SHPORA.net :: PDA

[ Back ]

Термодинамика ? наука об энергии, ее формах и превращениях. Термодинамика изучает превращение энергии в химических реакциях. Открытая система обменивается с окружающей средой, как веществом, так и энергией. Закрытая система может обмениваться энергией, но не веществом. Изолированная система не может обмениваться ни энергией, ни веществом. Энергия? это мера способности совершать работу. Размерность в СИ [Дж]. Формы существования энергии: химическая, электрическая, механическая, ядерная, солнечная. Виды энергии: кинетическая ? энергия, связанная с движением тела. Зависит от массы тела и скорости. Ек=1/2×mV2. Кинетическая энергия обусловлена механическим движением частиц: вращательным, поступательным, колебательным. Потенциальная энергия ? энергия запасенная телом. Потенциальная обусловлена электростатическими силами притяжения между частицами и внутри самих частиц. Работа ? форма передачи энергии. Система выполняет работу, если действует с некоторой силой, направленной на преодоление сопротивления. Работа связана с перемещением частиц, против действия какой-либо силы. Например работа расширения А= -PDV . Теплота ? количество энергии, вызываемое разностью температур между системой и ее окружением, или одной системой и другой. q ~mD×T. Химическая термодинамика изучает превращения энергии в химических реакциях и способность систем выполнять полезную работу. Первый закон термодинамики ? энергия не создается и не уничтожается, но может превращаться из одной формы в другую.

Термохимия ? раздел химической термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций. Реакции, протекающие в химических системах можно классифицировать по следующим признакам:

1. По направлению: а) необратимые реакции (идут до конца) Zn+2HCl?ZnCl2+H2?. б) обратимые ? реакции, идущие в прямом и обратном направлении 2NO2N2O4.

2.По агрегатному состоянию веществ: а) гомогенные ? реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии (нет поверхности раздела между веществами в системе (идеальные растворы, воздух) б) гетерогенные (неоднородные) - вещества находятся в разных агрегатных состояниях (металл +кислота; порошок железа и оксида железа; кислород и медная проволока). Между веществами в системе есть граница раздела.

3. По энергетическому признаку: а)реакции, идущие с выделением тепла DН<0 - экзотермические (реакции нейтрализации, горения);б)реакции, идущие с поглощением тепла DH>0 ? эндотермические (разложение веществ). Для рассчета энтальпии реакции необходимо составить термохимическое уравнение. Термохимическое уравнение ? уравнение химической реакции, в котором обязательно указывается агрегатное состояние вещества и численные значения тепловых эффектов. Закон Гесса: Одной из задач термохимии является расчет тепловых эффектов реакции (энтальпии реакции). Тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода. Следствие: тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования продуктов за вычетом суммы теплот образовании исходных веществ.

Функции состояния: Энергия Е, DU ? изменение внутренней энергии; DH ? изменение энтальпии; S ? энтропия; DG ? изменение энергии Гиббса, Изменение этих величин однозначно определяется начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути перехода, по которому протекает процесс. Энтальпия- теплосодержание системы (тепловой эффект реакции, протекающей в системе) при постоянном давлении. Энтропия: С одной стороны система стремится к упорядочению (агрегации) уменьшению DН, с другой стороны система стремится к беспорядку (дезагрегации). Первая тенденция растет с понижением температуры, а вторая с повышением температуры. Тенденцию к беспорядку характеризует величина, называемая энтропией. S0298 - энтропия образования вещества при стандартных условиях (приводится в таблицах). Размерность [Дж/моль ×K]. Постулат Планка: Энтропия индивидуального кристаллического вещества в виде идеального твердого тела при абсолютном нуле (0 К) равна 0. Второй закон термодинамики: Самопроизвольно могут протекать процессы, сопровождающиеся увеличением суммарной энтропии системы и ее окружения. DG0298- энергия Гиббса- энергия образования вещества при стандартных условиях или потенциал Гиббса (приводится в таблицах). Размерность кДж/моль. Математическое выражение второго закона термодинамики: G=DH-TDS . Направление протекания процесса: DG определяет термодинамическую вероятность протекания процесса.DG0<0 при заданных условиях самопроизвольно протекает прямая реакция; DG0>0 при заданных условиях реакция не может самопроизвольно протекать в прямом направлении, протекает обратная реакция; DG0=0 при заданных условиях вероятны и прямая и обратная реакция - равновесие.

Топливные ресурсы: возобновляемые ? возможно естественное восполнение за короткий промежуток времени. Доступны. Солнечная энергия, гидроэлектроэнергия. Невозобновляемые- невозможно восполнение после использования. Горючие ископаемые, ядерное топливо. Главные источники горючих ископаемых ? уголь, ПГ, нефть. Состав топлив: Уголь(антрацит) ? 95% углерода. Природный газ- смесь газов. 90-95% метан(СН4), остальное этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10). Нефть смесь жидких углеводородов и др. органических веществ. Синтетические топлива (бензин, керосин, дизельное топливо и др.) ? жидкие и тяжелые углеводороды. Экологически чистое топливо ? водород. Эффективность топлива оценивается теплотворной способностью (ТСТ). Топливо ? как правило смесь компонентов, теплотворная способность указывается на единицу массы (г или кг) ТСТ ? тепловой эффект сгорания 1 единицы массы жидкого или твердого топлива и 1 М3- газообразного. Единицы измерения кДж/кг кДж/м3.



Понятие о химической кинетики

Химическая кинетика ? раздел химии, изучающий скорость и механизм химических реакций. Система ? объект нашего изучения. Вещество или совокупность веществ в реакционном пространстве. Фаза ? часть системы, которая отделена от других частей поверхностью раздела. Гомогенные системы (однородные), системы состоящие из одной фазы (газовые смеси, растворы). Гетерогенные системы (неоднородные)? системы, состоящие из двух и более фаз (т-т, т-ж, т-г).

Скорость химической реакции ? изменение количества вещества в единицу времени в единице реакционного пространства. Скоростью гомогенной реакции называется изменение количества вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени в единице объема системы.

- ?-? относится к DC реагентов, ?+? относится к DC продуктов реакции.

Скоростью гетерогенной реакции называется изменение количества вещества, которое вступает в реакцию или образуется в результате реакции за единицу времени на единице поверхности раздела фаз (S). .

Факторы влияющие на скорость реакции: 1.Природа реагирующих веществ;2. Условия - концентрация, температура, давление (для газов), облучение квантами света и т.д.3. Присутствие катализатора

4. Для гетерогенных реакций ?площадь контакта (степень измельчения). Математическое выражение

скорости реакции: v =k ´(CA)m´(CB)n. k ? константа скорости (коэффициент пропорциональности в уравнении). Константа скорости зависит от температуры природы реагентов (продуктов), но не зависит от их концентраций.

1864-1867 гг. норвежские химики К. Гульдберг и П. Вааге установили химический закон действия масс: ?Скорость химической реакции при данной температуре пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ?. Для простейших одностадийных реакций концентрации реагирующих веществ берутся в степенях равных стехиометрическим коэффициентам. mA+nB?С.

Зависимость скорости химической реакции от температуры: Правило Вант-Гоффа ? при увеличении температуры на каждые 100С скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза. Математическая запись: ?v2/v1=gDt/10? v2 и v1 - скорости реакций при температурах t2 и t1. Dt= t2- t1,g-температурный коэффициент. Температурный коэффициент показывает во сколько раз увеличивается скорость химической реакции при увеличении температуры на каждые 100С. Обычно его значения для большинства реакций изменяются в пределах 2-4.

Увеличение скорости реакции с повышением температуры объясняется увеличением числа активных молекул. Это молекулы обладающие достаточной энергией для осуществления химического взаимодействия. В ходе химической реакции происходит изменение химических связей и перераспределение электронной плотности. Для полного разрушения исходных химических связей необходимы большие затраты энергии и скорость реакции была бы небольшой. Как показали исследования в ходе реакции система проходит через переходное состояние Активного Комплекса. Энергия активации (Еа) ? энергия необходимая для перехода вещества в состояние активированного комплекса. Молекула энергия которой достаточна для образования АК называется активной молекулой. Уменьшить энергию активации можно: повысив температуру или введя катализатор.

С течением времени скорость прямой реакции уменьшается а обратной увеличивается. Наступает момент когда v?= v?. Химическим равновесием называется состояние обратимой реакции, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции. Химическое равновесие является динамическим равновесием. В равновесном состоянии продолжают протекать и прямая и обратная реакция, но т.к. скорости их равны, концентрации всех веществ в системе не изменяются. Состояние равновесия характеризуется константой равновесия ? К. Константа равновесия равна отношению константы скорости прямой реакции к константе скорости обратной реакции.

Концентрация твердых веществ не влияет на K. Константа равновесия данной реакции зависит от температуры, давления. Не влияют на величину К изменение концентраций реагирующих веществ, присутствие катализатора. Катализатор одинаково ускоряет прямую и обратную реакцию, но не смещает равновесие. Катализатор уменьшает время достижения равновесия. Численное значение К характеризует выход продуктов реакции. Чем больше К тем полнее исходные вещества превращаются в продукты и тем выше выход продуктов реакции. Принцип Ле-Шателье: Если на равновесную систему оказывать внешнее воздействие, то равновесие смещается в сторону реакции ослабляющей это воздействие. Факторы влияющие на смещение равновесия: 1.С?(исх.)?; С¯(прод.)?. 2. При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (t? DH>0). При понижении температуры ? в сторону экзотермической реакции(t ¯ DH<0). 3. При увеличении давления (уменьшении объема) равновесие смещается в сторону меньшего числа молей газообразных веществ. При понижении давления (увеличении объема) в сторону большего числа молей газообразных веществ. Катализаторы ? вещества, ускоряющие химические реакции, но не испытывающие химические превращения. Катализатор не изменяет свой химический состав в ходе реакции. Катализ ? изменение скорости реакции под воздействием катализаторов. Гомогенный катализ- Катализатор и реагирующие вещества находятся в одной фазе. Гетерогенный катализ - Реагенты и катализатор в разных фазах. Гетерогенный катализ распространен больше,т.к. катализатор легко отделить от продуктов реакции. Кроме того, что катализатор снижает энергию активации и ускоряет процесс он также позволяет увеличить выход определенного продукта. Такое свойство катализатора называется селективностью.



Растворы. Электролитическая диссоциация. Гидролиз солей. Концентрация

Раствор ? твердая или жидкая гомогенная система, состоящая их двух или более компонентов, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Положения теории растворов Д.И. Менделеева: 1. Растворение является сложным физиохимическим процессом, включающим разрушение структуры. 2. Процесс растворение может быть экзотермическим или эндотермическим. 3. в результате химического взаимодействия растворенного вещества и растворителя образуются сольваты (если растворитель неводный) и гидраты (если растворитель ? вода).

Все дисперсные системы состоят из сплошной фазы (дисперсионная среда) и прерывистой (дисперсионная фаза). В зависимости от размера они делятся на взвеси и коллоидные. Взвеси: суспензии (дорожная грязь, чистящие пасты, краски, эмали), эмульсии (смеси, состоящие из взаимно нерастворимых жидкостей, водамасло) и аэрозоли (дисперсионные системы, в которых частицы дисперсионной фазы находятся во взвешенном состоянии). Пены ? дисперсионные системы, типа газжидкость. Коллоидный растворы ? растворы с размерами частиц 10 -7 ? 10-9. Каллоидные частицы состоят из ядра, абсорбированных ионов и растворителя. Абсорбция ? поглащение вещества поверхнгостным слоем другого вещества в результатет перехода частицы из объема дисперсионной среды.

Истинные растворы и их свойства: Растворы ? гомогенные системы, сосотоящие из двух или более компонентов. Жидкие: Жидкие растворы состоят из растворенных веществ и из растворителей, йод в спирте, NaCl в воде, HNO3 в воде, газообразные: воздух, твердые. Концентрация ? содержание определенной доли вещества в растворе. Составы растворов: насыщенный, ненасыщенный и пересыщенный. Массовая доля (процентная концентрация) - , массовая концентрация - , молярная концентрация - .

Растворимость ? способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Коэффициент растворимости ? максимальная масса вещества, которая может раствориться.

Электролитическая диссоциация ? процесс распада молекул вещества под действием ионов полярных молекул растворителя, а так же при их расплавлении. Электролиты ? вещества, проводящие электрический ток своими ионами. Степень электролитической диссоциации определяет силу электролита. У сильных электролитов степень электролитической диссоциации >=30% Слабые электролиты ? электролиты, которые диссоциируют на ионы в очень малой степени, для них степень электролитической диссоциации <3%.В виде молекул записывают формулы нерастворимых и малорастворимых веществ. К электролитам относятся кислоты, основания и соли. Кислоты ? электролиты, которые при диссоциации образуют катионы водорода Н+. Основания ? электролиты, которые при диссоциации образуют анионы ? гидроксид-ионы. Нормальные соли ? электролиты, образующие при диссоциации катионы металлов и анион кислотного остатка. Кислые соли ? электролиты, которые диссоциируют на катионы металла и сложный анион , в состав которого входят анион водорода и кислотного остатка. Основные соли ? электролиты, которые диссоциируют на анионы кислотного остатка и сложные катионы, состоящие из атома металла и гидроксогруппы.

Водородный показатель характеризует среду в растворе. Водородный показатель, рН, определяет кислотность среды в растворе соли. Это величина, определяющая характер среды (кислая, нейтральная, щелочная) в растворе соли. pH= -lg[H+] В нейтральной среде -pH=7 (то есть очень близок к 7), в кислой - рН<7, в щелочной - pH>7.

Гидролиз ? взаимодействие вещества с водой, при котором составные части вещества реагируют с составными частями воды.



Окислительно -восстановительные реакции

? Степень окисления ? условный заряд атома элемента в соединении. ОВР ? реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Межмолекулярные ОВР ? реакции, в которых окислитель и восстановитель содержатся в молекулах разных веществ: 3H2S-2 +H2S+6O4 ? 4S0 + 4H2O. Внутримолекулярные ОВР - реакции, которые идут с изменением степени окисления разных атомов элементов, содержащихся в одной молекуле. Молекула вещества содержит окислитель и восстановитель: 2NaN+5O3-2 ? 2NaN+3O2 + O20. Реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления) - Это реакции, идущие с изменением степени окисления одного атома элемента в молекуле одного и того же вещества. Атом элемента в промежуточной степени окисления. Cl20 + 2KOH ? KCl- +KCl+1O +H2O

? Окисление ? процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. Восстановитель ? атом, молекула или ион, отдающий электроны. Al0 ? 3e? Al3+. Восстановление ? процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. Окислитель ? атом, молекула или ион, присоединяющий электроны. S0 +2e S2-. Восстановители: простые вещества металлы, Н2, С, Si, Р. Ионы в минимальной степени окисления (S2-, I-, Br-,Cl-, N3-). Некоторые ионы металлов в меньшей из возможных с.о. (Fe2+, Sn2+ , Cu+). Органические вещества: спирты, альдегиды, глюкоза. Окислители: Простые вещества: О2, О3, галогены (F2, Cl2, Br2, I2). Ионы неметаллов и металлов в высшей с.о. (S+6, N+5,Mn+7, Cr+6). Оксиды металлов (CuO, PbO2, Ag2O, CrO3, MnO2).

? Окислительно-восстановительная двойственность ? элементы в промежуточной степени окисления могут проявлять как свойства восстановителя, так и свойства окислителя, так как могут и повышать степень окисления (отдают электроны, окисляются), так и понижать (принимают электроны, восстанавливаются).

? Возможность и полноту протекания ОВР определяет величина электродного потенциала данной полуреакции. Значение электродных потенциалов различных полуреакций при стандартных условиях приводятся в справочных таблицах. Обозначение j0 . Размерность ? В. Условие протекания ОВР: j0окислителя > j0восстановителя. Электродный потенциал металла? это разность потенциалов между металлом и раствором, в который он погружен. Стандартный электродный потенциал металла ? потенциал металла измеренный относительно водородного электрода при стандартных условиях. Ряд напряжений: j0 характеризует восстановительную способность металла. Для неактивных металлов j0>0, для активных j0<0. По величине стандартных электродных металлы образуют электрохимичесий ряд напряжений металлов. По ряду напряжений можно определить какие металлы вытесняют водород из растворов кислот, вытесняют другие металлы из растворов их солей.

? Гальванический элемент ? это устройство, в котром энергия химической реакции превращается в электрическую. Простейший гальванический элемент ? элемент Даниэля-Якоби. Анод ? электрод на котором происходит окисление (более активный металл). Катод ? электрод на котором происходит восстановление (менее активный металл).



овр



дряынь



окислительно-восстановительные реакции



/Окисление-процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. Восстановитель- атом, молекула или ион, отдающий электроны./Восстановление-процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. Окислитель-атом, молекула или ион, присоединяющий электроны.



Восстановители: простые вещества металлы, Н2, С, Si, Р. Ионы в минимальной степени окисления (S2-, I-, Br-,Cl-, N3-). Некоторые ионы металлов в меньшей из возможных с.о. (Fe2+, Sn2+ , Cu+).



? Возможность и полноту протекания ОВР определяет величина электродного потенциала данной полуреакции. Значение электродных потенциалов различных полуреакций при стандартных условиях приводятся в справочных таблицах. Обозначение j0 . Размерность ? В. Условие протекания ОВР: j0окислителя > j0восстановителя. Электродный потенциал металла? это разность потенциалов между металлом и раствором, в который он погружен. Стандартный электродный потенциал металла ? потенциал металла измеренный относительно водородного электрода при стандартных условиях. Ряд напряжений: j0 характеризует восстановительную способность металла. Для неактивных металлов j0>0, для активных j0<0. По величине стандартных электродных металлы образуют электрохимичесий ряд напряжений металлов. По ряду напряжений можно определить какие металлы вытесняют водород из растворов кислот, вытесняют другие металлы из растворов их солей.



РАСТВОРЫ



Растворы - это однофазные системы переменного состава, состоящие из нескольких компонентов, один из которых является растворителем, а другие - растворенными веществами. То, что растворы однофазные системы, роднит их с химическими соединениями, а то, что они являются системами переменного состава, сближает их с механическими смесями. Поэтому и считают, что растворы имеют двойственную природу: с одной стороны, они сходны с химическими соединениями, а с другой ? с механическими смесями.



Растворение - это физико-химический процесс. При физическом явлении разрушается кристаллическая решетка и происходит диффузия молекул растворенного вещества. При химическом явлении в процессе растворения молекулы растворенного вещества реагируют с молекулами растворителя.



Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением теплоты. Эту теплоту, отнесенную к одному молю вещества, называют тепловым эффектом растворения, Qp.



? Общий тепловой эффект растворения зависит от тепловых эффектов:



? а) разрушения кристаллической решетки (процесс всегда идет с затратой энергии ? Q1);



? б) диффузии растворенного вещества в растворителе (затрата энергии - Q2);



? в) гидратации (выделение теплоты, +Q3, так как гидраты образуются за счет возникновения непрочной химической связи, что всегда сопровождается выделением энергии).



Общий тепловой эффект растворения Qp будет равен сумме названных тепловых эффектов: Qp = (-Q1) + (- Q2) + (+Q3); если Q1> Q3> то растворение идет с поглощением теплоты, то есть процесс эндотермический, если Q1< Q3, то растворение идет с выделением теплоты, то есть процесс экзотермический. Например, растворение NaCl, KN03, NH4CNS идет с поглощением теплоты, растворение NaOH, H2S04 ? с выделением теплоты.



Задача На РАСТВОРЫ



Задача. Почему при растворении в воде хлорида натрия температура раствора понижается, а при растворении серной кислоты ? повышается?



Ответ. При растворении хлорида натрия идет разрушение кристаллической решетки, что сопровождается затратой энергии. На процесс диффузии затрачивается незначительное количество энергии. Гидратация ионов всегда сопровождается выделением энергии. Следовательно, если в процессе растворения понижается температура, то энергия, необходимая для разрушения кристаллической решетки, оказывается большей, чем энергия, выделяющаяся при гидратации, и в целом раствор охлаждается.



Тепловой эффект растворения серной кислоты состоит, главным образом, из теплоты гидратации ионов, поэтому раствор разогревается.



Растворимость вещества ? это его способность распределяться в среде растворителя. Растворимость (или коэффициент растворимости) определяется максимальным количеством граммов вещества, которое может раствориться в 100 граммах растворителя при данной температуре.



Растворимость большинства твердых веществ увеличивается с нагреванием. Есть исключения, то есть такие вещества, , растворимость которых с увеличением температуры мало меняется (NaCl) или даже падает (Са(ОН)2).



Растворимость газов в воде падает с нагреванием и увеличивается с повышением давления.



Растворимость веществ связана с природой растворенного вещества. Полярные и ионные соединения, как правило, хорошо растворяются в полярных растворителях, а неполярные соединения - в неполярных растворителях. Так, хлороводород и аммиак хорошо растворяются в воде, тогда как водород, хлор, азот растворяются в воде значительно хуже.



ЭНЕРГИЯ ИОНИЗАЦИИ



Энергия ионизации (мера проявления металлических свойств) ? это энергия, необходимая для отрыва электрона от атома.



(Ca0- -> Ca2+ + 2е- - dН).



Чем больше электронов на внешнем электронном слое, тем больше энергия ионизации. С увеличением радиуса атома энергия ионизации уменьшается. Этим объясняется уменьшение металлических свойств в периодах слева направо и увеличение металлических свойств в группах сверху вниз. Цезий (Cs) ? самый активный металл.



Энергия сродства к электрону (мера проявления неметаллических свойств) - энергия, которая выделяется в результате присоединения электрона к атому (Сl0 + 1е- ?> Сl- + dН). С увеличением числа электронов на внешнем электронном слое энергия сродства к электрону увеличивается, а с увеличением радиуса атома ? уменьшается. Этим объясняются увеличение неметаллических свойств в периодах слева направо и уменьшение неметаллических свойств в главных подгруппах сверху вниз



ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ



Химия ? наука, изучающая состав, строение, свойства, получение и превращения веществ.



Атомно-молекулярное учение ? учение о строении веществ из атомов и молекул, создано трудами Ломоносова и Дальтона.



Вещества состоят из мельчайших частиц ? молекул, которые находятся в непрерывном движении. При повышении температуры скорости движения молекул увеличиваются, при снижении ? уменьшаются.



Молекулы различных веществ отличаются друг от друга массой, размерами и химическими свойствами. Все молекулы одного вещества одинаковы.



Молекулы состоят из более мелких частиц - атомов. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ состоят из разных атомов.



Атомы одного элемента отличаются от атомов других элементов зарядом атомного ядра, размером и химическими свойствами. При химических реакциях изменяется состав молекулы. Атомы при химических реакциях не разрушаются.



Атом ? электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и одного или нескольких электронов.



Молекула ? наименьшая частица вещества, обладающая всеми химическими свойствами данного вещества. Для некоторых веществ понятия атома и молекулы совпадают.



Химический элемент ? вид атомов, характеризующихся определенным зарядом ядра.



Простым веществом называется вещество, молекулы которого состоят из атомов одного элемента, например водород, кислород и азот и т. д. Каждый элемент имеет определенный химический знак, соответствующий первым буквам латинского названия данного элемента.



Соединениями или сложными веществами называются вещества, молекулы которых состоят из атомов разных элементов, например вода.



Аллотропия - существование одного и того же элемента в виде двух или нескольких простых веществ. Аллотропия может быть результатом образования молекул с различным числом атомов (например, кислород О2 и озон О3) или различных кристаллических форм (например, углерод образует графит и алмаз).



Этот случай называется также полиморфизмом.



Физические явления ? это любые изменения вещества, не при водящие к изменению состава и строения его молекул, например изменение агрегатного состояния веществ, хотя кристалл и газ, например, обладают различными физическими свойствами.



Химические явления или химические реакции ? это явления или реакции, при которых из одних веществ образуются новые вещества. Химические реакции постоянно совершаются в живой и неживой природе. Процессы ржавления, горения, гниения представляют собой химические явления. Часто явления физические и химические происходят одновременно, маскируя друг друга, например, пропускание электрического тока через проволоку сопровождается явлениями физического порядка: нагреванием проволоки, расширением ее, увеличением сопротивления,испусканием света, но то же нагревание проволоки на открытом воздухе приводит к явлениям химического характера: металл при нагревании реагирует с кислородом воздуха, превращаясь в оксид.



Механическая смесь и химическое соединение имеют следующие различия:



1. При приготовлении механической смеси составные части можно брать в любых количественных соотношениях. Чтобы получить химическое соединение и при этом одно из взятых веществ не вещества в определенных соотношениях.



2. Свойства веществ, составляющих механическую смесь, сохраняются, так как составные части в смеси остаются химически неизменными. При химической реакции свойства исходных веществ не сохраняются, так как в результате их взаимодействия образуется новое вещество с иными свойствами.



3. При механическом смешивании не наблюдается выделения или поглощения теплоты. Химические реакции практически всегда сопровождаются тепловыми эффектами.



4. Составные части смеси , могут быть разделены на основании их физических свойств (фильтрование, отстаивание, выпаривание и другие способы).



Металлы ? простые вещества, обладающие высокими тепло- и электропроводностью, ковкостью, блеском и другими характерными свойствами, которые обусловлены наличием в их кристаллической решетке свободно перемещающихся электронов (обобщенного электронного облака).



Неметаллы ? простые вещества, не обладающие свойствами металлов. Резкой границы меду металлами и неметаллами провести нельзя.



Типы химических реакций:



1. Реакция соединения - реакция, при которой из атомов или молекул двух или более веществ образуются молекулы одного вещества.



2. Реакция разложения - реакция, при которой из одного вещества образуется два или более веществ.



3. Реакция замещения - реакция, при которой атомы, входящие в состав простого вещества, замещают атомы одного из элементов в сложном веществе.



Экзотермические реакции



? реакции, протекающие с выделением теплоты.



Эндотермические реакции



? реакции, протекающие с поглощением теплоты.



Скорость химической реакции ? отношение изменения концентрации одного из реагирующих веществ ко времени, за которое это изменение произошло.



Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, концентрации, температуры, давления и агрегатного состояния.



Равновесие химическое - состояние смеси реагирующих веществ, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.



Смещение химического равновесия ? процесс изменения концентрации веществ в реагирующей смеси. Изменения равновесия, вызываемые изменением внешних условий, можно предвидеть, руководствуясь общим положением, известным под названием принципа Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие (изменять температуру, давление или концентрацию), то равновесие в системе сместится в направлении, при котором эффект произведенного воздействия уменьшится. Так, повышение температуры сместит равновесие в сторону реакций, которые идут с поглощением тепла; увеличение давления будет благоприятствовать реакциям, идущим с уменьшением объема.



Атомный вес элемента - вес атома, выраженный в углеродных единицах (у. е.), или число, показывающее, во сколько раз атом данного элемента тяжелее 1/12 части веса атома углерода (120).



Молекулярный вес ? вес молекулы, выраженный в у. е., т. е. число, показывающее, во сколько раз моле кула данного вещества тяжелее 1/12 части веса атома углерода (12 С).



Закон постоянства состава: независимо от способа получения данного соединения его весовой состав постоянен.



Закон сохранения массы веществ: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся после реакции.



Грамм-атом ? количество вещества, вес которого, выраженный в граммах, численно равен молекулярному весу данного вещества.



Закон Авогардо: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое число молекул.



Закон соединительных объемов: объемы газов, реагирующих между собой или образующихся в результате реакции, находятся в отношениях небольших целых чисел.



Формула химическая ? сокращенное обозначение состава какого-либо соединения с помощью химических законов и чисел, указывающих на количественное соотношение элементов в данном соединении.



Валентность - свойство атомов данного элемента присоединить или замещать в молекуле определенное число атомов других элементов. За единицу валентности принята валентность водорода.



Структурные формулы элементов ? формулы веществ с изображением валентности элементов, например в дн: Н-О-Н.



Химические уравнения ? запись химических реакций посредством химических формул исходных и полученных веществ и математических знаков. Формулы исходных веществ пишут в левой части уравнения, а полученных - в правой, например: 2Н2 + 02 ? 2Н20. Число атомов каждого элемента в левой и правой частях одинаково.



Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева



периоды



I



II



III



IV



V



VI



VII



VIII



1



(H)



1 H



1,0079



Водород



2 He



4,0026



Гелий



2



Li 3



6,939



Литий



Be 4



9,0122



Бериллий



5 B



10,811



Бор



6 C



12,01115



Углерод



7 N



14,0067



Азот



8 O



15,9994



Кислород



9 F



18,9984



Фтор



10 Ne



20,179



Неон



3



Na 11



22,9898



Натрий



Mg 12



24,305



Магний



13 Al



26,9815



Алюминий



14 Si



28,086



Кремний



15 P



30,9738



Фосфор



16 S



32,064



Сера



17 Cl



35,453



Хлор



18 Ar



39,948



Аргон



4



K 19



39,102



Калий



Ca 20



40,08



Кальций



Sc 21



44,956



Скандий



Ti 22



47,90



Титан



V 23



50,942



Ванадий



Cr 24



51,996



Хром



Mn 25



54,9380



Марганец



Fe 26



55,847



Железо



Co 27



58,9330



Кобальт



Ni 28



58,71



Никель



29 Cu



63,546



Медь



30 Zn



65,37



Цинк



31 Ga



69,72



Галлий



32 Ge



72,59



Германий



33 As



74,9216



Мышьяк



34 Se



78,96



Селен



35 Br



79,904



Бром



36 Kr



83,80



Криптон



5



Rb 37



85,47



Рубидий



Sr 38



87,62



Стронций



Y 39



88,905



Иттрий



Zr 40



91,22



Цирконий



Nb 41



92,906



Ниобий



Mo 42



95,94



Молибден



Tc 43



(99)



Технеций



Ru 44



101,07



Рутений



Rh 45



102,905



Родий



Pd 46



106,4



Палладий



47 Ag



107,868



Серебро



48 Cd



112,40



Кадмий



49 In



114,82



Индий



50 Sn



118,69



Олово



51 Sp



121,75



Сурьма



52 Te



127,60



Теллур



53 I



126,9044



Йод



54 Xe



131,30



Ксенон



6



Cs 55



132,905



Цезий



Ba 56



137,34



Барий



La* 57



138,91



Лантан



Hf 72



178,49



Гафний



Ta 73



180,948



Тантал



W 74



183,85



Вольфрам



Re 75



186,2



Рений



Os 76



190,2



Осмий



Ir 77



192,2



Иридий



Pt 78



195,09



Платина



79 Au



196,967



Золото



80 Hg



200,59



Ртуть



81 Tl



204,37



Таллий



82 Pb



207,19



Свинец



83 Bi



208,980



Висмут



84 Po



(210)



Полоний



85 At



(210)



Астат



86 Rn



(222)



Радон



7



Fr 87



(223)



Франций



Ra 88



(226)



Радий



Ac** 89



(227)



Актиний



Rf 104



(261)



Резерфордий



Db 105



(262)



Дубний



Sg 106



(263)



Сиборгий



Bh 107



(262)



Борий



Hs 108



(265)



Хассий



Mt 109



(266)



Мейтнерий







*Лантаноиды **Актиноиды



Ce 58



140,12



Церий



Pr 59



140,907



Празеодим



Nd 60



144,24



Неодим



Pm 61



(147)*



Прометий



Sm 62



150,35



Самарий



Eu 63



151,96



Европий



Gd 64



157,25



Гадолиний



Tb 65



158,924



Тербий



Dy 66



162,50



Диспрозий



Ho 67



164,930



Гольмий



Er 68



167,26



Эрбий



Tm 69



168,934



Тулий



Yb 70



173,04



Иттербий



Lu 71



174,97



Лютеций



Th 90



232,038



Торий



Pa 91



(231)



Протактиний



U 92



238,03



Уран



Np 93



(237)



Нептуний



Pu 94



(244)



Плутоний



Am 95



(243)



Америций



Cm 96



(247)



Кюрий



Bk 97



(247)



Берклий



Cf 98



(251)



Калифорний



Es 99



(254)



Эйнштейний



Fm 100



(257)



Фермий



Md 101



(257)



Менделевий



No 102



(255)



Нобелий



Lr 103



(256)



Лоуренсий



Свойства некоторых веществ в свете теории электролитической дисоциации



Вещество



С чем реагирует



Что образуется



Уравнение реакции



Растворимое основание (Щ?лочь)



Кислота



соль + вода



2KOH + H2SO4 K2SO4 + 2H2O



2K+ +2 OH - + 2H+ + SO42- 2K+ + SO42- + 2H2O



2OH - + 2H+ 2H2O



Реакция ид?т до конца, так как образовалась вода



Соль



нов. соль+ нов. основание



2NaOH + ZnCl2 2NaCl + Zn(OH)2



2Na+ + 2OH - + Zn2+ + 2Cl - 2Na+ + 2Cl - + Zn2+ + 2OH -



Реакция обратимая



Нерастворимоеоснование



Кислота



соль + вода



Ba(OH)2 +H2SO4 BaSO4 + 2H2O



Ba(OH)2 + 2H + + SO42- Ba2+ + SO42- + H2O



Ba(OH)2 + 2H+ Ba2++ 2H2O



Реакция ид?т до конца, так как образовалась вода



Кислота



Металл (кроме HNO3)



соль+водорд



3H2+1SO4 + 2Al0 Al2+3 (SO4)3 + 3H20



2H+1 +2e H20 3H 3 окислитель



Al0 -3e Al+3 2Al 2 востановитель



Основание



соль + вода



HCl+ NaOH NaCl + H2O



H+ + Cl - + Na+ + OH - Na+ + Cl - +H2O



H+ + OH - H2O



Реакция ид?т до конца, так как образовалась вода



Соль



нов. соль+ нов. кислота



2H3PO4+ 3Na2SiO3 3H2SiO3 + 2Na3PO4



6H+ + 2PO43- + 6Na+ + 3SiO32- 6H+ + 3SiO32- + 6Na+ + 2PO43-



Реакция обратимая



Соль



Металл ( кроме Li, Na, K, Ba)



новая соль + новый металл



Mg+2Cl2 + Zn0 Mg0 + Zn+2Cl2



Mg+2 +2e Mg0 2Mg 1Окислитель



Zn0 -2e Zn+2 2Zn 1Восстановитель



кислота



новая соль + новая кислота



H2S + Na2SiO3 H2SiO3 + Na2S



2H+ + S2- + 2Na+ + SiO32- 2H++ SiO32- + 2Na+ + S2-



Реакция обратимая



соль



новая соль + новая соль



2Ag NO3+ MgCl2 2AgCl + Mg(NO3)2



2Ag+ + NO3 - + Mg2+ + 2Cl - 2AgCl + Mg2+ +NO32-



2Ag+ + 2Cl - 2AgCl



Реакция ид?т до конца, та как образовался осадок (2AgCl)



основание



нов. соль+ нов. основание



2KOH + BaCl2 2KCl + Ba(OH)2



2K+ + 2OH - + Ba2+ + 2Cl - 2K+ + 2Cl- + Ba2+ + 2OH -



Реакция обратимая



Энтальпия



Внутр энерг характеризует общий запас энергии системы и включает все виды энергии движения и взаимод частиц, но не включает кинет энергию вцелом и пот энергию. Т/д пользуется понятием изменения внутр энергии. ΔU=Uкон-Uнач dU Энтальпия характеризует запас энергии системы при р=const она числено равна: H=U+pV



ΔH=ΔU+pΔV dH



ΔH=Hкон-Hнач



Закон Гесса:



Тепловой эффект х.р. зависит только от вида и состояния исходных в-в и кон продуктов. При термохим рассчетах использ термохим у-ия. Т.х. у-ия обязательно должны содержать молярные кол-ва в-в, в правой части должен быть приведен тепловой эффект, должны быть указаны агрегатные состояния в-в, с т.х. у-иями можно производить все алгебраические действия.



Энергия Гиббса G=H-TS. G=H-TS. S = Qобр(кол-во теплоты, погл сис-мов в изотермич обратимом проц.)/T



1. H2 широко распространен в природе. Он входит в состав Н2О, глин, каменного и бурого угля, нефти и т.д., а также во все животные и растительные организмы. В свободном состоянии водород встречается крайне редко (в вулканических и др. природных газах). Водород - самый распространенный элемент космоса: он составляет до половины массы Солнца и большинства звезд. Юпитер и Сатурн в основном состоят из водорода. Он присутствует в атмосфере ряда планет, в кометах, газовых туманностях и межзвездном газе. H2 имеет три изотопа с массовыми числами соответственно 1, 2 и 3: 1H p(e) протий, 2D(2H) (p+n)e дейтерий 3T(3H) (p+2n)e тритий. Протий и дейтерий - стабильные изотопы. Нормальный изотопный состав природных соед водорода соответствует отношению D : H = 1 : 6800 (по числу атомов). Тритий - -радиоактивен, период полураспада T1/2 = 12,26 года.



Факторы влияющ. на скор. хим. реак. Закон действ. масс



Концентрация



При постоянной температуре скорость хим. р-ии прямо пропорциональна концентрации реагирующих в-в. т.е. чем выше концентрация тем больше скорость!!!



A+B->C



vspeed=k[A][B], где k-константа скорости



Температура



правило Вант-Гоффа: повышение t на каждые 10? скор. реакции увеличивается примерно 2-4 раза.



Катализатор



В-ва, которые изменяют скорость хим. реакции, оставаясь к концу реакции неизменным как качественно, так и количественно, называются катализатарами.



При наличии катализатора скорость хим реакции возрастает.



Растворы



Растворы - это однофазные системы переменного состава, состоящие из нескольких компонентов, один из которых является растворителем, а другие - растворенными веществами. То, что растворы однофазные системы, роднит их с химическими соединениями, а то, что они являются системами переменного состава, сближает их с механическими смесями. Поэтому и считают, что растворы имеют двойственную природу: с одной стороны, они сходны с химическими соединениями, а с другой ? с механическими смесями.



Растворение - это физико-химический процесс. При физическом явлении разрушается кристаллическая решетка и происходит диффузия молекул растворенного вещества. При химическом явлении в процессе растворения молекулы растворенного вещества реагируют с молекулами растворителя.



Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением теплоты. Эту теплоту, отнесенную к одному молю вещества, называют тепловым эффектом растворения, Qp.



? Общий тепловой эффект растворения зависит от тепловых эффектов:



? а) разрушения кристаллической решетки (процесс всегда идет с затратой энергии ? Q1);



? б) диффузии растворенного вещества в растворителе (затрата энергии - Q2);



? в) гидратации (выделение теплоты, +Q3, так как гидраты образуются за счет возникновения непрочной химической связи, что всегда сопровождается выделением энергии).



Общий тепловой эффект растворения Qp будет равен сумме названных тепловых эффектов: Qp = (-Q1) + (- Q2) + (+Q3); если Q1> Q3> то растворение идет с поглощением теплоты, то есть процесс эндотермический, если Q1< Q3, то растворение идет с выделением теплоты, то есть процесс экзотермический. Например, растворение NaCl, KN03, NH4CNS идет с поглощением теплоты, растворение NaOH, H2S04 ? с выделением теплоты.



Задача. Почему при растворении в воде хлорида натрия температура раствора понижается, а при растворении серной кислоты ? повышается?



Ответ. При растворении хлорида натрия идет разрушение кристаллической решетки, что сопровождается затратой энергии. На процесс диффузии затрачивается незначительное количество энергии. Гидратация ионов всегда сопровождается выделением энергии. Следовательно, если в процессе растворения понижается температура, то энергия, необходимая для разрушения кристаллической решетки, оказывается большей, чем энергия, выделяющаяся при гидратации, и в целом раствор охлаждается.



Тепловой эффект растворения серной кислоты состоит, главным образом, из теплоты гидратации ионов, поэтому раствор разогревается.



Растворимость вещества ? это его способность распределяться в среде растворителя. Растворимость (или коэффициент растворимости) определяется максимальным количеством граммов вещества, которое может раствориться в 100 граммах растворителя при данной температуре.



Растворимость большинства твердых веществ увеличивается с нагреванием. Есть исключения, то есть такие вещества, , растворимость которых с увеличением температуры мало меняется (NaCl) или даже падает (Са(ОН)2).



Растворимость газов в воде падает с нагреванием и увеличивается с повышением давления.



Растворимость веществ связана с природой растворенного вещества. Полярные и ионные соединения, как правило, хорошо растворяются в полярных растворителях, а неполярные соединения - в неполярных растворителях. Так, хлороводород и аммиак хорошо растворяются в воде, тогда как водород, хлор, азот растворяются в воде значительно хуже.



Шпора химии



nB=Nф/Nа Mэкв(В)=mB/nэкв(В) MB=mB/nB



MB=mФ.Е.*NA Mэкв(В)=М(В)/Z(B)



Закон Авогадро



V1=V2 то m1/m2=M1/M2



Закон эквивалентов



ma/mв=Мэк(А)/Мэк(В)=(М(А)/za)/(M(B)/zв)



Концентрация



1.Массовая доля =mВ/mР=mв/Vр*р



2.Молярная концентрация СВ=nВ/VР Сэкв(В)=nЭКВ/VР



3. Моляльная концентрация m=nB/mp-ля



4. Титр Т=mB/VP



5. Молярная доля XB=nB/(nA+nB+?) Xi=ni/ni



Н-энтальпия S-Энтропия G-энергия Гиббса



Основные законы термодинамики



Q=*U+W при p=const Qp=*U+p*V



QP=* (U+pV) U+pV=H QP=*H



*rH=HK-HH *rH-энергетический эффект хим р-и



*rH>0 поглощение *rH<0 выделение экзотермическое



тепловой эффект образования *FH и сгорания *СH



C(K)+O2(Г)=CO2 *rH=*FH(CO2)



CH4(Г)+2O2(Г)=СО2(Г)+2H2O *rH=*cH(CH4)



Стандартные условия Т=298,15К Р=101325 Па



Закон Гесса



Тепловой эффект химической реакции при V или Р =const



не зависит от промежуточной стадии.



Термохимические ур-я можно ?+? или ?-?.



Следствия:



1) Суммарный тепловой эффект циклического пр-са=0



2) *rH=*FH(K)-*FH(H) 3) *rH=*CH(H)- *CH(K)



*rS=S(K)-S(H) S=RlnW



Энергия Гиббса-Гельмгольца



G=H-TS *G=*H-T*S - *G=Wmax G-энергия Гиббса,



W-работа *G=0 ? состояние равновесия



Химическое равновесие с точки зрения термодинамики







a-любая кроме равновесной актив. i-го комп-та







Па(к)/Па(н)=Ка Ка-const хим. равовесия.



Пс(к)/Пс(н)=Кс ? концентрационная



Па(к)/Па(н)=К(каж) *rG0=-RTlnKa



V=KCACB2 C-молярная концентрация



[A]-ф-ла в-ва V=K[A][B]2 V-скорость Если в газе V=KPAPB2



Коэффициент Вант-Гоффа.



если конц. то вместо VК если







Уравнение Аррениуса lnK= - Ea/RT+C



Химическое равновесие кинетический подход



E=h



Общие cв-ва растворов



РА=Ра*ХА, ХА=(1-ХВ), VU=KUSXA



2й Закон Рауля



,



,



ПОСМ=СRT



Р-ры электролитов



i-изотонический коэф. Pосм=iC(B)RT *T=iKCm(B) *Tкип=iECm(B)



=(i-1)/(n-1) KD=C2/(1-) Закон Освальда



aH+>10-7 aOH-<10-7 ? кислая Кг=Ка*аН2О Кг-const диссоц.



Количественные характеристики ОВР



Мэк. окисл.=Мок/Zприс. *Е0=Е0ок-Е0ок *G0=-nF*E0 *E0>0-возмож.



Равновесие на границе раздела фаз.



- Нерст



ПРИНЦИП ЛЕ-ШАТЕЛЬЕ

Если на систему, которая находится в состоянии динамического равновесия, оказывать внешнее воздействие, то в системе будут протекать процессы, направленные на уменьшение этого внешнего воздействия. Так, например, если:



а) повышать температуру, то равновесие сместится в сторону эндотермической реакции;



б) понижать температуру, то равновесие сместится в сторону экзотермической реакции;



в) повышать давление - равновесие сместится в сторону образования меньшего числа молекул;



г) понижать давление равновесие сместится в сторону образования большего числа молекул;



д) увеличивать концентрацию исходных веществ равновесие сместится в сторону образования продуктов реакции;



е) увеличивать концентрацию продуктов реакции равновесие сместится в сторону образования исходных веществ.



ЭНЕРГИЯ ИОНИЗАЦИИ



Энергия ионизации (мера проявления металлических свойств) ? это энергия, необходимая для отрыва электрона от атома.



(Ca0- -> Ca2+ + 2е- - dН).



Чем больше электронов на внешнем электронном слое, тем больше энергия ионизации. С увеличением радиуса атома энергия ионизации уменьшается. Этим объясняется уменьшение металлических свойств в периодах слева направо и увеличение металлических свойств в группах сверху вниз. Цезий (Cs) ? самый активный металл.



Энергия сродства к электрону (мера проявления неметаллических свойств) - энергия, которая выделяется в результате присоединения электрона к атому (Сl0 + 1е- ?> Сl- + dН). С увеличением числа электронов на внешнем электронном слое энергия сродства к электрону увеличивается, а с увеличением радиуса атома ? уменьшается. Этим объясняются увеличение неметаллических свойств в периодах слева направо и уменьшение неметаллических свойств в главных подгруппах сверху вниз



ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ



Химия ? наука, изучающая состав, строение, свойства, получение и превращения веществ.



Атомно-молекулярное учение ? учение о строении веществ из атомов и молекул, создано трудами Ломоносова и Дальтона.



Вещества состоят из мельчайших частиц ? молекул, которые находятся в непрерывном движении. При повышении температуры скорости движения молекул увеличиваются, при снижении ? уменьшаются.



Молекулы различных веществ отличаются друг от друга массой, размерами и химическими свойствами. Все молекулы одного вещества одинаковы.



Молекулы состоят из более мелких частиц - атомов. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ состоят из разных атомов.



Атомы одного элемента отличаются от атомов других элементов зарядом атомного ядра, размером и химическими свойствами. При химических реакциях изменяется состав молекулы. Атомы при химических реакциях не разрушаются.



Атом ? электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и одного или нескольких электронов.



Молекула ? наименьшая частица вещества, обладающая всеми химическими свойствами данного вещества. Для некоторых веществ понятия атома и молекулы совпадают.



Химический элемент ? вид атомов, характеризующихся определенным зарядом ядра.



Простым веществом называется вещество, молекулы которого состоят из атомов одного элемента, например водород, кислород и азот и т. д. Каждый элемент имеет определенный химический знак, соответствующий первым буквам латинского названия данного элемента.



Соединениями или сложными веществами называются вещества, молекулы которых состоят из атомов разных элементов, например вода.



Аллотропия - существование одного и того же элемента в виде двух или нескольких простых веществ. Аллотропия может быть результатом образования молекул с различным числом атомов (например, кислород О2 и озон О3) или различных кристаллических форм (например, углерод образует графит и алмаз).



Этот случай называется также полиморфизмом.



Физические явления ? это любые изменения вещества, не при водящие к изменению состава и строения его молекул, например изменение агрегатного состояния веществ, хотя кристалл и газ, например, обладают различными физическими свойствами.



Химические явления или химические реакции ? это явления или реакции, при которых из одних веществ образуются новые вещества. Химические реакции постоянно совершаются в живой и неживой природе. Процессы ржавления, горения, гниения представляют собой химические явления. Часто явления физические и химические происходят одновременно, маскируя друг друга, например, пропускание электрического тока через проволоку сопровождается явлениями физического порядка: нагреванием проволоки, расширением ее, увеличением сопротивления,испусканием света, но то же нагревание проволоки на открытом воздухе приводит к явлениям химического характера: металл при нагревании реагирует с кислородом воздуха, превращаясь в оксид.



Механическая смесь и химическое соединение имеют следующие различия:



1. При приготовлении механической смеси составные части можно брать в любых количественных соотношениях. Чтобы получить химическое соединение и при этом одно из взятых веществ не вещества в определенных соотношениях.



2. Свойства веществ, составляющих механическую смесь, сохраняются, так как составные части в смеси остаются химически неизменными. При химической реакции свойства исходных веществ не сохраняются, так как в результате их взаимодействия образуется новое вещество с иными свойствами.



3. При механическом смешивании не наблюдается выделения или поглощения теплоты. Химические реакции практически всегда сопровождаются тепловыми эффектами.



4. Составные части смеси , могут быть разделены на основании их физических свойств (фильтрование, отстаивание, выпаривание и другие способы).



Металлы ? простые вещества, обладающие высокими тепло- и электропроводностью, ковкостью, блеском и другими характерными свойствами, которые обусловлены наличием в их кристаллической решетке свободно перемещающихся электронов (обобщенного электронного облака).



Неметаллы ? простые вещества, не обладающие свойствами металлов. Резкой границы меду металлами и неметаллами провести нельзя.



Типы химических реакций:



1. Реакция соединения - реакция, при которой из атомов или молекул двух или более веществ образуются молекулы одного вещества.



2. Реакция разложения - реакция, при которой из одного вещества образуется два или более веществ.



3. Реакция замещения - реакция, при которой атомы, входящие в состав простого вещества, замещают атомы одного из элементов в сложном веществе.



Экзотермические реакции



? реакции, протекающие с выделением теплоты.



Эндотермические реакции



? реакции, протекающие с поглощением теплоты.



Скорость химической реакции ? отношение изменения концентрации одного из реагирующих веществ ко времени, за которое это изменение произошло.



Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, концентрации, температуры, давления и агрегатного состояния.



Равновесие химическое - состояние смеси реагирующих веществ, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.



Смещение химического равновесия ? процесс изменения концентрации веществ в реагирующей смеси. Изменения равновесия, вызываемые изменением внешних условий, можно предвидеть, руководствуясь общим положением, известным под названием принципа Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие (изменять температуру, давление или концентрацию), то равновесие в системе сместится в направлении, при котором эффект произведенного воздействия уменьшится. Так, повышение температуры сместит равновесие в сторону реакций, которые идут с поглощением тепла; увеличение давления будет благоприятствовать реакциям, идущим с уменьшением объема.



Атомный вес элемента - вес атома, выраженный в углеродных единицах (у. е.), или число, показывающее, во сколько раз атом данного элемента тяжелее 1/12 части веса атома углерода (120).



Молекулярный вес ? вес молекулы, выраженный в у. е., т. е. число, показывающее, во сколько раз моле кула данного вещества тяжелее 1/12 части веса атома углерода (12 С).



Закон постоянства состава: независимо от способа получения данного соединения его весовой состав постоянен.



Закон сохранения массы веществ: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся после реакции.



Грамм-атом ? количество вещества, вес которого, выраженный в граммах, численно равен молекулярному весу данного вещества.



Закон Авогардо: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое число молекул.



Закон соединительных объемов: объемы газов, реагирующих между собой или образующихся в результате реакции, находятся в отношениях небольших целых чисел.



Формула химическая ? сокращенное обозначение состава какого-либо соединения с помощью химических законов и чисел, указывающих на количественное соотношение элементов в данном соединении.



Валентность - свойство атомов данного элемента присоединить или замещать в молекуле определенное число атомов других элементов. За единицу валентности принята валентность водорода.



Структурные формулы элементов ? формулы веществ с изображением валентности элементов, например в дн: Н-О-Н.



Химические уравнения ? запись химических реакций посредством химических формул исходных и полученных веществ и математических знаков. Формулы исходных веществ пишут в левой части уравнения, а полученных - в правой, например: 2Н2 + 02 ? 2Н20. Число атомов каждого элемента в левой и правой частях одинаково.



ПРИНЦИП ЛЕ-ШАТЕЛЬЕ



Если на систему, которая находится в состоянии динамического равновесия, оказывать внешнее воздействие, то в системе будут протекать процессы, направленные на уменьшение этого внешнего воздействия. Так, например, если:



? а) повышать температуру, то равновесие сместится в сторону эндотермической реакции;



? б) понижать температуру, то равновесие сместится в сторону экзотермической реакции;



? в) повышать давление - равновесие сместится в сторону образования меньшего числа молекул;



? г) понижать давление ? равновесие сместится в сторону образования большего числа молекул;



? д) увеличивать концентрацию исходных веществ ? равновесие сместится в сторону образования продуктов реакции;



? е) увеличивать концентрацию продуктов реакции ? равновесие сместится в сторону образования исходных веществ.



РАСТВОРЫ



Растворы - это однофазные системы переменного состава, состоящие из нескольких компонентов, один из которых является растворителем, а другие - растворенными веществами. То, что растворы однофазные системы, роднит их с химическими соединениями, а то, что они являются системами переменного состава, сближает их с механическими смесями. Поэтому и считают, что растворы имеют двойственную природу: с одной стороны, они сходны с химическими соединениями, а с другой ? с механическими смесями.



Растворение - это физико-химический процесс. При физическом явлении разрушается кристаллическая решетка и происходит диффузия молекул растворенного вещества. При химическом явлении в процессе растворения молекулы растворенного вещества реагируют с молекулами растворителя.



Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением теплоты. Эту теплоту, отнесенную к одному молю вещества, называют тепловым эффектом растворения, Qp.



? Общий тепловой эффект растворения зависит от тепловых эффектов:



? а) разрушения кристаллической решетки (процесс всегда идет с затратой энергии ? Q1);



? б) диффузии растворенного вещества в растворителе (затрата энергии - Q2);



? в) гидратации (выделение теплоты, +Q3, так как гидраты образуются за счет возникновения непрочной химической связи, что всегда сопровождается выделением энергии).



Общий тепловой эффект растворения Qp будет равен сумме названных тепловых эффектов: Qp = (-Q1) + (- Q2) + (+Q3); если Q1> Q3> то растворение идет с поглощением теплоты, то есть процесс эндотермический, если Q1< Q3, то растворение идет с выделением теплоты, то есть процесс экзотермический. Например, растворение NaCl, KN03, NH4CNS идет с поглощением теплоты, растворение NaOH, H2S04 ? с выделением теплоты.



Задача. Почему при растворении в воде хлорида натрия температура раствора понижается, а при растворении серной кислоты ? повышается?



Ответ. При растворении хлорида натрия идет разрушение кристаллической решетки, что сопровождается затратой энергии. На процесс диффузии затрачивается незначительное количество энергии. Гидратация ионов всегда сопровождается выделением энергии. Следовательно, если в процессе растворения понижается температура, то энергия, необходимая для разрушения кристаллической решетки, оказывается большей, чем энергия, выделяющаяся при гидратации, и в целом раствор охлаждается.



Тепловой эффект растворения серной кислоты состоит, главным образом, из теплоты гидратации ионов, поэтому раствор разогревается.



Растворимость вещества ? это его способность распределяться в среде растворителя. Растворимость (или коэффициент растворимости) определяется максимальным количеством граммов вещества, которое может раствориться в 100 граммах растворителя при данной температуре.



Растворимость большинства твердых веществ увеличивается с нагреванием. Есть исключения, то есть такие вещества, , растворимость которых с увеличением температуры мало меняется (NaCl) или даже падает (Са(ОН)2).



Растворимость газов в воде падает с нагреванием и увеличивается с повышением давления.



Растворимость веществ связана с природой растворенного вещества. Полярные и ионные соединения, как правило, хорошо растворяются в полярных растворителях, а неполярные соединения - в неполярных растворителях. Так, хлороводород и аммиак хорошо растворяются в воде, тогда как водород, хлор, азот растворяются в воде значительно хуже.



Факторы влияющ. на скор. хим. реак. Закон действ. масс



Концентрация



При постоянной температуре скорость хим. р-ии прямо пропорциональна концентрации реагирующих в-в. т.е. чем выше концентрация тем больше скорость!!!



A+B->C



vspeed=k[A][B], где k-константа скорости



Температура



правило Вант-Гоффа: повышение t на каждые 10? скор. реакции увеличивается примерно 2-4 раза.



Катализатор



В-ва, которые изменяют скорость хим. реакции, оставаясь к концу реакции неизменным как качественно, так и количественно, называются катализатарами.



При наличии катализатора скорость хим реакции возрастает.



Shpora him



nB=Nф/Nа Mэкв(В)=mB/nэкв(В) MB=mB/nB



MB=mФ.Е.*NA Mэкв(В)=М(В)/Z(B)



Закон Авогадро



V1=V2 то m1/m2=M1/M2



Закон эквивалентов



ma/mв=Мэк(А)/Мэк(В)=(М(А)/za)/(M(B)/zв)



Концентрация



1.Массовая доля =mВ/mР=mв/Vр*р



2.Молярная концентрация СВ=nВ/VР Сэкв(В)=nЭКВ/VР



3. Моляльная концентрация m=nB/mp-ля



4. Титр Т=mB/VP



5. Молярная доля XB=nB/(nA+nB+?) Xi=ni/ni



Н-энтальпия S-Энтропия G-энергия Гиббса



Основные законы термодинамики



Q=*U+W при p=const Qp=*U+p*V



QP=* (U+pV) U+pV=H QP=*H



*rH=HK-HH *rH-энергетический эффект хим р-и



*rH>0 поглощение *rH<0 выделение экзотермическое



тепловой эффект образования *FH и сгорания *СH



C(K)+O2(Г)=CO2 *rH=*FH(CO2)



CH4(Г)+2O2(Г)=СО2(Г)+2H2O *rH=*cH(CH4)



Стандартные условия Т=298,15К Р=101325 Па



Закон Гесса



Тепловой эффект химической реакции при V или Р =const



не зависит от промежуточной стадии.



Термохимические ур-я можно ?+? или ?-?.



Следствия:



1) Суммарный тепловой эффект циклического пр-са=0



2) *rH=*FH(K)-*FH(H) 3) *rH=*CH(H)- *CH(K)



*rS=S(K)-S(H) S=RlnW



Энергия Гиббса-Гельмгольца



G=H-TS *G=*H-T*S - *G=Wmax G-энергия Гиббса,



W-работа *G=0 ? состояние равновесия



Химическое равновесие с точки зрения термодинамики







a-любая кроме равновесной актив. i-го комп-та







Па(к)/Па(н)=Ка Ка-const хим. равовесия.



Пс(к)/Пс(н)=Кс ? концентрационная



Па(к)/Па(н)=К(каж) *rG0=-RTlnKa



V=KCACB2 C-молярная концентрация



[A]-ф-ла в-ва V=K[A][B]2 V-скорость Если в газе V=KPAPB2



Коэффициент Вант-Гоффа.



если конц. то вместо VК если







Уравнение Аррениуса lnK= - Ea/RT+C



Химическое равновесие кинетический подход



E=h



Общие cв-ва растворов



РА=Ра*ХА, ХА=(1-ХВ), VU=KUSXA



2й Закон Рауля



,



,



ПОСМ=СRT



Р-ры электролитов



i-изотонический коэф. Pосм=iC(B)RT *T=iKCm(B) *Tкип=iECm(B)



=(i-1)/(n-1) KD=C2/(1-) Закон Освальда



aH+>10-7 aOH-<10-7 ? кислая Кг=Ка*аН2О Кг-const диссоц.



Количественные характеристики ОВР



Мэк. окисл.=Мок/Zприс. *Е0=Е0ок-Е0ок *G0=-nF*E0 *E0>0-возмож.



Равновесие на границе раздела фаз.



- Нерст



FeCl2+2NaOH->2NaCl+Fe(OH)2(осадок)





Fe+2HCl=>FeCl2





K2CO3 + 2HNO3 => 2KNO3 + H2O + CO2



138g 126g 22,4



>>>>





Эффект Тиндаля



При пропускании луча света через коллоидные р-ры, более крупные частицы дисперсной фазы этих растворов отражают свет от всей поверхности, создавая светящийся конус, например: луч прожектора. Интенсивность светорассеивания определяется уравнением Релея : I= I0K*nV2/ λn, где: I0 – фоновое освещение, n- число частиц в 1 см3, V – средний объем одной частицы, λ – длина волны падающего света. Наиболее интенсивно будут рассеиваться лучи с наименьшей длиной волны, т.е. лучи голубой части света. Опалесценция – голубой оттенок коллоидных частиц.



Энтальпия



Энтальпия – функция состояния термодинамической системы, при независимых параметрах энтропии (S) и давления (Р); связана с внутренней энергией U: H=U+PV, где V – объем системы









Эмульсии



Эмульсии – микрогетерогенные системы в которых капли одной жидкости распределены в другой жидкости. Размер 10-5 – 10-7 м. Эмульсии существуют только при двух условиях – нерастворимость жидкостей эмульсии друг в друге; присутствие в эмульсии, в-ва стабилизирующего капли и называемого эмульгатором. Есть два метода получения: конденсация и диспергирование жидкости. Диспергирование имеет два правила: 1) Правило выбрать природу эмульгатора; 2) Эмульгирующую жидкость добавляют постепенно к жидкости, которая будет диспергированной средой и в которой растворен эмульгатор. Жидкости перемешивают мешалками.









Элемент Якоби-Даниэля



Элемент Якоби – Даниэля состоит из цинкового и медного полуэлементов. На цинковом и медном электроде возникают электродные потенциалы. Цинк заряжаеться отрицательно, а медь положительно. Присоединение их проводником, избыток электродов с цинком переходит на медь, где нейтрализуют катионы меди. В следствии этого равновесие электродных процессов на каждом из электродов нарушаеться. Дополнительное кол-во электродов цинка переходит в р-р ионов меди из р-ра на электрод. Таким образом, во внешней цепи потдерживаеться постоянный электрический ток. Внутренняя цеп замыкаеться в следствии движения катионов цинкаи меди, от цинкого к медному электроду, а ионов сульфата в противоположном напровлении через пористую перегородку.