Вопрос №9.Тепловые эффекты химических реакций. Термохимия.

Раздел химии, изучающий тепловые эффекты химических реакций называется термохимией.

Три вида систем: 1) изолированные, которые не обмениваются с соседними ни веществом, ни энергией, 2) закрытые, которые об­мениваются с соседними энергией, но не веществом ; 3) открытые, которые обмениваются с соседними и веществом, и энергией.

Тепловой эффект химической реакции

Количество теплоты, которое выделяется или поглощается при протекании химической реакции, называется тепловым эффектом реакции.

Энтальпия Н  это свойство вещества, являющееся мерой энергии, накапливаемой веществом при его образовании. Часто энтальпию вещества называют его теплосодержанием. Размерность энтальпии - [кДж/моль}

Тепловой эффект химической реакции обозначается символами Q или ΔH, причем их значения равны по величине, но противоположны по знаку:

+Q = –ΔH.

Реакции, протекающие с выделением теплоты в окружающую среду, называются экзотермическими.

Они характеризуются положительным тепловым эффектом (Q> >0), и соответственно уменьшением энтальпии (теплосодержания) системы (ΔH<0).

Реакции, протекающие с поглощением теплоты из окружающей среды, т.е. с отрицательным тепловым эффектом (Q<0), и приводящие к росту энтальпии (теплосодержания системы) (ΔH>0), называются эндотермическими.

Термохимические уравнения подчиняются закону Лавуазье-Лапласа:

тепловой эффект прямой реакции равен по абсолютной величине, но противоположен по знаку тепловому эффекту обратной реакции.

.

Энтропия – это мера неупорядоченности состояния системы; Энтропия возрастает (∆Ѕ>0) с увеличением движения частиц при нагревании, испарении, плавлении, расширении газа, при ослаблении или разрыве связей между атомами и т.п.

Изменение энтропии системы в результате протекания химической реакции (∆S) (энтропия реакции) равно сумме энтропий продуктов реакции за вычетом суммы энтропий исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов. Изменение энтропии в результате протекания химической реакции

aA + bB = сС + dD:

.

5.4. Энергия Гиббса.

Направление протекания химической реакции определяет энергия Гиббса (∆G). Еще энергию Гиббса называют изобарно- изотермическим потенциалом. Размерность энергии Гиббса кДж/моль.

aA + bB = сС + dD

,

где ∆G⁰ – стандартная энергия Гиббса образования вещества, кДж/моль.

Условия возм-ти протекания хим-ой р-ии

∆G<0

- реакция возможна при дополнительных условиях(равновесие смещено в сторону образования продуктов реакции)

∆G>0

-реакция невозможна в данных условиях(равновесие смещено в сторону образ-я исх-х в-в)

(при ∆G > 300 кДж/моль,реакция невозможна в принципе)

∆G=0

-система находится в состоянии химического равновесия.

Вопрос №10.Химическая кинетика.

Химическая кинетика  раздел химии, изучающий скорости и механизмы химических процессов, а также их зависимость от различных факторов.

скорость реакции  это величина, показывающая изменение молярной концентрации одного из веществ в единицу времени.

[моль/л·с].

Скорость химической реакции зависит от целого ряда факторов:

• природы реагирующих веществ;

• концентрации реагирующих веществ;

• давления (для газовых систем);

• температуры системы;

• площади поверхности (для гетерогенных систем);

• наличия в системе катализатора и других факторов.

Закон действующих масс гласит: скорость элементарной химической реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам.

В общем случае, если в элементарную реакцию вступают одновременно т молекул вещества А и n молекул вещества В:

mА + nВ = С,

то уравнение для скорости реакции (кинетическое уравнение)

где k  коэффициент пропорциональности, который называется константой скорости химической реакции;

Константа скорости реакции k численно равна скорости реакции, в которой концентрации реагирующих веществ (или их произведение в кинетических уравнениях) равны единице.

Основной закон химической кинетики:

Скорость химич-ой р-ии прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих в-в в степенях их стехиометрических коэффициентов.

Влияние давления на скорость

Увеличение давления приводит к пропорциональному росту концентрации, а следовательно и скорости.

Вопрос №11

Химическая кинетика  раздел химии, изучающий скорости и механизмы химических процессов, а также их зависимость от различных факторов.

скорость реакции  это величина, показывающая изменение молярной концентрации одного из веществ в единицу времени.

.

Скорость химической реакции зависит от целого ряда факторов:

• природы реагирующих веществ;

• концентрации реагирующих веществ;

• давления (для газовых систем);

• температуры системы;

• площади поверхности (для гетерогенных систем);

• наличия в системе катализатора и других факторов.

Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 ⁰С скорость химической реакции возрастает в два - четыре раза.

,

где V₁ – скорость реакции при начальной температуре системы t₁, V₂ – скорость реакции при конечной температуре системы t₂,

γ – температурный коэффициент реакции, равный 2÷4.

Энергия, необходимая для увеличения энергии молекул реагирующих веществ до энергии активированного комплекса, называется энергией активации Еа.

Согласно уравнению Аррениуса, чем больше значение энергии активации E_акт, тем в большей степени константа скорости химической реакции k зависит от температуры:

,

Путь реакции

Активированный комплекс

Рис. 6.1. Энергетическая диаграмма экзотермической реакции:

E_исх – средняя энергия исходных веществ; E_прод – средняя энергия продуктов реакции; E_мин – энергия активированного комплекса; E_акт – энергия активации; ΔH_р – тепловой эффект химической реакции

Вопрос №12.Химическая кинетика  раздел химии, изучающий скорости и механизмы химических процессов, а также их зависимость от различных факторов.

скорость реакции  это величина, показывающая изменение молярной концентрации одного из веществ в единицу времени.

.

Скорость химической реакции зависит от целого ряда факторов:

• природы реагирующих веществ;

• концентрации реагирующих веществ;

• давления (для газовых систем);

• температуры системы;

• площади поверхности (для гетерогенных систем);

• наличия в системе катализатора и других факторов.

Катализаторы  это вещества, которые повышают скорость химической реакции. Влияние, оказываемое катализаторами на химические реакции, называется катализом.

механизм действия катализаторов связан с уменьшением энергии активации реакции за счет образования промежуточных соединений.

Энергетическая диаграмма химической реакции без катализатора (1)                  и в присутствии катализатора (2).

Различают положительный и отрицательный катализ (соответственно увеличение и уменьшение скорости реакции), хотя часто под термином "катализ" подразумевают только положительный катализ; отрицательный катализ называют ингибированием. Все катализаторы одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакции и поэтому на смещение равновесия влияния не оказывают, а только способствуют более быстрому его достижению.