Твердое состояние вещества

Твердые вещества могут находиться в аморфном или кристаллическом состоянии. Аморфные вещества (стекло, смолы, полимеры, кремний, селен и др.) изотропны, т.е. имеют одинаковые свойства во всех направлениях, плавятся в температурном интервале, имеют только ближний порядок.

Кристаллическое состояние характеризуется дальним порядком. Монокристаллы характеризуются анизотропностью, т.е. зависимостью свойств от направления в пространстве. Реальные вещества поликристаллические, в них анизотропия не проявляется.

Характерны температура плавления, энергия кристаллической решетки - энергия, необходимая для разрушения 1 моля кристалла и удаления частиц за пределы их взаимодействия.

Твердые вещества имеют кристаллическое строение. Оно характеризуется правильным расположением частиц в строго определенных точках пространства. Если мысленно эти точки соединить, то получится пространственный каркас - кристаллическая решетка. Точки (частицы) - узлы кристаллической решетки. В узлах могут быть ионы, атомы, молекулы.

Ионные кристаллические решетки (в узлах - ионы). Их образуют вещества и с ионной связью. Примером может служить кристалл хлорида натрия. Вещества с ионной кристаллической решеткой обладают сравнительно высокой твердостью. Они тугоплавки и малолетучи, легко растворяются в полярных жидкостях.

Атомные кристаллические решетки (в узлах - атомы). Атомы соединены прочными ковалентными связями. Примером может служить алмаз - одна из модификаций углерода. Молекулы отсутствуют. Вещества имеют высокие температуры плавления, прочны и тверды, практически нерастворимы в жидкостях. Атомная кристаллическая решетка характерна для твердого бора, кремния, германия и др.

Молекулярные кристаллические решетки (в узлах - молекулы). Молекулы соединены между собой сравнительно слабыми межмолекулярными силами. Поэтому вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеют малую твердость и низкие температуры плавления, нерастворимы или малорастворимы в воде. Примерами являются лед, твердый СО₂ ("сухой лед"), твердые галогеноводороды, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы), двух- (О₂, N₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂, H₂) и многоатомными (O₃, P₄, S₈) молекулами.

Металлические кристаллические решетки (металлы в твердом состоянии). В узлах - катионы металла, связанные общими электронами.

9) Законы термохимии.

Первый закон термохимии (Лавуазье и Лаплас, 1780--1784):

Тепловой эффект образования данного соединения в точности равен, но обратен по знаку тепловому эффекту его разложения.

Так, если С(т) + О2(г) СО2 (г), Q298 = + 394,58 кДж/моль, то в соответствии с законом Лавуазь-Алапласа

СО2 (г) С(т) + О2(г), Q298 = - 394,58 кДж/моль.

Второй закон термохимии (Г.И. Гесс, 1840):

Тепловой эффект химической реакции не зависит от характера и последовательности отдельных ее стадий, а определяется только природой и состоянием начальных и конечных продуктов реакции (при p=const или при v=const).

Г.И. Гесс первый принял во внимание физическое состояние реагирующих веществ, так как теплоты изменения агрегатных состояний веществ накладываются на тепловой эффект реакции, увеличивая или уменьшая его.

Третий закон термохимии (Кирхгоф).

Тепловой эффект химической реакции или изменение энтальпии в реакции зависят от температуры. Однако большинство термохимических данных в справочниках приведено при температуре 298 К. Для расчета тепловых эффектов при других температурах используют уравнение Кирхгофа:

(4,7)

где Ср = а + bT + cT2 + cT2, причем значения a, b, c и c, используемые для расчета теплоемкости участников реакции и изменения теплоемкости в ходе реакции, представлены в термодинамических справочниках для соответствующих веществ.

Уравнение (4,7) объясняет температурную зависимость теплового эффекта изменением теплоёмкости веществ и является одним из аналитических выражений закона Кирхгофа:

Температурный коэффициент теплового эффекта процесса равен изменению теплоемкости системы, происходящему в результате процесса.

10) Скорость химической реакции.Обратимость химических реакций.

Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ:

V = ± ((С₂ – С₁) / (t₂ - t₁)) = ± (DС / Dt)

где С₁ и С₂ - молярные концентрации веществ в моменты времени t₁ и t₂ соответственно (знак (+) – если скорость определяется по продукту реакции, знак (–) – по исходному веществу).

Реакции происходят при столкновении молекул реагирующих веществ. Ее скорость определяется количеством столкновений и вероятностью того, что они приведут к превращению. Число столкновений определяется концентрациями реагирующих веществ, а вероятность реакции - энергией сталкивающихся молекул.

Точное значение термина О. реакций, ее обозначение, характеристика явлений. Обратимые реакции — частный случай "обратимого процесса". Под этим разумеют превращения, которые могут быть воспроизведены в обратном порядке при тожественных условиях, или, точнее, при условиях бесконечно мало отличных. Изменение объема газа под влиянием перемен внешнего давления — простейший случай обратимого процесса. Переход от объема V к объему V' может быть совершен и обратно здесь через непрерывный ряд состояний равновесия.

11) Химические равновесие.Принцип ЛЕ ШАТАЛЬЕ.

Принцип Ле Шателье – Брауна, называемый также принципом смещения равновесия, является общим названием для ряда похожих принципов в химии, термодинамике, электродинамике, теории систем, экономике и в других науках. Существует несколько различных формулировок данного принципа, например:

«Всякая система, находящаяся в состоянии термодинамического равновесия, претерпевает в результате изменения одного из параметров термодинамического равновесия такие смещения других её параметров, которые, происходя сами по себе, вызвали бы изменение рассматриваемого параметра в противоположном направлении (то есть возникает некоторое сопротивление системы отклонению от равновесия)».

В другом определении более акцентируется внимание на направление смещения равновесия, чем на реакцию со стороны системы:

«Если на систему, находящуюся в равновесии, производится внешнее воздействие, то равновесие смещается в том направлении, при котором система как бы вновь восстанавливает своё прежнее состояние».

Значение принципа заключается в том, что он позволяет делать определённые предсказания в отношении эволюции системы, находящейся под внешним воздействием. В химии он используется для увеличения выхода реакции, а в фармакологии – для уточнения условий баланса биологической системы при связи лигандов с рецепторами. [1] В экономике принцип позволяет объяснить равновесие цен в эффективных экономических системах.

Дата добавления: 2014-11-25