Ф. Коттон, Дж. Уилкинсон - Основы неорганической химии (DJVU), страница 2

левие вольт фарада Ом=В А — ' Гц=с ' Вб В.с ом Частота Магнитный поток герц вебер Плотиость магнитного потока Индуктивность Т Вбме Г=ВсА ' тесла генри !.1.4. Некоторые полезные коэффициенты пересчета н численные постоянные Коэффиг1иенты пересчета 1 калория=4,184 джоуля (Дж) 1 электроиеольт на моль=96,5 килоджоулей еа моль(кДжХ Хмоль ') 1 кДж.моль '=83,54 см ' Важнейшие постоянные Число Авогадро (С"=12,0000...) А/А=6,02252Х10" моль-' Заряд электрона енн (4,8030+ 0,0001) Х10 " абс. эл. ед.= =1,602 10 " Кл Масса электрона па=9,1091Х10 " кг=0,00054860 а.е.м= =0,5110 МэВ Газовая постоянная )т= 1,9872 кал град-'.моль-' =8,3143 ДжХ ХК 'моль-'=0,082057 л атм.град '.моль †' Температура плавления льда (точка льда); 273,150Р0,01 К 1.1.3.

Единицы, которые будут использованы в данной книге. Энергия. В качестве единицы энергии будут применены только джоулн н килоджоули. В современной химической литературе используют главным образом калории, кялокалории, электронвольты и, в ограняченном числе источников, волновые числа (см-'). Коэффициенты перерасчета этих величин в джоулн приведены в разд.

1.1.4. Длины связей будут выражены в ангстремах А. Один ангстрем равен 1О ' см. В современной литературе встречаются также нанометр (10 А) и пикометр (10-а А). Длина С вЂ” С-связи в алмазе составляет 1,54 А, или 0,154 нм, или 154 пм. Давление будет выражено в атмосферах (атм) и миллиметрах ртутного столба (мм рт.

Ст.=1/760 атм). ГЛАВА ! Молярный объем (ндеальный газ, 0'С, 1 атм) =22,414Х Х10' см'моль-'=2,241436Х10 ' м' моль-' Постоянная Планка 5=6,6256Х10-" эрг с=6,6256Х10 "Дж с Постоянная Больцмана к=1,3805Х10-" Дж К ' Скорость света в вакууме=2,99795Х10' м с-' Л= 3,14459 е = 2,7183 1п 10=2,3026 1.1.5. Расчет силы н энергии кулоновского взаимодействия в единицах СИ. Чаще всего использование еднннц СИ прнводнт к упрощению расчетов. Но в одном случае, который важен для неорганнческой химии, расчеты становятся несколько сложнее. Объясннм это детально.

Вспомннм о диэлектрической постоянной е, которая связывает Р— напряженность электрического поля, возникающего в веществе, с напряженностью приложенного поля Е по уравнению Р=вЕ. Тот же параметр появляется в уравнении Кулона для расчета снлы Е, возникающей прн взаимодействии двух зарядов д~ н дь разделенных расстояннем д н находящихся в среде с днзлектрнческой постоянной е: В старой системе еднннц СГС, которую заменила система СИ, единицы и численные значения были. определены так, что е была безразмерной величиной н для вакуума было справедливо еэ=1. По прнчннам, которые здесь не будут рассмотрены, закон 'Кулона для электростатического взаимодействия в системе единиц СИ следует записывать в виде Е= — —. 41 чз 4льР Заряды выражают в кулонах (Кл), расстояние в метрах (м), а сила получается в ньютонах (Н).

Отсюда следует, что е уже не безразмерная вслнчнна н се размерностью будет Кл'м — 'Дж-', Более того, днэлектрнческая постоянная для вакуума (диэлектрическая проницаемость, как ее следует формально называть), больше не равна еднннцс. Дсйствнтслыю, она равна е =8,854 х10 м Кл' м 4 Дж '. Таким образом, чтобы рассчитать энергню кулоновского взанмодействня Е в джоулях (Дж), необходимо воспользоваться вы- НЕКОТОРЫЕ ПРЕДВАРИГЕЛЬНЫЬ СВЕДЕНИЯ ИЗ ФИЗИЧЕСКОИ ХИМИИ !3 раженкем е = -Х— А ~~- 4л«а Еде все величины те же, что и при определении силы Р; 1,2.

Термокмммя 1.2.1. Стандартное состояние. Чтобы однозначно определить я ионять величины изменений энергии в химических процессах, необходимо прежде всего ввести представление о. стандартном состоя. нии любого вещества. За стандартное состояние для любого вещества принимают ту фазу, в которой оно существует при 25'С (298,15 К) и давлении 1 атм (!01, 325 ньютон на квадратный метр). Для вещества я растворах принимают концентрацию 1 моль в литре. 1.2.2.

Теплосодержание, нли энтальпия. В сущности все физические или химические изменения происходят либо с выделением, либо с поглощением энергии, и эта энергия в общем случае цоглощается или выделяется в форме тепла. Прирост или Потерю тецлоты можно рассматривать как изменение «теплосодержания» веществ, принимающих участие в процессе. «Теплосодержапие» называют энтальлией и обозначают символом Н. Изменение тепло- содержания (изменение энтальпии) ЛН можно записать в виде ЛН=Н(конечных продуктов) — и (исходных веществ).

(1.2;1! В том случае, если все конечные продукты н начальные реагеиты находятся в стандартных состояниях, изменение энтальпии Обозначают символом ЛН' и иазыяают изменением стандартной эптальпнн процесса или просто стандартной энтальлией процесса. Так, образование воды из Н» и О, не может протекать с замет.

ной скоростью при стандартных условиях, но тем не менее полезно знать значение ЛН, которое можно найти косвенным -путем: Н (г., ! атм, 25'С)+'/,Оз(г., 1 атм, 25'С)=НАО(ж'., 1 атм, 25'С). ЛН'= — 285,7 кДж моль '. (1.2.2) Теплосодержанне всех элементов в их стандартных состояниях из термохимических соображений условно принято равным, нулю. 1.2.3.

Знак ЛН. В приведенном выше уравнении ЛН является отрицательной величиной. Теплосодержаяив продуктов реакции 14 !ЛАВА ! меньше, чем исходных веществ. Это значит, что в процессе выделяется тепло, В общем случае имеем Тепло выделяется: ЬН .

0 Тепло поглощается: ЬН) 0 Эти же соотношения справедливы для изменений свободной энергии ЛО, которое будет кратко обсуждено в дальнейшем. Процессы, в которых тепло или другая форма энергии выдр- ляется (ЬН<0), называют экзотермическими или экзоэргическими. А те, при которых энергия поглощается (ЛН>0), называют эндотермическими или эндоергическими. 1.2.4. Стандартные теплоты (эитальпии) образования.

Можно рассчитать стандартную эитальиию любой реакции, если известны стандартные теплоты образования ЛН для каждого исходнэго веществ» и продуктов. Поэтому полезно иметь таблицы значений ЬН/'. Значение ЛН/ для вещества — это ЛН для процесса, в котором оно образуется в стандартном состоянии из элементов, каждый из которых в свою очередь берется в стандартном состоянии. Уравнение (!.2.2) описывает такой процесс, и приведенное значение ЬН' есть ЬН; для воды.

Значение ЛН' для любой реакции можно рассчитать по величинам ЬН; начальных веществ и конечных продуктов, потому что набор уравнений гипотетических реакций, определяющих ЛНг, всегда можно так суммировать с уравнением изучаемой реакции, что в конечном уравнении исключаются все элементы, кроме тех, которые необходимы. Это иллюстрируется уравнениями (1.2.3) — (1.2.7). ЫА1Нв (тв ) = 1д (тв ) + А! (тв ) + 2Нв (г ) — ЬН/ — — !! 7,2 (! .2.3) 4Н40(ж.) = 4Нв(г,) +20в(г,) -4ЬН/1 = 1143,0 (1.2 4) 1.! (тв,)+т/вОв (г,)+ г/вНв (г.) 1!ОН (тв,) вН/(= — 487,0 (1.2.5) А1(тв.)+в/~0 (г.)+в/~Н (г.) А1(ОН) (тв.) ЬН = — 1272,8 (1.2.6) 11А1Н (тв.) -)- 4Н 0 (ж) = 1.!(ОН) (тв.) + А!(ОН)т (тв,) + 4Н, (г.) А Н = — 734,6 (1.2,7) Проверка показывает, что все элементы, вычеркнутые в уравнениях (1.2.3) — (1.2.6), при суммировании дают уравнение (1.2.7) н что ХН' есть просто сумма значений ЬН продуктов реакции минус сумма значений ЛН/ исходных реагентов.

При этом каждое значение ЬН; нужно умножить на коэффициент, стоящий перед соответствующим веществом в полном уравнении реакции. некОТОРые пРедВАРительньге сведения из Физическоп химии 15 !.2.6. Некоторые особые значения изменения антальнии. Кроме образования соединений из элементов имевтея несколько других Особо важных физических и химических процессов, для которых ивето необходимо знать ЬН или ЬН'. Среди Иих процессы плавлеопя н испарения твердых веществ и жидкостей. Энтальпия ионизации. Особый интерес представляет собой процесс ионизации.

Например, !Ча (г.) = !Ча+ (г.) -1- е (г.) ЬН' = 502 кДж. моль-' «« этом случае говорят об энтальпиях ионизация. К сожалению, в наиболее распространенных и полных таблицах нх значения приводят в электронвольтах (см. разд. 1.!), и тогда их называют потенциалами ионизации. Но в данной книге авторы не пользуются этим термином. Для атомов, проявляющих валентность, большую чем !, илн переменную валентиость, интересна также энтальпия отрыва второго, третьего и т. д. электронов. Для большинства элементов эти значения известны. Так, ниже приведена энтальпия первых трех последовательных ионизаций для атома алюминия и полная энергия, необходимая для образования иона А!'+ в газовой, фазе, А!(г) =А!+(г.) -1-е ЬН'= 577,5 кДж моль-1 А1+(г)=А!а+(г)+е ЬН'=!8!7 кДж моль-1 АИ+(г) =А1«+(г)+е ЬН'=2745 кДж.моль-' ЬН" = 5140 кДж моль-' А!(г) =А!'+(г) +Зе Энтальпию ионизации также мер !ЧО (г,) — 140+ (г,) + е определяют для молекул, напри- ЬН' = 890,7 кДж моль-' С1 (г.) +е=- С1 (г.) О(г.) +е= О (г.) О (г.)+е= О'-(г) ЬН0 348 кДж'моль"г ЬН' — 142 «Дж моль ! ЬН' = 844 кДж моль-' Ион С! — (г.) образуется экзотермически.

Это справедливо и для всех других галогенид-ионов. Заметим, что образование оксид-иона О'- (г.) протекает в две стадии. Первая —.экзотермиче- Следует заметить, что для молекул и атомов энтальпии ионизации всегда положительны. Для отрыва электронов необходимо затратить энергию. Также совершенно общей является тенденция к возрастани1о знтальпин ионизацин в последовательных ступенях, как это показано выше для алюминия. Чем более положительными становятся атом или молекула, тем труднее протекает дальнейшая ионизация. Энгальпия присоединения электрона.