độ chất trong nước là phần mole 𝑠ố 𝑚𝑜𝑙𝑒 𝑋 Phần mole X = 𝑡ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑚𝑜𝑙𝑒 𝑐ℎấ𝑡 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑑ị𝑐ℎ  Đơn vị phần mole ít được sử dụng để biểu thị nồng độ ion vô cơ trong nước, nhưng phổ biến đối với chất hữu cơ tan trong nước và pha rắn tương tác với dung dịch.
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Đơn vị hóa học – Nồng độ đương lượng CN  Đương lượng (gam) của một chất là phần khối lượng (tính bằng gam) của chất đó có thể thay thế hay phản ứng vừa đủ với 1 phần khối lượng hiđro (H) hay 8 phần khối lượng oxi (O).  Đương lượng gam của một chất không phải là 1 giá trị xác định mà nó thay đổi theo từng phản ứng cụ thể. 𝑀𝐴 Đ𝐴 = 𝑧 trong đó, MA : khối lượng phân tử z : số proton tham gia phản ứng acid – base; số electron trap đổi trong phản ứng oxy hóa khử; ĐA : khối lượng đương lượng
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Đơn vị hóa học – Nồng độ đương lượng CN  Định luật đương lượng: Các nguyên tố kết hợp với nhau hoặc thay thế nhau trong phản ứng hóa học theo các khối lượng tỉ lệ với đương lượng của chúng. 𝑚𝐴 Đ𝐴 = 𝑚𝐵 Đ𝐵 trong đó, mA và mB là khối lượng các chất tham gia phản ứng  Nồng độ đương lượng biểu thị số đương lượng chất trong dung dịch có khả năng tham gia phản ứng 𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑐ℎấ𝑡 tan(𝑔) CN (eq/L) = 𝑒𝑞 đươ𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑔𝑎𝑚 𝑐ℎấ𝑡 tan 𝑔 × 𝑡ℎể 𝑡í𝑐ℎ 𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑑ị𝑐ℎ (𝑙í𝑡) 𝑚𝐴 = Đ𝐴× 𝑉
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Đơn vị hóa học – Nồng độ đương lượng CN  Theo nguyên tắc dung dịch trung hòa về điện tích, 𝑐𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑛𝑖𝑜𝑛 𝐶𝑁 = 𝐶𝑁  Bài tập: tính toán và chuyển đổi đơn vị nồng độ!!!
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Các đơn vị nồng độ sử dụng trong KTMT 1. Độ kiềm, độ cứng và nồng độ các ion có liên quan (CO32-, HCO3-, Ca2+, Mg2+ có thể được biểu thị bằng đơn vị mg CaCO3/L.  Độ kiềm biểu thị tổng nồng độ các base trong dung dịch có thể chuẩn độ bằng acid mạnh. Độ kiềm trong nước tự nhiên chủ yếu do HCO3- .  Độ cứng biểu thị tổng nồng độ các cation hóa trị 2 (Ca2+, Mg2+, Fe2+, và Mn2+), gây ra hiện tượng kết tủa xà phòng ((C15H31COO)2Mg, (C15H31COO)2Ca), tắt nghẽn đường ống, giảm khả năng dẫn và truyền nhiệt nồi hơi, tiêu hao năng lượng do kết tủa CaCO3.
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Các đơn vị nồng độ sử dụng trong KTMT  Ví dụ: Đương lượng gam CaCO3 : ĐCaCO3 = 100/2 = 50 (g/eq) Đương lượng gam Ca2+ : ĐCa = 40/2 = 20 (g/eq) Độ kiềm (mg CaCO3 /L) = Độ kiềm (meq/L) x 50 (mg/meq) 1 Độ kiềm (eq/L) = Độ kiềm (mg CaCO3 /L) x 𝑚𝑔 x 103 (eq/meq) 50 ( 𝑚𝑒𝑞 ) 1 Nồng độ Ca2+ (mg CaCO3/L) = mg Ca2+/L x 𝑚𝑔 x 50 (mg/meq) 20 ( 𝑚𝑒𝑞) 1 Nồng độ Mg2+ (mg CaCO3/L) = mg Mg2+/L x 𝑚𝑔 x 50 (mg/meq) 12 ( 𝑚𝑒𝑞)
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Các đơn vị nồng độ sử dụng trong KTMT 2. Nồng độ các chất dinh dưỡng chứa N và P (NH4+, NH3, NO2-, NO3-, H2PO4- , HPO42-, PO43- ) có thể được biểu thị bằng đơn vị mg N/L hoặc mg P/L  Ví dụ: 1 Nồng độ NO3- (mg N/L) = mg NO3- /L x 𝑚𝑔 x 1 (nguyên tử/mol) x 14 62 ( 𝑚𝑚𝑜𝑙) (g/nguyên tử)
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Các đơn vị nồng độ sử dụng trong KTMT 3. Chlorine  Để khử trùng nước hoặc oxy hóa chất ô nhiễm người ta bổ sung chlorine (HOCl hoặc NaOCl). Nồng độ các dạng hóa học của chlrine trong nước (HOCl và OCl- ) có thể được biểu thị bằng đơn vị mg Cl/L  Đương lượng gam chlorine ĐCl = 35,5/1 = 35,5 (g/eq) vì: Cl + 1 e-  Cl-  Ví dụ: 1 OCl- (mg Cl/L) = mg OCl-/L x 𝑚𝑔 x 2 x 35,5 (mg/meq) vì Cl+ + 2 e-  Cl- 51,5 𝑚𝑚𝑜𝑙 1 OCl- (mg Cl2/L) = mg OCl-/L x 𝑚𝑔 x 71(mg/mmol) vì Cl2 + 2 e-  2Cl- 51,5 𝑚𝑚𝑜𝑙
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Nồng độ chất khí hòa tan  Ở trạng thái pha khí, nồng độ chất khí được biểu thị bằng áp suất (atm)  Nồng độ chất khí hòa tan trong nước được biểu thị bằng mg/L hoặc mmol/L.  Ngoài ra có mối liên hệ giữa nồng độ chất khí hòa tan trong nước và áp suất của chất khí trong không khí ở trạng thái cân bằng thông qua định luật Henry: Sw = KH Pg trong đó, Sw = nồng độ chất khí hòa tan trong nước ở trạng thái cân bằng (mg/L) Pg = áp suất riêng phần của chất khí trên bề mặt dung dịch KH = hằng số Henry (độ tan chất khí ở nhiệt độ xác định và áp suất riêng phần 1 atm)

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.