11. Химическое равновесие

Реакции подразделяются на обратимые и необратимые. Обратимые реакции– реакции протекающие в двух направлениях. Например: H2 + J2 Û 2HJ. Динамическое равновесие устанавливается при равенстве скоростей прямой и обратной реакций:Vпрямой = Vобратной

Для реакции: aA +bB Û cC +dD Vпрямой = k1 [A]a ∙[B]b ; Vобратной = k2 [C]с ∙[D]d Условие равновесия: k1[A]a ∙[B]b = k2 [C]с ∙[D]d Если система находится в состоянии равновесия, то отношение произведений концентраций продуктов реакции к произведению концентраций исходных веществ в степенях их стехиометрических коэффициентов, является постоянной величиной, которую называют константой равновесия.

Если: Kравн.> 1 , то DG < 0 равновесие смещено вправо

Если: Kравн.< 1 , то DG > 0 равновесие смещено влево

Увеличение концентрации исходных веществ ускоряет прямую реакцию и смещает равновесие вправо (в сторону продуктов реакции). Увеличение концентрации продуктов реакции ускоряет обратную реакцию и смещает равновесие влево (в сторону исходных веществ).FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCl

Если давление повышается, то равновесие смещается в сторону уменьшения объема реагирующей смеси. Если давление понижается, то равновесие смещается в сторону увеличения объема реагирующей смеси.

При повышении температуры возрастает скорость как прямой, так и обратной реакций, но в большей степени ускоряются эндотермические реакции, характеризующиеся большей величиной энергии активации. Повышение температуры смещает равновесие в сторону протекания эндопроцесса, а понижение – экзопроцесса.

Катализатор одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакцию и не смещает равновесие обратимого процесса.

Принцип Ле –Шателье:

Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказывается какое - либо внешнее воздействие (меняется концентрация температура, давление), то равновесие сместится в направлении того процесса, которое приведет к ослаблению произведенного воздействия.

[Пример: N2 + 3H2 D 2NH3 ΔH = - 92,4 кДж Для смещения равновесия вправо:Увеличить концентрацию исходных веществ, уменьшить концентрацию продуктов реакции, увеличить давление, понизить температуру.]

12, 13. Растворы

Система - область пространства, обособленная от окружающей среды физическими или мысленными границами/

Дисперсные системы.– это системы, состоящие, как минимум, из двух компонентов, равномерно распределенных друг в друге. Компоненты дисперсной системы: дисперсионная среда, дисперсная фаза. [Истинные р-ры 0,1 -1нм, Коллоидные р-ры 1-100нм, Грубодисперсные с-мы(суспензии, эмульсии) > 100нм.]

Растворы – визуально гомогенные дисперсные системы. Различают: истинные и коллоидные р-ры.

Компоненты р-ра: растворитель, растворенное в-во. m(р-ра) = m(р-ля) + m(р-ого_в-ва), Объем раствора не равен объему растворяемого вещества и объему растворителя; Уменьшение объема при смешивании – эффект контракции.

Истинные растворы – системы с молекулярной или ионной дисперсностью – гомогенные системы. Отличить истинный раствор от коллоидного можно с помощью эффекта Тиндаля - оптический эффект, рассеяние света при прохождении светового пучка через оптически неоднородную среду.

Основные типы дисперсных систем (классификация по агрегатному состоянию)
Дисперсная фаза	Дисперсионная среда	Обозна-чение	Примеры дисперсных систем
Жидкость	Газ	ж/г	жидкие аэрозоли (облака, туман)
Твердое тело	Газ	т/г	твердые аэрозоли (дым, пыль)
Газ	Жидкость	г/ж	Пены, газированные жидкости
Жидкость	Жидкость	ж/ж	эмульсии (молоко, латекс)
Твердое тело	Жидкость	т/ж	Суспензии, коллоидные растворы, гели, пасты
Газ	Твердое тело	т/ж	Твердые пены, пористые тела (пенопласты, силикагель, пемза)
Жидкость	Твердое тело	ж/т	Жемчуг, опал
Т вердое тело	Твердое тело	т/т	Цветные стекла, сплавы

Коэффициент растворимости (S)- максимальная масса

вещества в граммах, которая может растворится в 100 г

растворителя при данной температуре.

Классификация веществ по растворимости: [S >1 г/100 г воды - в-во растворимо], [S = 10-3 - 1 г/100 г воды - в-во мало растворимо], [S < 10-3 г/100 г воды в-во практически нерастворимо]

Способы выр-ия колич. состава р-ров: (приблизительные)

концентрированный раствор разбавленный раствор

ненасыщенный раствор пересыщенный раствор

Тотные: массовая доля ω=[m(р-ого)/mр-ра]*100%; объемная доля φ=[V(р-ого)/V(р-ра)]*100%; молярная (мольная) доля χ= [ν(р-ого)/∑ν(р-ра)]*100%; массовая концентрация Смас=m(р-ого)/V(р-ра);

Молярная концентрация Смол=ν(р-ого)/ V(р-ра); молярная концентрация эквивалента (нормальность) Снорм= ν(экв.р-ого)/ V(р-ра); Моляльность (моляльная концентрация) [моль/1 кг растворителя] Смолярн= [ν(р-ого)/m(р-ра)]*1000;

Процессы при растворении: Сольватация (гидратация), разрушение кристаллич. решетки, диффузия.

Сольвата́ция— электростатическое взаимодействие между частицами (ионами, молекулами) растворенного вещества и растворителя. Сольватация в водных растворах называется гидратацией. Образующиеся в результате сольватации молекулярные агрегаты называются сольватами (в случае воды гидратами).

Тепловые эффекты при растворении: При сольватации (гидратации) энергия выделяется DH1<0 экзотермический процесс; Для разрушения кристаллической решетки энергия затрачивается DH2>0 эндотермический процесс; При диффузии энергия затрачивается DH3>0 эндотермический процесс

∆H(растворения) =∑∆H.

К обратимому процессу растворения применим принцип Ле-Шателье: растворение большинства твердых в-в - эндотермический проц., то растворимость твердых в-в возрастает при нагревании; Растворение газов - экзотермический проц., то растворимость газообразных в-в при нагревании уменьшается.

.:Коллоидные с-мы

Коллоиды - дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами — взвесями и эмульсиями.

Коллоидные системы характеризуются: 1)гетерогенностью, т.е. наличием поверхностей раздела фаз

2) очень большим значением удельной поверхности дисперсной фазы. Это обусловливает значительный вклад поверхностной энергии в состояние системы и приводит к появлению у коллоидных систем особых, присущих только им, свойств. 

По характеру взаимодействий между частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды коллоиды подразделяются на лиофильные (растворы высокомолекулярных соединений) и лиофобные (золи)

Лиофильные коллоиды: р-ры ВМС образуются самопроизвольно благодаря сильному взаимодействию частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой и способны сохранять устойчивость без стабилизаторов; единицей структуры для них является макромолекула.

Лиофобные коллоиды - системы, в которых частицы дисперсной фазы слабо взаимодействуют с дисперсионной средой; эти системы могут быть получены только с затратой энергии; они устойчивы лишь в присутствии стабилизаторов; единица структуры – мицелла – сложный многокомпонентный агрегат переменного состава.

Пример: получение золя иодида серебра: KJ (избыток)+ AgNO3 → AgJ + KNO3 

K++ J-+ Ag++NO3- → AgJ + K+ + NO3-

Коагуляция - потеря агрегативной устойчивости – слипание частиц в более крупные агрегаты.

Коагуляция золей может быть вызвана: прибавлением электролитов, нагреванием или замораживанием, механическим воздействием и т.д.

Пептизацией называется процесс противоположный коагуляции, т.е. расщепления коагулировавшего золя (коагулята) на первичные частицы.

Адсорбция - самопроизвольное концентрирование вещества на границе раздела фаз.

Адсорбенты – твердые вещества, обладающие высокоразвитой поверхностью: (активированный уголь, силикагель (обезвоженная кремниевая кислота), алюмогель (обезвоженный гидроксид алюминия)).

Поверхностно-актривные в-ва – это в-ва, способные концентрироваться на пов-ти раздела фаз и понижать поверхностное натяжение.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ)- эффективные ингибиторы коррозии.