- •Саблина Ольга Анваровна
- •Глава 1. Естественнонаучное познание
- •1.1 Наука и ее характерные черты
- •1.2 Естествознание и его отличие от гуманитарных наук
- •1.3. Структура естественнонаучного познания
- •1.4 Методы естественнонаучного познания
- •1.5 Научные революции как трансформация оснований науки
- •1.6 Модели развития науки
- •Глава 2. Пространство и время в естественнонаучной картине мира
- •Развитие взглядов на пространство и время в истории науки
- •2.2 Специальная теория относительности
- •2.3 Общая теория относительности
- •2.4 Симметрия и законы сохранения
- •Глава 3. Физические концепции описания микромира
- •Структурные уровни организации материи
- •3.2 Квантово-механические представления. Корпускулярно-волновой дуализм
- •3.3 Особенности изучения микромира. Динамические и статистические закономерности
- •3.4 Релятивистская квантовая механика
- •3.5 Классификация элементарных частиц
- •3.6 Основные физические взаимодействия
- •3.7 Эволюция представлений о строении атомов
- •Глава 4. Физические концепции описания мегамира
- •4.1 Происхождение и эволюция Вселенной
- •4.2 Эволюция галактик и звезд
- •4.3 Происхождение Солнечной системы
- •4.4 Антропный принцип
- •Глава 5. Термодинамические свойства макросистем
- •5.1 Основные положения равновесной термодинамики
- •5.2 Основные положения неравновесной термодинамики. Синергетика – теория самоорганизации
- •Глава 6. Основы химии
- •6.1 Основные понятия и законы химии
- •6.2 Химические реакции и особенности их протекания
- •6.3 Типы химических связей
- •6.4 Основные понятия органической химии
- •Глава 7. Концепции развития геосферных оболочек Земли
- •7.1 Географическая оболочка и ее особенности
- •7.2 Атмосфера: строение, происхождение, экологические функции
- •7.3 Гидросфера: строение, происхождение, экологические функции
- •7.4. Внутреннее строение Земли. Литосфера и ее экологические функции
- •Глава 8. Особенности биологического уровня организации материи
- •8.1 Критерии и уровни организации живого
- •8.2. Клетка – структурно-функциональная единица живого
- •8.3 Механизм хранения и реализации наследственной информации
- •Глава 9. Происхождение и эволюция органического мира
- •9.1 Концепции происхождения жизни на Земле
- •9.2 Основные этапы эволюции органического мира
- •9.3 Основные закономерности микроэволюции
- •9.4 Видообразование и основные закономерности макроэволюции
- •Глава 10. Основы экологии
- •10.1 Основные понятия и закономерности экологии
- •10.2 Учение в.И.Вернадского о биосфере
- •10.3 Глобальные экологические проблемы
- •Глава 11. Человек и его место в биосфере
- •11.1 Положение человека в системе животного мира
- •11.2 Происхождение и эволюция человека
- •11.3 Учение в.И.Вернадского о ноосфере
- •Заключение
- •Список рекомендуемой литературы
- •Содержание
6.2 Химические реакции и особенности их протекания
Вещества, взаимодействуя друг с другом, подвергаются различным изменениям и превращениям. Физическим изменением вещества называют такое изменение, при котором внутреннее строение, состав и свойства не подвергаются изменению (например, нагревание, плавление, испарение). Химическими изменениями вещества называют такие, когда в результате взаимодействия исходных веществ (химической реакции) появляются одно или несколько других веществ, отличающихся от первоначальных составом, структурой и свойствами.
Изучением скорости и особенностей протекания химических реакций занимается химическая кинетика. Основополагающим для химической кинетики является представление о том, что исходные вещества, вступающие в химическую реакцию, чрезвычайно редко непосредственно превращаются в ее продукты. В большинстве случаев реакция проходит ряд последовательных и параллельных стадий, на которых образуются и расходуются промежуточные вещества. Число последовательных стадий может быть очень велико — в цепных реакциях их десятки и сотни тысяч. Время жизни промежуточных веществ весьма разнообразно: одни вполне стабильны, другие существуют в равновесном состоянии доли секунды. Изучение скорости протекания химических процессов показало, что химические реакции протекают тем быстрее, чем выше температура, давление и концентрация реагентов.
На скорость некоторых химических реакций можно влиять присутствием небольшого количества определенных веществ, которые сами в реакции участия не принимают. Вещества эти называются катализаторами. Катализаторы бывают положительными, ускоряющими реакцию, и отрицательными — замедляющими ее (ингибиторы). Каталитическое ускорение химической реакции называется катализом и является приемом современной химической технологии (производство полимерных материалов, синтетического топлива и др.). Считается, что удельный вес каталитических процессов в химической промышленности достигает 80%. Благодаря катализу существенно повысилась эффективность экономики химической промышленности, поскольку ускорение химических реакций заметно влияет на снижение издержек производства.
Энергия химических реакций возникает за счет изменения в системе или внутренней энергии, или энтальпии. Внутренняя энергия — это общий запас энергии системы, который складывается из энергии движения и взаимодействия молекул, энергии движения и взаимодействия ядер и электронов в атомах и молекулах. Энтальпией называют величину:
Н = U + pV,
где U – внутренняя энергия системы;
р — давление;
V — объем системы.
Приращение энтальпии равно теплоте, полученной системой в изобарном (без изменения давления) процессе. Подавляющее большинство химических реакций происходит при постоянном давлении. Поэтому энергетический эффект реакции оценивается именно изменением энтальпии или тепловым эффектом реакции.
Химические реакции, при протекании которых происходит уменьшение энтальпии системы и во внешнюю среду выделяется теплота, называются экзотермическими. Реакции, в результате которых энтальпия возрастает и система поглощает теплоту извне, называются эндотермическими.
Многие реакции являются обратимыми, т.е. протекают как в прямом, так и в обратном направлениях. Состояние, в котором скорость обратной реакции становится равной скорости прямой реакции, называется химическим равновесием. Количественной характеристикой является константа химического равновесия, равная отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакции и исходных веществ.
Состояние химического равновесия при неизменных внешних условиях может сохраняться сколь угодно долго. В действительности же реальные системы обычно испытывают различные воздействия (изменение температуры, давления или концентрации реагентов), выводящие систему из состояния равновесия. Изменения, происходящие в системе в результате внешних воздействий, определяются принципом подвижного равновесия — принципом Ле Шателье.
Суть его заключается в том, что внешнее воздействие на систему, находящуюся в состоянии равновесия, приводит к смещению этого равновесия в направлении, при котором эффект произведенного воздействия ослабляется. Внешнее воздействие на систему изменяет соотношение между скоростями прямого и обратного процесса, благоприятствуя тому из них, который противодействует внешнему влиянию.
Например, при увеличении (уменьшении) концентрации любого из веществ равновесие смещается в сторону его расходования (образования). Увеличение (уменьшение) температуры смещает равновесие в сторону эндотермической (экзотермической) реакции. Повышение давления увеличивает концентрации газообразных веществ, находящихся в равновесной системе в меньшем объеме.