Тепловые эффекты химических реакций. Закон Гесса

Классификация кристаллов по виду хим. связи.

Лекция №4

Плотность упаковки частиц кристалла.

Рассмотрим плотность упаковки элементарной ячейки.

Диаметр шара равен периоду идентификации.

2.В объемоцентрическом кубе заполняется 68%.

3. Границентрический куб 74%.

Гексогональная плотнейшая упаковка с 74%.

1. Молекулярные кристаллы:

В молекулярных узлах решетки находится молекула. Между узлам такой решетки будет молекулярная связь (силы Вандервальса).

Силы Вандервальса:

Энергия: 0.4 - 4.2 кДж/моль так как эта энергия мала – кристаллы обладают:

-большой летучестью

-низкой температурой плавления.

-диэлектрики.

Плотность упаковки определяет хим. связи внутри молекулы. Для молекулярных кристаллов применимы все стеклометрические законы.

2. Атомные кристаллы с металлической связью (атомные металлические решетки) .

Металлы реализуют металлическую связь, в силу металлической связи кристаллы обладают:

- хорошей теплопроводностью

- хорошие проводники

3. Атомные кристаллы с ковалентной связью: графит, алмаз, и тд.

В плоских решетках между узлами суммируется ковалентная связь:

-направленная

-насыщенная

За счет ковалентной связи кристаллы обладают:

- невысокое координационное число

- высокие температуры плавления

- большая твердость

- диэлектрики, полупроводники

- электронная проводимость

- энергия кристаллической решетки велика (она определяется прочностью ковалентной связи)

4. Ионные кристаллы:

NaCl, CsCl

В узлах – ионы, между которыми кулоновские взаимодействия.

Ионная связь: ненаправленная, ненасыщенная

Кристалл – как одна большая молекула.

За счет ионной связи кристаллы обладают:

- малая твердость

- диэлектрики, полупроводники

- высокая температура плавления

5. Реальные кристаллы: дефект кристаллов – нарушение дальнего порядка кристаллической решетки.

Для реальных кристаллов всегда имеет место дефект.

Дефект кристаллической решетки появляется:

- тепловое воздействие на кристалл

- возможно внедрение в решетку примесей

- механическое напряжение в кристалле

Дефекты:

1. точечные дефекты – это нарушение в 1-2 узла или междоузлие в расчете на 1 элементарную ячейку.

Классификация точечных дефектов (классификация по структуре)

А) Дефекты по Шоттки (по автору определившему структуру)

- вакансия

Тепловые вакансии возникают у меди

Б) Структура вычитания АВ

Часть узлов в подрешетке В не занято. АВ _1-0. Это однокристальная структура вычитания

PbS_0,9995 (пять десятитысячных в подрешетке серы отсутствуют)

Pb_0.9995S имеет место двусторонняя структура вычитания:

TiO_0.7-1.3 (30 % узлов может быть не занято в подрешетке кислорода и 30% у Ti)

В) Структура …….. (твердые растворы)

R_a=R_b. Узлы заполняют друг друга.

Г) Структура внедрения (твердые растворы с ограниченной растворимостью)

В) внедряется в междоузлие.

Д) Структура по Френнелю (структура смещения).

[A]+()=[ ]+(A). ()-междоузлие

Точечные дефекты показывают то, что существуют соединения переменного состава. Эти дефекты с атомной ковалентной связью.

От количества дефектов зависят электрофизические свойства.

2. Протяжённые – это когда нарушения дальнего порядка распространяются на большое количество.

а) трещина в кристалле

б) микроверны: открытые

(пустота), закрытые

в) мозаика

г) дислокация – нарушение дальнего порядка вдоль линии (линия дислокации)

д) краевые.

Дислокация влияет на механические свойства кристалла.

Основные элементы химической термодинамики.

1. Основные понятия и определения:

Химическая термодинамика – изучающая период цикла при химических реакциях в виде работы.

Термодинамика:

- общая

- статистическая

- химическая (вид термодинамики в химических процессах)

Она изучает:

1. Тепловые эффекты химических и физико-химических процессов.

2. определяет возможности происхождения химических процессов.

3. Определяет предел протекания химической реакции (условие равновесия химической реакции).

Объект изучения в химической термодинамике – химическая система. Химическая система – совокупность химических веществ, находящихся во взаимодействии и мысленно или фактически обособленно от окружающей среды.

Вещества, из которых состоит химическая система – компоненты.

Химические системы могут быть:

Гомогенными (физически и химически однородная система – в ней отсутствуют поверхности раздела) – однофазная.

Гетерогенными (физически и химически неоднородная система – в ней обязательно присутствуют поверхности раздела) – многофазная.

Фаза – гомогенная ёмкость гетерогенной системы, ограниченная поверхностью раздела.

- Твердый лед

Вода

Н₂О – твёрдый лёд2 фазы.

Н₂О – вода.

Термодинамическая химическая система характеризуется:

Фазовым состоянием:

Н₂₍₂₎ + О₂₍₂₎ = 2Н₂О – газообразная вода.

2Н₂О + О₂ = 2Н₂О⁽²⁾ – жидкая вода.

Параметры состояния:

Интенсивные (не зависящие от размеров и массы системы).

Экстенсивные (зависящие от размеров и массы системы).

Эти параметры обладают аддитивностью (их можно исследовать).

P, V, T – комбинационное распределение.

По отношению к окружающей среде системы бывают:

- изолированные (как классы обмена с окружающей средой)

- закрытые (есть электрообмен с окружающей средой).

- Открытые (есть электрообмен с окружающей средой, но нет массообмена). Совокупность термодинамических параметров определяет состояние системы:

Различают:

- равновесное состояние (если термодинамические параметры с течением времени не изменяются и сохраняют постоянные значения в пределах фазы).

- Неравновесное состояние.

Изменение хотя бы одного из параметров вызывает процесс.

Различают:

- равновесный (обратимый) – проходит через непрерывную последовательность равновесных состояний (или когда при изменении в окружающей среде процесс меняется).

- Неравновесный (необратимый процесс) Т=const.

Бесконечно уменьшить давление и бесконечно увеличить объём, и если в окружающей среде нет изменений, то процесс обратимый.

Путь туда и обратно не одинаков. Реальные процессы необратимы, идеальные – обратимы.

В химической термодинамике вводится понятие стандартных условий:

Высокомерность:

1 закон термодинамики – понятие внутренней энергии, энтропии.

Начало термодинамики: энергия не возникает из ничего, а переходит из одной формы в другую в строго эквивалентных количествах. Невозможно получить энергию, не затратив работу. Изменение внутренней энергии в системе равно 0.

q – теплота – мера передачи энергии (за счёт разности Т).

передача теплоты зависит от пути процесса.

Работа – мера передачи энергии, за счёт перемещения массы, под действием различных сил.

Работа зависит от пути процесса.

Внутренняя энергия системы – полная энергия.

U=E_k+E_п (атомов, молекул).

Абсолютную величину внутри энергии определить нельзя, а можно определить только изменение.

U=S (состояние системы).

Химические процессы проводят при:

не зависит от пути состояния.

1) если V₁T=const

-истинная теплоёмкость.

Дата добавления: 2013-12-13