Полезные статьи

Закон сохранения симметрии

Техническая механика

Сопротивление материалов

Основные понятия об изгибе

Деформация изгиба характеризуется потерей прямолинейности или первоначальной формы линией балки (ее осью) при приложении внешней нагрузки. При этом, в отличие от деформации сдвига, линия балки изменяет свою форму плавно.
Легко убедиться, что на сопротивляемость изгибу влияет не только площадь поперечного сечения балки (бруса, стержня и т. д.), но и геометрическая форма этого сечения.

Поскольку изгиб тела (балки, бруса и т. п.) осуществляется относительно какой-либо оси, на сопротивляемость изгибу влияет величина осевого момента инерции сечения тела относительно этой оси.
Для сравнения — при деформации кручения сечение тела подвергается закручиванию относительно полюса (точки), поэтому на сопротивление кручению оказывает влияние полярный момент инерции этого сечения.

На изгиб могут работать многие элементы конструкций – оси, валы, балки, зубья зубчатых колес, рычаги, тяги и т. д.

В сопротивлении материалов рассматривают несколько типов изгибов:
— в зависимости от характера внешней нагрузки, приложенной к брусу, различают чистый изгиб и поперечный изгиб;
— в зависимости от расположения плоскости действия изгибающей нагрузки относительно оси бруса — прямой изгиб и косой изгиб.

Чистый и поперечный изгиб балки

Чистым изгибом называется такой вид деформации, при котором в любом поперечном сечении бруса возникает только изгибающий момент (рис. 2).
Деформация чистого изгиба будет, например, иметь место, если к прямому брусу в плоскости, проходящей через ось, приложить две равные по величине и противоположные по знаку пары сил. Тогда в каждом сечении бруса будут действовать только изгибающие моменты.

Если же изгиб имеет место в результате приложения к брусу поперечной силы (рис. 3), то такой изгиб называется поперечным . В этом случае в каждом сечении бруса действует и поперечная сила, и изгибающий момент (кроме сечения, к которому приложена внешняя нагрузка).

Если брус имеет хоть одну ось симметрии, и плоскость действия нагрузок совпадает с ней, то имеет место прямой изгиб , если же это условие не выполняется, то имеет место косой изгиб .

При изучении деформации изгиба будем мысленно представлять себе, что балка (брус) состоит из бесчисленного количества продольных, параллельных оси волокон.
Чтобы наглядно представить деформацию прямого изгиба, проведем опыт с резиновым брусом, на котором нанесена сетка продольных и поперечных линий.
Подвергнув такой брус прямому изгибу, можно заметить, что (рис. 1):

— поперечные линии останутся при деформации прямыми, но повернутся под углом друг другу;
— сечения бруса расширятся в поперечном направлении на вогнутой стороне и сузятся на выпуклой стороне;
— продольные прямые линии искривятся.

Из этого опыта можно сделать вывод, что:

— при чистом изгибе справедлива гипотеза плоских сечений;
— волокна, лежащие на выпуклой стороне растягиваются, на вогнутой стороне – сжимаются, а на границе между ними лежит нейтральный слой волокон, которые только искривляются, не изменяя своей длины.

Полагая справедливой гипотезу о не надавливании волокон, можно утверждать, что при чистом изгибе в поперечном сечении бруса возникают только нормальные напряжения растяжения и сжатия, неравномерно распределенные по сечению.
Линия пересечения нейтрального слоя с плоскостью поперечного сечения называется нейтральной осью . Очевидно, что на нейтральной оси нормальные напряжения равны нулю.

Изгибающий момент и поперечная сила

Как известно из теоретической механики, опорные реакции балок определяют, составляя и решая уравнения равновесия статики для всей балки. При решении задач сопротивления материалов, и определении внутренних силовых факторов в брусьях, мы учитывали реакции связей наравне с внешними нагрузками, действующими на брусья.
Для определения внутренних силовых факторов применим метод сечений, причем изображать балку будем только одной линией – осью, к которой приложены активные и реактивные силы (нагрузки и реакции связей).

Рассмотрим два случая:

1. К балке приложены две равные и противоположные по знаку пары сил.
Рассматривая равновесие части балки, расположенной слева или справа от сечения 1-1 (рис. 2), видим, что во всех поперечных сечениях возникает только изгибающий момент Ми , равный внешнему моменту. Таким образом, это случай чистого изгиба.

Изгибающий момент есть результирующий момент относительно нейтральной оси внутренних нормальных сил, действующих в поперечном сечении балки.

Обратим внимание на то, что изгибающий момент имеет разное направление для левой и правой частей балки. Это говорит о непригодности правила знаков статики при определении знака изгибающего момента.

2. К балке приложены активные и реактивные силы (нагрузки и реакции связей), перпендикулярные оси (рис. 3). Рассматривая равновесие частей балки, расположенных слева и справа, видим, что в поперечных сечениях должны действовать изгибающий момент М и и поперечная сила Q .
Из этого следует, что в рассматриваемом случае в точках поперечных сечений действуют не только нормальные напряжения, соответствующие изгибающему моменту, но и касательные, соответствующие поперечной силе.

Поперечная сила есть равнодействующая внутренних касательных сил в поперечном сечении балки.

Обратим внимание на то, что поперечная сила имеет противоположное направление для левой и правой частей балки, что говорит о непригодности правила знаков статики при определении знака поперечной силы.

Изгиб, при котором в поперечном сечении балки действуют изгибающий момент и поперечная сила, называется поперечным .

У балки, находящейся в равновесии вод действием плоской системы сил, алгебраическая сумма моментов всех активных и реактивных сил относительно любой точки равна нулю; следовательно, сумма моментов внешних сил, действующих на балку левее сечения, численно равна сумме моментов всех внешних сил, действующих на балку правее сечения.
Таким образом, изгибающий момент в сечении балки численно равен алгебраической сумме моментов относительно центра тяжести сечения всех внешних сил, действующих на балку справа или слева от сечения .

У балки, находящейся в равновесии под действием плоской системы сил, перпендикулярных оси (т. е. системы параллельных сил), алгебраическая сумма всех внешних сил равна нулю; следовательно сумма внешних сил, действующих на балку левее сечения, численно равна алгебраической сумме сил, действующих на балку правее сечения.
Таким образом, поперечная сила в сечении балки численно равна алгебраической сумме всех внешних сил, действующих справа или слева от сечения .

Так как правила знаков статики неприемлемы для установления знаков изгибающего момента и поперечной силы, установим для них другие правила знаков, а именно: Если внешняя нагрузка стремится изогнуть балку выпуклостью вниз, то изгибающий момент в сечении считается положительным, и наоборот, если внешняя нагрузка стремится изогнуть балку выпуклостью вверх, то изгибающий момент в сечении считается отрицательным (рис 4,a).

Если сумма внешних сил, лежащих по левую сторону от сечения, дает равнодействующую, направленную вверх, то поперечная сила в сечении считается положительной, если равнодействующая направлена вниз, то поперечная сила в сечении считается отрицательной; для части балки, расположенной справа от сечения, знаки поперечной силы будут противоположными (рис. 4,b). Пользуясь этими правилами, следует мысленно представлять себе сечение балки жестко защемлённым, а связи отброшенными и замененными реакциями.

Еще раз отметим, что для определения реакций связей пользуются правилами знаков статики, а для определения знаков изгибающего момента и поперечной силы – правилами знаков сопротивления материалов.
Правило знаков для изгибающих моментов иногда называют «правилом дождя» , имея в виду, что в случае выпуклости вниз образуется воронка, в которой задерживается дождевая вода (знак положительный), и наоборот – если под действием нагрузок балка выгибается дугой вверх, вода на ней не задерживается (знак изгибающих моментов отрицательный).

k-a-t.ru

«Ленивый» жаккард: схемы. Узоры спицами: схемы, фото

Уже много сезонов подряд модным остаётся жаккардовый узор на вязаной одежде. Почему разноцветный орнамент называют жаккардом? Как связать такой узор? Почему некоторые из них называют «ленивыми»? Постараемся ответить на эти вопросы в данной статье.

Как узор имя получил?

В начале девятнадцатого века появился особенный ткацкий станок, который позволял создавать узорчатые ткани путём сложного переплетения ниток. Изобретателем его стал Жозеф Мария Жаккар. От его имени получил название и узор.

В домашних условиях можно связать такие узоры спицами. Схемы, как правило, несложные, и в них разберётся даже начинающая мастерица.

Жаккардовые узоры бывают довольно замысловатыми, с множеством переплетений нитей и цветов, но есть и такие, что довольно просты в исполнении.

Трудности вязания узоров из нескольких нитей

Вывязывание разноцветного орнамента из нескольких клубков сразу – дело достаточно трудное и под силу только опытной вязальщице. Потребуется немало терпения и внимания – на протяжении ряда для вывязывания узора приходится несколько раз менять нити. Трудности представляет и то, что клубки путаются и катаются, да ещё те нити, которые не участвуют в вязании, стягивают полотно, проходя по изнанке.

Если вертикальный пробел между двумя цветами больше двух рядов, то приходится дополнительно перекрещивать нити. Это необходимо для того, чтобы новая нитка прижимала предыдущую, вязать которой уже закончили. Если этого не сделать, в полотне образуются вертикальные прорехи.

Все эти тонкости замедляют процесс создания изделия и сказываются на качестве работы.

Почему некоторые жаккарды «ленивые»?

Несложные в исполнении узоры у любителей вязания называются «ленивый жаккард». Схемы устроены таким образом, что два ряда вязания, один за другим, вяжутся из одного клубка, а другие цвета появляются из петель предыдущих рядом, которые снимаются или вытягиваются специальным способом. Это очень удобно при работе, так как у мастерицы не путаются под руками несколько клубков, само полотно не стягивается по изнанке из-за протяжек нити.

Иногда в литературе по вязанию встречаются такие названия, как ложный жаккард, ленивый орнамент или просто — ленивый узор. Возможно, такие названия даны этим вязкам оттого, что они не требуют высокого уровня мастерства и большого опыта в вязании, к тому же вяжутся они намного быстрее, чем классические жаккарды.

Неслучайно многие вязальщицы используют в своих изделиях ленивый жаккард. Схемы узоров составлены таким образом, что в процессе вязания ряда не нужно менять нить, каждые два ряда создаются из одного клубка. Это делает работу легче и быстрее.

Особенности создания

Разберёмся, как вяжется ленивый жаккард. Схемы его, как и все другие, состоят из лицевых и изнаночных рядов. Особенности узора заключаются в следующем:

  • Во-первых, оба ряда — лицевой и изнаночный — вяжутся одной нитью из одного клубка. Меняется она только сбоку, на правой кромке полотна.
  • Во-вторых, когда вяжутся лицевые ряды (на схемах они, как правило, нечетные) нить, которой вяжут, в снятых петлях оставляют за работой. И наоборот, когда провязывают изнаночные (или четные) ряды, то нить ведут перед полотном. В результате выполнения этого правила протяжки, точно так же как и в классических жаккардах, остаются на изнаночной стороне.
  • В-третьих, при создании изнаночных рядов петли провязываются по схеме, точно так же, как они лежат на спице (обычно изнаночными). Если встречается снятая петля, то она снова снимается непровязанной, следуя правилу, указанному выше.
  • Где применяется разноцветный узор?

    Вязаные изделия всегда модны и популярны. Орнаменты в народном стиле остаются актуальными во все времена. В детских кофточках, брючках, комбинезонах используются яркие и многоцветные узоры, популярны также узорные варежки. Ленивым жаккардом вяжутся многие изделия. Женские пуловеры, жакеты и другие наряды обычно украшаются вывязанным орнаментом из двух-трёх цветов. А для мужских вязаных жилеток и свитеров, как правило, используются строгие и сдержанные двухцветные мотивы.

    Если вы решили создать такие узоры спицами, схемы можно взять в книгах и журналах по рукоделию. А некоторые мастерицы придумывают их самостоятельно.

    Идеальный узор для вязания шапочки, свитера или варежек — ленивый жаккард. Схемы достаточно распространены. Творческий подход, применяемый некоторыми вязальщицами к созданию изделий, заставляет их придумывать новые «ленивые» узоры. Это не так просто, как кажется, потому что необходимо учитывать те закономерности, которые мы отмечали выше.

    Расскажем подробнее, как связать один из двухцветных узоров, называемых «ленивый жаккард». Схемы с описанием вязания также приведём ниже.

    Узор «вертикальные полосы»

    Данный жаккард представляет собой вертикальное чередование полосок двух цветов. Он отлично подойдёт для создания одежды для малышей, варежек и митенок, хорошо будет смотреться на шапке, может использоваться на манжетах и других отделочных элементах. Петли расположены так, что полотно отлично смотрится при переходе в резинку любой вязки.

    Итак, выберем два цвета пряжи и приготовимся связать ленивый жаккард спицами. Мастер-класс включает в себя пошаговое описание создания этого узора.

    Набор петель

    Необходимо набрать на спицы нитью одного из двух выбранных цветов количество петель, которое будет делиться на четыре, затем добавить ещё три петли для сохранения симметрии узора и две — для кромочных петель. Например, мы вяжем небольшой образец и набираем 20 петель (5 фрагментов по 4 петли), 3 – для симметрии и 2 кромочные. Всего 25 петель.

    Используем нитку того же цвета, которой набирались петли. Последовательность создания ряда будет такова:

  • оставляем кромочную петлю (просто снимаем, оставляя нить перед работой);
  • вяжем три лицевые, одну петлю снимаем без провязывания — повторяем это несколько раз (в нашем образце – четыре);
  • в конце ряда — три лицевые;
  • кромочная петля, которую провязываем лицевой.

Продолжаем работать с нитью того же цвета. Сначала снимаем кромочную петлю без провязывания. Затем вяжем 3 лицевые, после чего 1 петлю просто снимаем, пропуская нить перед полотном. Повторяем эту процедуру несколько раз. Последнюю кромочную петлю снова провязываем лицевой.

Вводим нитку второго цвета. Кромочная петля (просто снимаем). Провяжем 1 лицевую петлю, после чего будем несколько раз повторять такую последовательность: одну петлю — снимаем, пропуская нить за ней, три – провязываем лицевыми. После того как мы повторим этот узор до конца ряда, должны остаться две петли. Одну провязываем лицевой для симметрии узора, вторая – кромочная, её также провязываем лицевой.

Используем ту же нитку, как в третьем ряду. В начале ряда, как обычно, кромочная петля, которую, как и по всей работе, надо просто снять. Далее надо провязать 1 лицевую петлю, для симметрии повторяя её несколько раз: одну — снять, нить при этом вести перед петлей, и три – вязать лицевыми. В конце ряда снова вяжутся одна лицевая и одна кромочная петли.

Так мы довязали до конца схемы. Ленивый жаккард спицами вяжется дальше, при этом повторяется в последовательности работа с первого по четвёртый ряд.

Узор «диагональный рельеф»

Предлагаем вашему вниманию ещё один ленивый жаккард спицами. Мастер-класс с описанием вязания полотна из ниток двух цветов, фото и схема приводятся ниже. При вязании этого узора действуют все правила ленивого жаккарда, которые мы описывали выше. В результате получается эффектная вязка, в которой чередуются диагональные полосы двух цветов. Такой орнамент подойдёт для свитера, жилета, варежек, манжет носков и других изделий.

Описание вязания узора

Шаг 1-й. Наберем петли и провяжем ряд ниткой одного из выбранных цветов. Количество петель должно быть кратным шести плюс две кромочные петли. У нас будет 20 петель. Считать этот ряд в узоре мы не будем, он нужен для основы.

Шаг 2-й. Приступаем к узору. В первом ряду берем пряжу другого цвета.

  1. Сначала формируем кромочную петлю, просто сняв её на спицу, а следующую провязываем новой нитью. В этом ряду начинаем создание самого узора, для чего поочередно провязываем и снимаем петли, согласно схеме и описанию. Провязываем две лицевые петли (для симметрии узора), а затем повторяем такую комбинацию: одну — снимаем, пять — вяжем лицевыми. В нашем образце будет два таких повтора, после чего снова исполняется снятая петля и три лицевые. Завершается ряд кромочной петлей.
  2. Второй ряд вяжем той же нитью по обратной стороне, при этом снятые петли — снимаем, а остальные провязываем как изнаночные. Именно так будут в нашей работе исполняться все четные ряды, поэтому они не обозначены на схеме.
  3. Третий ряд начинается с кромочной петли, затем — одна лицевая и одна снятая петля. Далее комбинация для повтора: три лицевые, снятая, лицевая, снятая. Провязываем так несколько раз. В конце ряда три лицевые и снятая. Завершаем кромочной петлей.
  4. Четвёртый ряд вяжется, как все изнаночные.
  5. В пятом ряду после кромочной петли вяжется 4 лицевые, а после этого, как в первом ряду, повторяется чередование одной снятой и пяти лицевых. В конце нашего образца вяжется одна снятая и одна лицевая, а после них – кромочная.
  6. Шестой ряд – изнаночный.
  7. После начальной кромочной вяжутся лицевая, снятая, лицевая, снятая, а после этого повтор комбинации (как в третьем ряду) из трёх лицевых, снятой, лицевой, снятой. В конце ряда провязывается две лицевые и завершающая кромочная.
  8. Восьмой ряд вяжем изнаночными и снятыми по узору.
  9. Девятый ряд после кромочной петли сразу начинает повтор комбинации из одной снятой и пяти лицевых. Завершаем кромочной.
  10. В десятом ряду вяжем, как во всех изнаночных.
  11. Одиннадцатый ряд начинает кромочная петля и после сразу — повторяющаяся комбинация (как в третьем ряду) из трёх лицевых, снятой, лицевой и снятой петли. Оканчивается ряд кромочной петлей.
  12. Двенадцатый ряд – изнаночный.

Шаг 3-й. Повторяем узор нужное количество раз, провязывая поочерёдно с первого по 12-й ряд.

Если даже после приведённых подробных описаний остаются вопросы о том, как связать этот ленивый жаккард, схемы должны внести окончательную ясность. Ниже нами указана схема, где клетки двух цветов обозначают ряды вязания. Пустая клетка обозначает обычную лицевую петлю, а клетка со знаком J говорит о том, что петлю нужно снять. Изнаночные ряды не обозначены на схеме, потому что они, как мы уже говорили выше, вяжутся той же нитью по изнаночной стороне, согласно узору: снятые петли снимаются, а остальные вяжутся изнаночными.

Ленивые жаккарды — красиво, просто и практично

При вязании таких узоров обычно используются остатки пряжи, можно также вязать из ниток, бывших ранее вязаным полотном, которое распустили. При этом на качестве работы это никак не скажется. Ленивые жаккарды уникально маскируют недостатки ниток и неопытность мастерицы.

fb.ru

Основные классы неорганических соединений, номенклатура.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ

для студентов 1 курса факультета ТНВ НТУ «ХПИ»

Лекция №1: Основные классы неорганических соединений, номенклатура.

Основными классами неорганических соединений являются

оксиды, кислоты, соли и основания.

Оксиды представляют собой соединения элементов с кислородом. Оксиды подразделяют на солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие оксиды делят на основные (образуют соли с кислотами), кислотные (образуют соли с основаниями) и амфотерные (образуют соли как с кислотами, так и с основаниями). Основным оксидам отвечают основания, кислотным – кислоты, а амфотерным – гидраты, которые проявляют как кислотные, так и амфотерные свойства. Кислотные оксиды представляют собой ангидриды кислот (SO2 – серный ангидрид, N2O5 – азотный ангидрид).

Примеры: N2O, NO – несолеобразующие оксиды; SO3, SiO2 – кислотные оксиды; СаО, МgО – основные оксиды и т.д.

В настоящее время общепринятой является международная номенклатура оксидов. Согласно международной номенклатуре в названии оксида указывается валентность элемента: СuO и Cu2O – оксиды меди [II] и [III] соответственно. Существует также русская номенклатура, согласно которой окисью называется единственно возможный оксид элемента, в остальных случаях название дается в соответствии с числом атомов кислорода. Оксиды, в которых элемент проявляет низшую валентность, называются закисями.

Примеры: MgO – окись магния; NiO – одноокись никеля; Ni2O3 – полутораокись никеля; Сu2О – полуокись меди.

Пероксиды (перекиси) металлов являются солями перекиси водорода Н2О2 и лишь формально относятся к оксидам. Приставка пер в названии соединений обычно указывает на принадлежность соединения к перекисным, но существуют исключения: соли кислот НMnO4 (перманганаты) и НСlO4 (перхлораты) перекисными не являются, а приставка пер в названии этих соединений указывает на максимальную насыщенность соединений кислородом.

Гидроксиды (основания) классифицируют по их силе (сильные – все щелочи кроме NH4OH и слабые), а также по растворимости в воде (растворимые – щелочи и нерастворимые). Важнейшими щелочами являются КОН (едкое кали) и NaOH (едкий натр).

В состав кислот входит водород, способный замещаться металлом, а также кислотный остаток. Коэффициент х, отвечающий количеству атомов водорода, а, следовательно, равный валентности кислотного остатка, называют основностью кислоты. Кислоты классифицируют по их силе (H2SO4, HNO3 – сильные кислоты; HCN – слабая кислота), на кислородсодержащие (H2SO4, HNO3) и бескислородные (HCN, HI); а также по основности (х) –

HCN – одноосновная кислота, H2SO3 – двухосновная кислота, H3РO4 – трехосновная кислота. Важнейшим свойством кислот является их способность образовывать соли с основаниями. Названия кислот образуют от того элемента, которым образована кислота, при этом названия бескислородных кислот оканчивается словом водород (HCN –циановодород или синильная кислота). Названия кислородсодержащих кислот образуют от того элемента, которым образована кислота, с добавлением слова кислота (H3AsO4 – мышьяковая кислота, H2CrO4 – хромовая кислота). В случаях, когда один элемент образует несколько кислот различие между кислотами проявляют в окончаниях названий (на ная или овая оканчиваются названия тех кислот, в которых элемент проявляет наивысшую валентность; на истая или овистая оканчиваются названия тех кислот, в которых элемент проявляет валентность ниже максимальной).

Примеры: HNO3 – азотная кислота, а HNO2 – азотистая кислота; H3AsO4 – мышьяковая кислота, а H3AsO3 – мышьяковистая кислота.

Одному и тому же оксиду могут соответствовать несколько кислот, при этом наиболее богатая водой форма имеет в названии приставку орто, а наименее богатая – мета (ортофосфорная кислота H3РO4 – на одну молекулу ангидрида Р2О5 приходится три молекулы воды; метафосфорная кислота HРO3 – на одну молекулу ангидрида Р2О5 приходится одна молекула воды). Следует также учитывать и то, что ряд кислот имеют исторически сложившиеся названия.

Соли являются продуктом замещения водорода в кислоте на металл или гидроксогрупп в основании на кислотный остаток. Нормальные (средние) соли получаются при полном замещении; кислые – при неполном замещении водорода кислоты на металл; основные – при неполном замещении гидроксогрупп основания на кислотный остаток. Кислая соль может быть образована только кислотой, основность которой 2 и более, а основная – металлом, заряд которого 2 и более.

Примеры: NaHS, KHCO3 – кислые соли (гидросульфид натрия и гидрокарбонат натрия); MgOHCl, CaOHCl – основные соли (хлориды гидроксо магния и кальция); NaCl, CuS – нормальные соли (хлорид натрия и сульфид меди).

Лекция №2: Основные законы общей химии. Стехиометрия. Химический эквивалент.

1. Закон постоянства состава. Соотношение масс элементов, формирующих данное соединение, постоянно и не зависит от способа получения этого соединения.

2. Закон кратных отношений. Установлен Дальтоном в 1803г. В случае, когда два элемента образуют между собой несколько химических соединений, тогда имеет место отношение массы одного из элементов, приходящееся в этих соединениях на одну и ту же массу другого, как небольших целых чисел. Таким образом, элементы способны входить в состав соединений только в определенных пропорциях. Открытие этого закона явилось подтверждением атомной теории строения вещества. Только теперь идеи М.В. Ломоносова о строении вещества получили опытное подтверждение, и разработка атомно-молекулярного учения получила своё дальнейшее развитие.

Законы постоянства состава и кратных отношений не носят всеобщего характера, в отличии, например, от закона сохранения массы, основательность которого доказывается открытиями, сделанными после его установления. Дело в том, что после открытия изотопов получил подтверждение факт о постоянстве соотношения между массами элементов, образующих данное вещество, но только при условии постоянства изотопного состава этих элементов. Так, например, тяжелая вода содержит порядка 20% по массе водорода, тогда как обычная – только около 11%. Закон кратных отношений неприменим и в случае соединений переменного состава, открытых академиком Н.С. Курнаковым в начале ХХ века (пример: оксиды титана переменного состава TiO1,46-1,56 и TiO1,9-2,0), а также в случае, когда молекула вещества состоит из большого числа атомов (например, углеводороды состава С20Н42 и С21Н44).

3. Закон объёмных отношений. Этот закон в качестве обобщения вывел французский ученый Гей-Люссак (второе название закона – «химический»). Объёмы газов, участвующих в акте химического взаимодействия, относятся друг к другу и к объёмам образующихся газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа. Так, например, при взаимодействии 2 объёмов водорода и 1 объёма кислорода, образуются 2 объёма водяного пара.

4. Закон Авогадро. Установлен итальянским физиком Авогадро в 1811 г. Одинаковые объемы любых газов, отобранные при одной температуре и одинаковом давлении, содержат одно и тоже число молекул. Таким образом, можно сформулировать понятие количества вещества: 1 моль вещества содержит число частиц, равное 6,02*10 23 (называемое постоянной Авогадро) или содержит столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12г изотопа углерода 12 С. Следствием этого закона является то, что 1 моль любого газа занимает при нормальных условиях (Р0 =101,3кПа и Т0=298К) объём, равный 22,4л.

Под относительной атомной массой элемента понимают массу его атома, выраженную в атомных единицах массы (а.е.м.). В качестве относительной молекулярной массы элемента понимают массу его молекулы, выраженную в атомных единицах массы. Масса 1 моль данного вещества называется его мольной массой (выражается в г/моль). Относительной плотностью первого газа по отношению ко второму называется отношение массы первого газа к массе того же объёма второго газа, взятого при одной температуре и одинаковом давлении.

Под эквивалентом элемента понимают такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Масса 1 эквивалента элемента называется его эквивалентной массой. Эквивалент водорода ЭН всегда равен 1, а эквивалент кислорода ЭО=8.

Эквивалент элемента равен: Эм=, где: М – мольная масса элемента; СО – степень окисления элемента (валентность) в соединении.

Эквивалент кислоты равен: Эм=, где: М – мольная масса кислоты; х – основность кислоты.

Эквивалент основания равен: Эм=, где: М – мольная масса основания; у – кислотность основания.

Эквивалент соли равен: Эм=, где: М – мольная масса соли; z – валентность катиона; х – количество атомов катиона в соединении.

Примеры: эквивалент кислорода равен: Эо= г-экв; эквивалент угольной кислоты Н2СО3 равен: ЭН2СО3= г-экв; эквивалент едкого натра NaOH равен: ЭNaOH= г-экв; эквивалент хлорида кальция CaCl2 равен: ЭCaCl2= г-экв.

Закон эквивалентов. Отношение масс (или объёмов) взаимодействующих друг с другом веществ прямо пропорционально их эквивалентным массам (объёмам). Математически это можно записать следующим образом:

, где Э12 – эквиваленты (эквивалентные массы) элементов; m1,m2 – реальные массы (не мольные массы) веществ, например в граммах.

Приближенное значение мольной массы атомов элемента позволяет определить правило Дюлонга и Пти: Атомная теплоёмкость большинства простых веществ в твёрдом состоянии лежит в пределах 22-29 Дж/(моль*К) [в среднем около 26 Дж/(моль*К)]. Отсюда следует, что разделив 26 на удельную теплоёмкость простого вещества, легко определить приближённое значение мольной массы атомов соответствующего элемента.

Понятие валентности возникло в химии в середине 19 века. Д.И. Менделеев установил связь между валентностью элемента и его положением в периодической системе. Валентность элемента – это способность его атомов соединяться с другими атомами в определённых соотношениях. Способность атомов данного элемента соединяться друг с другом или с атомами других элементов может выражаться и другими способами – ковалентностью (число химических связей, образуемых атомом данного соединения) или координационным числом (число атомов, непосредственно окружающих данный атом).

Лекция №3: Газовые законы. Основные газовые процессы.

Под парциальным давлением газа Рп понимают давление этого газа в предположении, что при температуре смеси в объёме, занимаемом смесью, находится только рассматриваемый газ. В соответствии с законом Дальтона, давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений этих газов: Р=.

Для описания состояния идеального газа пользуются уравнением Менделеева-Клапейрона:

РV=, где: P – давление газа, Па; V – объём газа, м 3 ; T – температура газа, К; m – масса газа, кг; M – мольная масса газа, кг/моль; R=8,31 Дж/(моль*К) – универсальная газовая постоянная.

Уравнением, объединяющим газовые законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака, является:

, где: индекс «0» означает начальное состояние системы, например, при нормальных условиях; индекс «1» означает некоторое конечное состояние системы. Нормальными условиями (н.у.) считают Р0 =101,3кПа (нормальное атмосферное давление) и Т0=298К (25°С). Однако во многих случаях приходится использовать в качестве нормальной температуры не 298К, а 273К (0°С). Это обусловлено тем, что многие справочные данные, необходимые для расчётов, получены не при 298К, а именно при 273К.

Плотность любого газа можно определить как:

, кг/м 3 . Где: Мг – мольная масса газа; Vст=22,4 л/моль – объём, занимаемый 1 молем любого газа при н.у. (стандартный объём).

Плотность смеси газов определяется следующим образом:

, кг/м 3 . Где: ri – плотность итого газового компонента смеси, кг/м 3 ; gi – объёмное содержание итого газового компонента смеси, %; n – количество газовых компонентов смеси.

Например, плотность атмосферного воздуха при н.у. составляет 1,29 кг/м 3 .

Плотность функционально зависит от температуры Т и давления Р:

Выведем функциональную зависимость плотности от температуры и давления. Для этого запишем объединённое уравнение в форме:

Аналогично плотности смеси газов рассчитывается мольная масса смеси газов: , г/моль. Где: Мi – мольная масса итого газового компонента смеси, г/моль; gi – объёмное содержание итого газового компонента смеси, %; n – количество газовых компонентов смеси.

Например, мольная масса атмосферного воздуха при н.у. составляет около 29 г/моль.

Основные газовые процессы

Процессы, в которых участвует система, могут протекать при различных условиях. В связи с этим различают следующие основные варианты реализации указанных процессов.

1. Изохорный процесс. Объём системы остаётся постоянным (dV=0). Поэтому элементарная работа расширения системы dАр=PdV=0, а вся теплота, сообщенная системе расходуется на изменение внутренней энергии, т.е. теплота приобретает свойства функции системы (не зависит от пути процесса): dQv=dU или Qv=U2-U1.

2. Изобарный процесс. Давление Р=соnst. Таким образом dQp=d(U+PV), а работа расширения равна: Ар=Р(V2-V1).

4. Адиабатический процесс. dQ=0. При адиабатическом процессе работа совершается системой за счёт убыли её внутренней энергии.

Более детально все эти процессы будут рассмотрены далее, в лекциях, посвящённых термодинамике. Здесь эти процессы указаны только для получения общих представлений. Следует также отметить, что наиболее общим случаем всех газовых процессов является политропный процесс (соотношение параметров выражено через величину n – показатель политропы).

Лекция №4: Строение атома.

Большую роль в установлении сложной природы атома и расшифровке его структуры сыграло открытие и изучение радиоактивности (явление испускания некоторыми элементами излучения, способного проникать через вещества, ионизировать воздух, вызывать засвечивание фотографических пластинок). Впервые в 1896г. радиоактивность обнаружена А. Беккерелем у соединений урана. Мария и Пьер Склодовские-Кюри обнаружили радиоактивность и у соединений тория, а в 1898 г. они открыли в составе урановых руд присутствие двух новых радиоактивных элементов – полония и радия. Опыты супругов Кюри показали, что атомы радия в процессе радиоактивного излучения распадаются, превращаясь в атомы других элементов, в частности, в атомы гелия. Впоследствии было установлено, что другим продуктом распада радия является инертный газ радон.

В 1903 г. Дж. Томсон предложил модель строения атома, согласно которой атом состоит из положительного ядра и электронов. Развивая эти представления, Э. Резерфорд в 1911г. предложил ядерную модель строения атома. Существенным шагом в развитии представлений о строении атома стала предложенная в 1913г. Н. Бором теория, объединившая, по сути, ядерную модель атома с квантовой теорией света. Основные положения своей теории Бор сформулировал в виде следующих постулатов: 1) электрон может вращаться вокруг ядра только по некоторым определенным круговым орбитам (стационарным орбитам); 2) Двигаясь по стационарной орбите, электрон не излучает электромагнитной энергии; 3) Излучение происходит при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую.

В 1900г. М. Планк предположил, что лучистая энергия испускается и поглощается телами не непрерывно, а дискретно. При этом, он определил энергию каждой такой порции как Е=h*n (уравнение Планка), где n – частота излучения; h=6,626*10 -34 Дж*с – постоянная Планка. Т.о. согласно определению Планка квант – это минимальная порция электромагнитного излучения с определенной частотой. В 1905г. А. Эйнштейн при изучении явления фотоэлектрического эффекта пришел к выводу, что электромагнитная энергия существует только в форме квантов, а излучение представляет собой поток неделимых материальных «частиц» – фотонов, энергия которых определяется уравнением Планка. Фотон не является ни частицей, ни волной – ему свойственна корпускулярно-волновая двойственность.

Атом и строение его электронных оболочек

Атом любого элемента состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, в целом же атом – система электронейтральная. Атомное ядро состоит из нуклонов: протонов (заряд +1, массовое число 1) и нейтронов (заряд 0, массовое число 1). Заряд ядра, равный порядковому номеру элемента в таблице Д.И. Менделеева, совпадает с числом протонов: массовое число ядра равно суммарному количеству протонов и нейтронов. У одного элемента возможно существование атомов с различным массовым числом ядер – изотопов, т.е. атомов с различным числом нейтронов и одинаковым числом протонов.

Согласно современным представлениям, электрон обладает одновременно свойствами волны и частицы, поэтому для описания его поведения нельзя пользоваться привычными характеристиками, такими как скорость и траектория движения. Вместо этого используют полную энергию электрона (сумма потенциальной и кинетической энергии) и вероятность обнаружения электрона в заданной области пространства.

Состояние электрона в атоме характеризуется волновой функцией, являющейся решением волнового уравнения Шредингера. Из математического анализа уравнения вытекает дискретность значений энергии электрона, момента количества орбитального движения и проекции этого момента на выделенное в пространстве направление. Дискретность выражается квантовыми числами: главным – n, орбитальным – l, магнитным – ml . Четвёртое квантовое число – ms, называют спиновым. Волновая функция при определённых значениях трёх квантовых чисел (n, l ,ml) описывает состояние электрона, характеризующееся так называемой атомной орбиталью (АО).

Каждой АО соответствует область пространства определённого размера, формы и ориентации, равноценная понятию электронного облака. Электронное облако не имеет чётких границ, в связи с этим введено понятие граничная поверхность, т.е. поверхность с равной электронной плотностью, ограничивающая объём, который включает 90% заряда и массы электрона. Форма и размер граничной поверхности считается формой и размером электронного облака.

Главное квантовое число – n определяет энергию АО и номер энергетического уровня, на котором находится электрон (т.е. допустимые уровни энергии электрона) и может принимать значения от единицы до бесконечности.

Орбитальное квантовое число определяет форму АО и энергетический подуровень (т.е. квантование вытянутости эллиптической орбиты) и может принимать значения от нуля до n-.

Магнитное квантовое число – ml определяет пространственную ориентацию данной АО и отчасти её форму (т.е. ориентацию электронных облаков в пространстве) и может принимать значения от – …0…+ .

Спиновое квантовое число – ms характеризует собственный момент импульса и связанный с ним магнитный момент (т.е. вращение электрона вокруг оси), и может принимать значения ± 1/2.

Число АО в пределах энергетического подуровня определяется числовым значением магнитного квантового числа (2+1). Число АО в пределах всего энергетического уровня равно сумме АО всех его подуровней.

Строение атома фтора выражается электронной формулой 1s 2 2s 2 2p 5 и электронно-графической формулой:

kursak.net