- •Номенклатура
- •Химические свойства [править] Основные оксиды
- •[Править] Кислотные оксиды
- •[Править] Амфотерные оксиды
- •[Править] Получение
- •§5. Электронные облака - орбитали
- •Правило Хунда
- •[Править] Мнемоническое правило
- •Валентность
- •[Править] История возникновения понятия «валентность»
- •[Править] Современные представления о валентности
- •Химическая связь в молекулах и новая теория химической связи. Виды химической связи.
- •Химическая связь в молекулах объясняется только электрическим притяжением и отталкиванием.
- •Виды химической связи
- •При нашем способе расположения электронов отпадает необходимость в теории гибридизации орбиталей (да и вообще в самих орбиталях).
- •Откуда берётся деление химических элементов по периодам?
- •Новая теория химической связи, вытекающая непосредственно из устройства атомов
- •Химическая связь в металлах
- •Атом бора. Гидриды бора.
- •Строение молекулы бензола
- •Комплексные соединения платины
- •Функциональные группы и способ соединения в них атомов
- •Химические связи в группах. Карбоксильная группа и гидроксильная группа.
- •Химическая связь - история (то, что пишут в учебниках)
- •Важнейшие свойства химической связи
- •Тайна крещенской воды
- •3.2.4 Гибридизация атомных орбиталей
- •Силы Ван-дер-Ваальса
- •[Править] Классификация ван-дер-ваальсовых сил
- •Типы кристаллических решеток
- •Металлическая связь
- •[Править] Механизм металлической связи
- •[Править] Характерные кристаллические решётки
- •Водородная связь
- •[Править] Природа водородной связи
- •[Править] История
- •[Править] Свойства
- •[Править] Водородная связь в воде [править] Механизм Гротгуса
- •[Править] Водные кластеры
- •[Править] Водородная связь в нуклеиновых кислотах и белках
- •[Править] Водородная связь в полимерах
- •Структура воды
- •5) Термодинамическая фаза
- •[Править] Основные понятия
- •[Править] Термодинамические фазы на фазовой диаграмме
- •[Править] Термодинамические фазы и агрегатные состояния вещества
- •[Править] Выделение фаз
- •[Править] См. Также Внутренняя энергия
- •[Править] Идеальные газы
- •Термодинамика
- •[Править] Разделы термодинамики
- •[Править] Физический смысл термодинамики [править] Необходимость термодинамики
- •[Править] Законы — начала термодинамики
- •[Править] Основные формулы термодинамики [править] Условные обозначения
- •[Править] Формулы термодинамики идеального газа
- •[Править] Термодинамика сплошных сред
- •Закон Гесса
- •[Править] Следствия из закона Гесса
- •Термодинамическая энтропия
- •[Править] Термодинамическое определение энтропии
- •[Править] Статистическое определение энтропии: принцип Больцмана
- •[Править] Понимание энтропии как меры беспорядка
- •[Править] Границы применимости понимания энтропии как меры беспорядка
- •[Править] Энтропия в открытых системах
- •[Править] Измерение энтропии
- •[Править] Построение графика изменения энтропии
- •4.5. Энтропия
- •Энергия Гиббса
- •[Править] Определение
- •[Править] Связь с термодинамической устойчивостью системы
- •[Править] Применение в химии [править] Связь с химическим потенциалом
- •[Править] Энергия Гиббса и направление протекания реакции
- •2 Химическая кинетика и химическое равновесие
- •2.1 Кинетика химических реакций
- •Закон действующих масс
- •[Править] Закон действующих масс в химической кинетике
- •[Править] Закон действующих масс в химической термодинамике
- •6.1.3. Зависимость скорости реакции от температуры
- •Энергия активации
- •[Править] Математическое описание
- •[Править] Переходное состояние
- •5.2.Обратимые и необратимые процессы
- •Релаксация (физика)
- •[Править] Свойства и виды
- •[Править] Описание процесса релаксации [править] Для одноатомных газов
- •[Править] Для многоатомных газов
- •[Править] Для смесей газов
- •[Править] Для жидкостей
- •[Править] Для твёрдых тел и квантовых жидкостей
- •Динамические равновесия
- •Принцип Ле Шателье — Брауна
- •[Править] Влияние температуры
- •[Править] Влияние давления
- •Влияние инертных газов
- •5.1. Химическое равновесие в гомогенных системах
- •6. Растворы
- •6.1. Дисперсные системы. Растворы
- •Некоторые характеристики дисперсных систем
- •6.2. Процесс образования растворов. Тепловые эффекты при растворении
- •6.3. Растворимость
- •6.4. Способы выражения состава растворов
- •Способы выражения состава растворов
- •6.5. Разбавленные растворы неэлектролитов
- •6.5.1. Давление пара над растворами
- •6.5.2. Температура кипения и замерзания растворов
- •6.5.3. Осмотическое давление
- •6.6. Растворы электролитов. Основы теории электролитической диссоциации
- •6.6.1. Сильные и слабые электролиты
- •6.7. Равновесие в растворах слабых электролитов. Константа диссоциации
- •6.8. Основания, кислоты и соли в свете теории электролитической диссоциации
- •6.9. Ионное произведение воды
- •Окраска важнейших кислотно-основных индикаторов в различных средах
- •6.10. Произведение растворимости
- •6.11. Реакции обмена в растворах электролитов
- •6.12. Гидролиз солей
- •11. Химические свойства металлов
- •11.1. Общие положения
- •11.2. Физические свойства металлов
- •11.3. Получение металлов
- •11.3.1. Нахождение в природе
- •11.3.2. Общие методы получения металлов
- •11.3.3. Получение металлов высокой чистоты
- •11.4. Химические свойства металлов
- •11.4.1. Отношение металлов к окислителям - простым веществам
- •Щелочные металлы
- •[Править] Общая характеристика щелочных металлов
- •Некоторые свойства щелочных металлов
- •[Править] Химические свойства щелочных металлов
- •Окраска пламени щелочными металлами и их соединениями
- •[Править] Получение щелочных металлов
- •[Править] Соединения щелочных металлов [править] Гидроксиды
- •[Править] Карбонаты
- •[Править] Фотографии
- •[Править] Литература
- •[Править] Примечания
- •[Править] См. Также
- •[Править] Ссылки
- •13.Важнейшие классы неорганических веществ
- •13.1. Определения
- •13.2. Металлы
- •13.3. Неметаллы
- •13.4. Основные оксиды
- •13.5. Кислотные оксиды
- •13.6. Амфотерные оксиды
- •Окислительно-восстановительные реакции
- •[Править] Описание
- •[Править] Окисление
- •[Править] Восстановление
- •[Править] Виды окислительно-восстановительных реакций
- •[Править] Примеры [править] Окислительно-восстановительная реакция между водородом и фтором
- •[Править] Окисление, восстановление
- •[Править] Мнемонические правила
- •8. Электрохимические процессы
- •8.1. Гальванический элемент
- •8.2 Коррозия металлов
- •8.3. Электролиз
- •8.1. Гальванический элемент
- •8.1.1. Понятие об электродном потенциале
- •8.1.2. Гальванический элемент (гэ) даниэля-якоби
- •8.1.3. Напряжение гальванического элемента
- •8.1.4. Водородная шкала потенциалов
- •8.1.5. Потенциалы металлических электродов
- •8.1.6. Потенциалы газовых электродов
- •8.1.7.Поляризация в электрохимических процессах
- •8.2 Коррозия металлов
- •8.2.1.Химическая коррозия
- •8.2.2. Электрохимическая коррозия
- •Основные случаи возникновения коррозионных гальванических пар
- •8.2.3 Защита металлов от коррозии
- •8.3. Электролиз
- •8.3.1. Общие понятия
- •8.3.2. Электролиз расплавов электролитов
- •8.3.3. Электролиз растворов электролитов
- •8.3.4 Электролиз с растворимыми анодами
- •8.3.5. Законы электролиза
- •8.3.6. Применение электролиза
- •Электрохимическая коррозия
- •Газовая коррозия
- •Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах
- •7.1.Коррозия металлов
- •7.2.Борьба с коррозией парогенераторов во время работы
- •7.3.Борьба со стояночной (кислородной) коррозией парогенераторов, находящихся в резерве или ремонте
- •7.4.Борьба с коррозией конденсатопроводов
- •7.5.Борьба с коррозией тепловых сетей
- •7.6.Защита от коррозии водоподготовительного оборудования
- •7.7.Удаление отложений
- •§ 36. Воздушная известь
- •А. Воздушные вяжущие вещества
- •Б. Гидравлические вяжущие вещества
[Править] Энергия Гиббса и направление протекания реакции
В химических процессах одновременно действуют два противоположных фактора — энтропийный (TΔS) и энтальпийный (ΔH). Суммарный эффект этих противоположных факторов в процессах, протекающих при постоянном давлении и температуре, определяет изменение энергии Гиббса (G):
Из этого выражения следует, что , то есть некоторое количество теплоты расходуется на увеличение энтропии (TΔS), эта часть энергии потеряна для совершения полезной работы, её часто называют связанной энергией. Другая часть теплоты (ΔG) может быть использована для совершения работы, поэтому энергию Гиббса часто называют также свободной энергией.
Характер изменения энергии Гиббса позволяет судить о принципиальной возможности осуществления процесса. При ΔG < 0 процесс может протекать, при ΔG > 0 процесс протекать не может (иными словами, если энергия Гиббса в исходном состоянии системы больше, чем в конечном, то процесс принципиально может протекать, если наоборот — то не может). Если же ΔG = 0, то система находится в состоянии химического равновесия.
Обратите внимание, что речь идёт исключительно о принципиальной возможности протекания реакции. В реальных же условиях реакция может не начинаться и при соблюдении неравенства ΔG < 0 (по кинетическим причинам).
Существует полезное соотношение, связывающее изменение свободной энергии Гиббса в ходе химической реакции с её константой равновесия :
Вообще говоря, любая реакция может быть рассмотрена как обратимая (даже если на практике она таковой не является). При этом константа равновесия определяется как
где — константа скорости прямой реакции, — константа скорости обратной реакции.
2 Химическая кинетика и химическое равновесие
2.1 Кинетика химических реакций
Химические реакции протекают с различными скоростями. Некоторые из них полностью заканчиваются за малые доли секунды (взрыв), другие осуществляются за минуты, часы, дни и большие промежутки времени. Кроме того, одна и та же реакция может в одних условиях (например, при повышенных температурах) протекать быстро, а в других (например, при охлаждении) – медленно. При этом различие в скорости одной и той же реакции может быть очень большим.
Раздел химии, изучающий скорости химических реакций, называется химической кинетикой.
При рассмотрении вопроса о скорости реакций необходимо различать гомогенные и гетерогенные реакции. С этими понятиями тесно связано понятие фазы.
Фазой называется часть системы, отделенная от других ее частей поверхностью раздела, при переходе через которую свойства изменяются скачком.
Гомогенная реакция протекает в объеме фазы [пример – взаимодействие водорода и кислорода с образованием водяного пара: H2(г) + O2(г) H2O(г)], а если реакция гетерогенна, то она протекает на поверхности раздела фаз [например, горение углерода: C(т) + O2(г) CO2(г)].
Скоростью гомогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени в единице объема фазы:
,
где n – количество вещества, моль; V – объем фазы, л; – время; С – концентрация, моль/л.
Скоростью гетерогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени на единице площади поверхности фазы:
,
где S – площадь поверхности раздела фаз.
К важнейшим факторам, влияющим на скорость гомогенной реакции, являются следующие: природа реагирующих веществ, их концентрации, температура, присутствие катализаторов.
Зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ. Реакция между молекулами происходит при их столкновении. Поэтому скорость реакции пропорциональна числу соударений, которые претерпевают молекулы реагирующих веществ. Число соударений тем больше, чем выше концентрация каждого из исходных веществ. Например, скорость реакции A + B C пропорциональна произведению концентраций А и В:
v = k[A][B] ,
где k – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции. По смыслу величина k равна скорости реакции для случая, когда концентрации реагирующих веществ равны 1 моль/л.
Это соотношение выражает закон действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.
Гораздо реже реакция осуществляется в результате одновременного столкновения трех реагирующих частиц. Например, реакция
2А+В А2В
может протекать путем тройного столкновения:
А+А+В А2В
Тогда в соответствии с законом действия масс концентрация каждого из реагирующих веществ входит в выражение скорости реакции в степени, равной коэффициенту в уравнении реакции:
v = k[A][A][B] = k[A]2[B]
Сумма показателей степенив уравнении закона действия масс называется порядком реакции. Например, в последнем случае реакция имеет третий порядок (второй - по веществу A и первый - по веществу B.
Зависимость скорости реакции от температуры. Если воспользоваться результатами подсчета числа столкновений между молекулами, то количество столкновений окажется настолько большим, что все реакции должны будут протекать мгновенно. Это противоречие можно объяснить тем, что в реакцию вступают лишь молекулы, обладающие некоторой энергией.
Избыточная энергия, которой должны обладать молекулы для того, чтобы их столкновение могло привести к образованию нового вещества, называется энергией активации (см. рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Энергетическая диаграмма для реакции образования продукта АВ из исходных веществ А и В. Если энергия столкновения молекул А и В больше или равна энергии активации Еа, то энергетический барьер преодолевается, и происходит перемещение вдоль координаты реакции r от исходных веществ к продукту. Иначе имеет место упругое столкновение молекул А и В. Вершина энергетического барьера соответствует переходному состоянию (активированному комплексу), в котором связь А–В образовалась частично. |
С ростом температуры число активных молекул возрастает. Следовательно, скорость химической реакции должна увеличиваться с ростом температуры. Возрастание скорости реакции при нагревании принято характеризовать температурным коэффициентом скорости реакции () – числом, показывающим, во сколько раз возрастает скорость данной реакции при повышении температуры на 10 градусов. Математически эта зависимость выражается правилом Вант-Гоффа:
,
где v1 – скорость при температуре t1; v2 – скорость при температуре t2. Для большинства реакций температурный коэффициент лежит в пределах от 2 до 4.
Более строго зависимость скорости реакции (а точнее, константы скорости) от температуры выражается уравнением Аррениуса:
,
где A – предэкспоненциальный множитель, зависящий только от природы реагирующих веществ; Ea – энергия активации, представляющая собой высоту энергетического барьера, разделяющего исходные вещества и продукты реакции (см. рисунок 2.1); R – универсальная газовая постоянная; T – абсолютная температура.
Снижение энергии активации по каким-либо причинам, согласно уравнению Аррениуса, приводит к увеличению скорости реакции.
Влияние катализаторов на скорость реакции.
Катализатор – это вещество, не расходующееся в процессе протекания реакции, но влияющее на ее скорость.
Явление изменения скорости реакции под действием таких веществ называется катализом. Обычно катализаторами называют вещества, увеличивающие скорость реакции, а ингибиторами – вещества, замедляющие протекание реакции. В большинстве случаев действие катализатора объясняется тем, что он снижает энергию активации реакции (рисунок 2.2).
А + В АВ – некаталитическая реакция
А + С + В АС + В АВ + С – каталитическая реакция (С – катализатор)
Рисунок 2.2 – Энергетическая диаграмма каталитической реакции в сравнении с некаталитической. |
В присутствии катализатора реакция проходит через другие промежуточные стадии, чем без него, причем эти стадии протекают с меньшими энергиями активации. Иначе говоря, в присутствии катализатора возникают другие переходные состояния, чем без него, и для их образования требуется меньше энергии, чем для образования переходных состояний, возникающих без катализатора. В результате скорость реакции возрастает.