ph = – lg [h+]
не все наши читатели уже знакомы с логарифмами, поэтому коротко объясним, что это такое. десятичный логарифм числа а, т.е. логарифм по основанию 10 (обозначение log10а или lgа), показывает, в какую степень надо возвести число 10 (основание логарифма), чтобы получить число а.
например,
lg100 = 2 (поскольку 102 = 100),
lg1000 = 3,
lg10 = 1,
lg1 = 0 (поскольку 100 = 1), и т.д.
логарифмы многими полезными свойствами, необходимыми для сложных вычислений. среди них два важных соотношения:
lgab = lga + lgb,
lgab = blga.
например, для нейтральных растворов, где [h+] = 10–7, получим:
ph = – lg10–7 = – (– 7 lg10) = 7.
концентрация ионов водорода не обязательно выражается только как 10n. например, имеется раствор с концентрацией ионов водорода [h+] = 5,1·10–3. каков рн такого раствора? используем одно из свойств логарифмов:
рн = – lg 5,1·10–3 = – (lg 5,1 + lg10–3).
для второго члена этой суммы можно применить другое свойство логарифмов:
рн = – (lg 5,1 + lg10–3) = – (lg 5,1 – 3 lg10), или
рн = 3 – lg 5,1.
с инженерного калькулятора можно вычислить значение lg 5,1 = 0,7. отсюда рн = (3 – 0,7) = 2,7.
область применения водородного показателя широка: это не только аналитическая , но и пищевая промышленность, экология, биология, медицина. например, рн свежего молока должен быть в интервале 6,6–6,9. речная и водопроводная вода имеют рн немного меньше 7. в морской воде среда слабощелочная (рн = 8). кровь человека должна сохранять значение рн в узком интервале: 7,35–7,45. изменение на 0,1–0,2 единицы рн может иметь тяжелые последствия для здоровья. косметические и моющие средства проходят проверку на оптимальное значение рн для того, чтобы при их использовании не страдала кожа.
** но как вычисляют рн в растворах слабых кислот и оснований? ведь в этом случае распад на ионы происходит не полностью. например, в растворе слабой кислоты концентрация ионов h+ уже не будет равна концентрации самой кислоты. здесь на приходит закон разбавления оствальда для слабых электролитов (см. предыдущий параграф). константа диссоциации кд и степень диссоциации α слабых электролитов связаны соотношением:
кд = α2с
(где с - концентрация слабого электролита в моль/л). отсюда:
в этом выражении можно умножить левую и правую части на концентрацию с:
но дело в том, что αс = [h+] (здесь мы рассматриваем пример слабой кислоты). поэтому можно записать:
таким образом, зная концентрацию раствора слабой кислоты и ее константу диссоциации, можно рассчитать концентрацию ионов водорода h+, а затем и рн раствора. однако следует помнить, что такой способ годится только для определения рн растворов слабых кислот и оснований.
Разработка синтетических каучуков впервые началась в России в 1900 году учениками Бутлерова — Кондаковым, Фаворским, Лебедевым, Бызовым[2]. В 1900 году И. Л. Кондаков впервые получил синтетическим путём изопрен, изучением полимеризации которого занялся А. Е. Фаворский. В 1903—1910 годах параллельно группами учёных под руководством С. В. Лебедева и Б. В. Бызова велись работы по получению синтетического каучука на основе 1,3-бутадиена методом гидролиза нефтяного сырья[3]. Одновременно и независимо подобные работы велись в Англии. Впервые технология производства бутадиенового синтетического каучука разработана в лаборатории завода «Треугольник» Б. В. Бызовым, получившим за это изобретение в 1911 году премию имени Бутлерова[4]. Однако патент на это изобретение был оформлен только в 1913 году. Во время Первой мировой войны на заводе «Треугольник» был освоен выпуск противогазов из синтетического каучука Бызова[5].
Первый патент на процесс получения бутадиенового синтетического каучука с использованием натрия в качестве катализатора полимеризации был выдан в Англии в 1910 году. Первое маломасштабное производство синтетического каучука по технологии, сходной с описанной, в английском патенте имело место в Германии во время Первой мировой войны. Производство бутадиена в России началось в 1915 году по технологии, разработанной И. И. Остромысленским, позднее эмигрировавшим в США. В СССР работы по получению синтетического каучука были продолжены Бызовым и Лебедевым, в 1928 году разработавшим советскую промышленную технологию получения бутадиена. Коммерческое производство синтетического каучука началось в 1919 году в США (Thiokol), и к 1940 году в мире производилось более 10 его марок. Основными производителями были США, Германия и СССР[6]. В СССР производство синтетического каучука было начато на заводе СК-1 в 1932 году по методу С. В. Лебедева (получение из этилового спирта бутадиена с последующей анионной полимеризацией жидкого бутадиена в присутствии натрия)[7]. Прочность на разрыв советского синтетического каучука составляла около 2000 psi (для натурального каучука этот показатель составляет 4500 psi, для Неопрена, производство которого было начато компанией Du Pont (США) в 1931 году — 4000 psi). В 1941 году в рамках поставок по программе ленд-лиза СССР получил более совершенную технологию получения синтетического каучука[6].
В Германии бутадиен-натриевый каучук нашёл довольно широкое применение под названием «Буна»[de].
Синтез каучуков стал значительно дешевле с изобретением катализаторов Циглера — Натта.
Изопреновые каучуки — синтетические каучуки, получаемые полимеризацией изопрена в присутствии катализаторов — металлического лития, перекисных соединений. В отличие от других синтетических каучуков изопреновые каучуки, подобно натуральному каучуку, обладают высокой клейкостью и незначительно уступают ему в эластичности.
В настоящее время большая часть производимых каучуков является бутадиен-стирольными или бутадиен-стирол-акрилонитрильными сополимерами.
Каучуки с гетероатомами в качестве заместителей или имеющими их в своём составе часто характеризуются высокой стойкостью к действию растворителей, топлив и масел, устойчивостью к действию солнечного света, но обладают худшими механическими свойствами. Наиболее массовыми в производстве и применении каучуками с гетерозаместителями являются хлоропреновые каучуки (неопрен) — полимеры 2-хлорбутадиена.
В ограниченном масштабе производятся и используются тиоколы — полисульфидные каучуки, получаемые поликонденсацией дигалогеналканов (1,2-дихлорэтана, 1,2-дихлорпропана) и полисульфидов щелочных металлов.
Основные типы синтетических каучуков:
Изопреновый
Бутадиеновый
Бутадиен-метилстирольный
Бутилкаучук (изобутилен-изопреновый сополимер)
Этилен-пропиленовый (этилен-пропиленовый сополимер)
Бутадиен-нитрильный (бутадиен-акрилонитрильный сополимер)
Хлоропреновый (поли-2-хлорбутадиен)
Силоксановый
Фторкаучуки
Тиоколы.
Наиболее массовое применение каучуков — это производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.