- •А.Л.Галкин, в.К.Османов химия
- •Isbn 978-5-502-00158-8 © нгту им. Р.Е. Алексеева, 2013
- •Введение
- •Классификация неорганических веществ
- •Аллотропия
- •1.4 Соли
- •Комплексные соли
- •Генетическая связь между различными классами соединений
- •Основание Кислота Примеры
- •Основные понятия и законы химии
- •Закон сохранения массы
- •Закон постоянства состава
- •Закон эквивалентов
- •Закон авогадро
- •Уравнение состояния идеального газа
- •3. Строение атома
- •3.1. Квантовые числа
- •3.2. Принципы заполнения атомных орбиталей
- •3.3. Полная электронная формула атома
- •3.4. Периодический закон элементов д. И. Менделеева
- •Физический смысл химической периодичности
- •4. Химическая связь и строение молекул
- •4.1. Физические основы образования молекул
- •4.2. Метод валентных связей (метод вс)
- •Значения длины и энергии связи у галогеноводородных кислот
- •Взаимосвязь кратности, длины и энергии связи с - с, с - о и n - n
- •Одна s-орбиталь и одна p-орбиталь превращаются в две одинаковые «гибридные» орбитали, угол между осями которых равен 180°:
- •4.3. Метод молекулярных орбиталей
- •Энергия, длина и порядок связи в молекулах элементов I периода
- •4.4. Металлическая связь
- •4.5. Межмолекулярные взаимодействия
- •5. Энергетика и направление химических процесов
- •5.1. Термодинамическая система и ее состояния
- •5.2. Изменение свойств термодинамической системы
- •5.3. Энергия, работа, теплота
- •5.4. Обратимые и необратимые процессы
- •5.5. Первый закон термодинамики
- •5.6. Направление химических реакций
- •Второй закон термодинамики
- •Постулат планка (третий закон термодинамики)
- •6. Скорость химических реакций и и химическое равновесие
- •6.1. Влияние концентрации реагентов на скорость реакции
- •6.2. Влияние температуры на скорость реакции
- •6.3. Влияние катализатора на скорость реакции
- •А) без катализатора и б) в присутствии катализатора
- •6.4. Скорость гетерогенных химических реакций
- •6.5. Химическое равновесие
- •6.5.1. Влияние внешних факторов на состояние равновесия
- •7. Растворы
- •7.1. Вода
- •Вода в природе
- •7.2. Образование растворов
- •7.3. Способы выражения концентраций растворов
- •7.4. Растворы электролитов
- •7.4.2. Равновесные процессы в растворах электролитов
- •Цвета кислотно-основных индикаторов в зависимости от рН раствора
- •8. Окислительно – восстановительные реакции
- •8.1. Степень окисления
- •8.2. Типичные окислители и восстановители
- •8.3. Классификация окислительно-восстановительных реакций
- •8.4. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций
- •9. Основы электрохимических процессов
- •9.1. Измерение стандартных электродных потенциалов
- •9.2. Направление окислительно-восстановительных реакций
- •9.3. Влияние внешних факторов на величину электродного потенциала
- •9.4. Законы фарадея
- •9.5. Элементы технической электрохимии
- •10. Коррозионные процессы
- •10.1. Электрохимическая коррозия
- •10.2. Кинетика коррозионных процессов
- •10.3.Методы защиты металлов от коррозии
- •11. Номенклатура и классификация органических соединений
- •11.1. Номенклатура органических соединений
- •11. 2. Классификация органических соединений по номенклатуре июпак
- •12. Высокомолекулярные соединения
- •12.1. Классификация высокомолекулярных соединений
- •12.1.1. Классификация высокомолекулярных соединений по структуре макромолекул
- •12.1.2. Классификация полимеров по поведению при нагревании
- •12.2. Сополимеры
- •12.3. Синтез высокомолекулярных соединений
- •12.4. Свойства полимеров
- •12.5. Важнейшие полимерные материалы
- •Примеры решения задач
- •1.Основные понятия и законы химии
- •Строение атома
- •Химическая связь и строение молекул
- •Задача 4.
- •Молекула bf3 . Электронная формула атома бора 5b - 2s22p1. При образовании трех -связей атом бора переходит в возбужденное состояние
- •Решение. Последовательность действий для предсказания геометрии молекул на основании теории локализованных электронных пар следующая:
- •1.Подсчитывают число валентных электронов молекулы или иона и записывают электронную валентную структуру (льюисову структуру);
- •2.По валентной структуре определяют число -связывающих и несвязывающих электронных пар, т.Е. Тип молекулы aBnEm (n – число - связей, m – число несвязывающих электронных пар);
- •Энергетика и направление химических процессов
- •4 Моль н2 – - 150,8 кДж
- •Скорость химических реакций и химическое равновесие Задача 1
- •Растворы Примеры решения задач
- •Окислительно-восстановительные реакции примеры решения типовых задач
- •Основы электрохимических процессов
- •Коррозионные процессы
- •Галкин Андрей Львович Османов Владимир Кимович
- •603950, Нижний Новгород, ул.Минина, 24.
Второй закон термодинамики
Существует несколько формулировок второго закона – формулировка Клаузиуса, формулировка Кельвина и другие. Их суть может быть обобщена.
«Если к термодинамической системе подведена некоторая теплота Q и система совершила работу против внешних сил А, то произведенная работа будет всегда меньше, чем подведенная теплота» :
Q > A.
Это соотношение позволяет ввести понятие коэффициента полезного действия (кпд). Согласно второму закону КПД = A/Q < 100%.
Из второго закона следует неэквивалентность двух форм передачи внутренней энергии – работы и теплоты. Если работу можно полностью превратить в теплоту, то теплоту полностью превратить в работу невозможно.
Этот закон применим только к системам, состоящим из большого количества частиц, т.е. таким, поведение которых подчиняется вероятностным законам.
Часть энергии в виде теплоты, которая может быть полностью превращена в работу, называется свободной энергией: G = - Аmax.
В рамках второго закона термодинамики установлено, что осуществимость природных процессов, в том числе и химических реакций, определяется не только изменением внутренней энергии системы, но и вероятностными факторами. Например, испарение жидкости, являясь эндотермическим процессом (ΔНисп>0), протекает более интенсивно при простом увеличении объема закрытого сосуда. Переход вещества из жидкого состояния в газообразное приводит к тому, что система становится более хаотичной.
Изменение степени хаотичности систем можно описать количественно как новое свойство вещества. Это новое свойство получило название ЭНТРОПИЯ.
Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение не зависит от пути реакции. Энтропия - экстенсивное свойство, т.е. она суммируется при сложении систем. Энтропия измеряется в Дж/моль К.
Рассмотрим понятие энтропии более подробно.
Любую термодинамическую систему можно описать с точки зрения ее макро- и микросостояния. Макросостояние некоторого объема идеального газа может быть описано при помощи Р,V,T. Описание микросостояния потребует описания состояния каждой частицы вещества (молекул, атомов и т.д.). Каждому макросостоянию соответствует бесчисленное число микросостояний. Это число микросостояний называют ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ВЕРОЯТНОСТЬЮ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА (W).
52
С точки зрения статистики состояние равновесия - это наиболее вероятное состояние. Чем больше в системе число микросостояний, тем больше в ней «беспорядка». За меру неупорядоченности системы принимают логарифмическую функцию, называемую ЭНТРОПИЯ. Взаимосвязь термодинамической вероятности и энтропии была установлена Больцманом:
S = R lnW . (5.5)
Так как логарифм является величиной безразмерной, то размерность энтропии и газовой постоянной совпадают.
Рассмотрим случай обратимого изотермического расширения 1 моль идеального газа от объема V1 до объема V2. В этом случае энтропия увеличится на величину
S = S2 - S1 = R ln W2/W1, (5.6)
а подведенная к системе теплота полностью превратится в работу расширения
Q = A = RT ln V2/V1. (5.7)
Так как вероятность состояния газа определяется его объемом, то из последних двух уравнений следует, что
S = Q/T , (5.8)
отношение Q/T называют приведенной теплотой.
Для изобарического процесса Q = H. Значит,
S =H/T . (5.9)
Если это выражение применить к процессам фазовых переходов - плавление, испарение, возгонка (десублимация) или обратным им кристаллизации, конденсации и сублимации, которые протекают при постоянной температуре и давлении, то окажется, что первые из них идут с поглощением теплоты (Нф.п. > 0) и, следовательно, энтропия в ходе таких процессов всегда возрастает, а вторые - с выделением тепла (Нф.п. < 0) и в ходе них энтропия уменьшается.