Разр.1s

1S 1S

св. 1S

Ha связывающей орбитали размещены два электрона, а на разрыхляющей - один. Следовательно, кратность связи в этом ио­не равна 0,5, и он должен быть энергетически устойчивым. Напротив, молекула He₂ должна быть энергетически неустой­чива, поскольку из четырех электронов, которые должны раз­меститься на МO, два займут связывающую MO, а два разрых­ляющую. Следовательно, образование молекулы He₂ не будет сопровождаться выделением энергии. Кратность связи в этом случае равна нулю - молекула не образуется.

Контрольные вопросы

56. Какую химическую связь называют ковалентной. Чем можно объяснить

направленность ковалентной связи? Как метод валентных связей (BG) объясняет строение молекулы воды.

56. Какую ковалентную связь называют полярной? Что служит количест­- венной мерой полярности ковалентной связи? Исходя из значений электроотрицательности атомов соответствующих элементов, опреде-­ лите, какая из связей: НJ ,JCt ,BrF - наиболее полярна.

57. Какой способ образования ковалентной связи называют донорно-ак­ цепторным? Какие химические связи имеются в ионах NH⁺₄ и BF^-₄? Укажите донор и акцептор.

58. Как метод валентных связей (BC) объясняет линейное строение мо-­ лекулы BeCl ₂ и тетраэдрическое CH₄?

59. Какую ковалентную связь называют - связью и какую - свя-­ зью. Разберите на примере строения молекулы азота.

60. Сколько неспаренных электронов имеет атом хлора в нормальном и в возбужденном состояниях? Распределите эти электроны по кванто­- вым ячейкам. Чему равна валентность хлора, обусловленная неспа­- ренными электронами?

61. Распределите электроны атома серы по квантовым ячейкам. Сколько неспаренных электронов имеют ее атомы в нормальном и в возбуж-­ денном состояниях? Чему равна валентность серы, обусловленная неспаренными электронами?

62. Что называют электрическим моментом диполя? Какая из молекул HCl , HBr ,HJ имеет наибольший момент диполя? Почему?

63. Какие кристаллические структуры называют ионными, атомными, мо­лекулярными и металлическими? Кристаллы каких веществ: алмаз, хлорид натрия, диоксид углерода, цинк - имеют указанные струк­туры?

64. Как метод валентных связей (BC) объясняет угловое строение мо­- лекул H ₂S и линейное молекул CO₂?

65. Объясните с позиций метода МО, почему не могут существовать ус­тойчивые молекулы Be₂ и Ne₂.

66. Какую химическую связь называют водородной? Между молекулами каких веществ она образуется? Почему H ₂O и HF , имея меньшую моле- кулярную массу, плавятся и кипят при более высоких температурах, чем их аналоги?

67. Какую химическую связь называют ионной? Каков механизм ее обра­- зования? Какие свойства ионной связи отличают ее от ковалентной? Приведите два примера типичных ионных соединений. Напишите урав-нения превращения соответствующих ионов в нейтральные атомы.

68. Что следует понимать под степенью окисления атома? Определите степень окисления атома углерода и его валентность, обусловлен­ ную числом неспаренных электронов, в соединениях CH₄, CH₃OH, HCOOH, С0₂.

69. Какие силы молекулярного взаимодействия называют ориентационны- ми, индукционными и дисперсионными? Когда возникают эти силы и какова их природа?

70. Нарисуйте энергетическую схему образования молекулярного иона H^-₂ и молекулы H₂ по методу молекулярных орбиталей. Где энергия связи больше? Почему?

71. Какие электроны атома бора участвуют в образовании ковалентных связей? Как метод валентных связей (BC) объясняет симметричную треугольную форму молекулы BF₃?

72. Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы O₂ по мето­ду молекулярных орбиталей (MO). Как метод MO объясняет парамаг­нитные свойства молекулы кислорода?

73. Нарисуйте энергетическую схему образования молекул N₂ по мето­ду молекулярных орбиталей (MO). Сколько электронов находится на связывающих и разрыхляющих орбиталях? Чему равен порядок связи в этой молекуле?

74. Нарисуйте энергетическую схему образования F₂ по методу моле­кулярных орбиталей (MO). Сколько электронов находится на связы­вающих и разрыхляющих орбиталях? Чему равен порядок связи в этой молекуле?

ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

(термохимические расчеты)

Химическое превращение связано с качественным скачком - исчеза­ют одни вещества, образуются другие. Происходящая при этом Перест­ройка электронных структур атомов, ионов и молекул сопровождается выделением или поглощением тепла, света и др., т.е. превращением химической энергии в другой вид энергии. Реакции, сопровождающиеся выделением тепла, называются экзотермическими. Реакции, сопровожда­ющиеся поглощением тепла - эндотермическими. Теплота peaкции явля­ется, таким образом, мерой изменения свойств системы, и знание их мотет иметь большое значение при определении условий протекания тех или иных реакций.

При любом процессе соблюдается закон сохранения энергии. Теплота (Q), поглощенная системой, идет на изменение ее внутренней энергии (U ) и на совершение работы (А):

U +А

Внутренняя энергия - это полная энергия системы без потенциальной энергии, обусловленной положением системы в пространства и без кине­тической энергии системы как целого. Абсолютное значение веществ неизвестно,

так как нельзя привести систему в состояние, лишенное энергии. Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, является функ­цией состояния, т.е. ее изменение однозначно определяется начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути перехода, по ко­торому протекает процесс U = U ₂ + U _1, где U - изменение внут­ренней энергии системы при переходе от начального состояния (U ₁ ) в конечное ( U ₂ ) .

Если U ₂ > U₁ , то U > 0.

Если U ₂ < U₁ , то U < 0.

Теплота и работа функциями состояния не являются, ибо они служат формами передачи энергии и связаны с процессом, а не с состоянием системы. При химических реакциях A - это работа против внешнего дав­ления, т.е. в первом приближении A =p V , где V- изменение объе­ма системы ( V₂ – V₄ ) . Так как большинство химических реакций прово­дят при постоянном давлении, то для изобарно-изотермического процес­са (p = const , T = const) теплота Q_p будет равна

Q_p =U + pV;

Q_p = (U ₂ - U ₁) + p (V₂ –V₁);

Q_p = (U ₂ + pV₂) - (U ₁ + pV₁).

Сумму U + pV обозначим через H, тогда

Q_P = H₂ – H₁ = H

Величину Н называют энтальпией. Таким образом, теплота при P = = const, и T = const приобретает свойство функции состояния и не зависит от пути, по которому протекает процесс. Отсюда теплота реак­- ции в изобарно-изотермическом процессе Qp равна изменению энталь-­ пии системы H (если единственным видом работы является работа расширения) .

Q_P = H.

Энтальпия (H), как и внутренняя энергия (и), является функцией состояния, ее изменение (д H ) определяется только начальными и конечными состояниями системы и не зависит от пути перехода. Нетрудно видеть, что теплота реакции в изохорно-изотермическом процессе (Qv ) (V= const), при котором V=O, равна изменению внутренней энергии системы U , Qv = U. Теплоты химических процессов, протекающих при p,T = const и V ,T = const , называют тепловыми эффектами.

При экзотермических реакциях энтальпия системы уменьшается и

Н < O (H₂ < H₁), а при эндотермических - энтальпия системы увеличива­ется и

H > O (H₂ > H₁). B дальнейшем тепловые эффекты всюду выра­жаются через

H. B основе термохимических расчетов лежит закон Гесса (I840): "Тепловой эффект реакции зависит только от природы и физичес­кого состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода". Часто в термохимических расчетах применяют следст­вие из закона Гесса: "Тепловой эффект реакции ( H_x._p.) равен сумме теплот образования (H_обр.) продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ, с учетом коэффициентов перед форму­лами этих веществ в уравнении реакции".

Пример I. При взаимодействии кристаллов хлорида фосфора (V) с парами воды образуется жидкий POCt ₃ и хлористый водород. Реакция сопровождается выделением II4,4 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции.

Решение: Уравнения реакций, в которых около символов химических сое­динений указываются их агрегатные состояния, а также числен­ное значение тепловых эффектов, называются термохимическими. B термохимических уравнениях, если это специально не огово­рено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Qp , равные изменению энтальпии системы H. При­няты следующие сокращенные обозначения агрегатного состоя­ния веществ: г - газообразное, я - жидкое, к - кристалличес­кое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние ве­щества очевидно. Если теплота в результате реакции выделяется, тоH < O. Учитывая сказанное, составляем термохимичес­кое уравнение данной в примере реакции:

PCl_{5 (K)} + H₂O_(Г) = POCl _3(Ж) + 2HCl _(Г);

H_X.P. = - 111,4 кДж.

Пример 2. Реакция горения этапа выражается термохимическим уравнением

кДж.

Вычислить теплоту образования этапа, если известны теплоты образования СО_2(Г) и Н ₂О_(Ж) (табл.4).