Ю.М. Коренев, В.П. Овчаренко - Общая и неорганическая химия (1114428), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Важной характеристикой радиоактивногоизотопа является величина, называемая период полураспада Т1 / 2.Периодом полураспада называется промежуток времени, за которыйраспадается половина атомов. Пусть исходное количество атомовравно N0, тогда через промежуток времени T1 / 2, Nt = 12 N0. Подставивэти данные в уравнение [72], получим:1 N0ln 20,693ln 2= −λ ⋅ T1 ⇒ ln 2 = λ ⋅ T 1 ⇒ λ =или λ =N0T1T12222Уравнение [72], записанное через разность логарифмов,представляет уравнение прямой в координатах ln N время. Вобщем случае для реакции первого порядка выполняется аналогичнаязависимость ln С – t.
Построив соответствующий график (рис.8),найдем значение константы скорости для реакции первого порядка,как тангенс угла наклона прямой.lnclnc 0ϕt0Рис. 8. Определение константы скорости реакции первого порядка.48[74]§ 2.3. Экспериментальные методы определения констант скоростихимической реакции.На рис.
10 приведена экспоненциальная зависимость измененияконцентрации реагента от времени. Эта зависимость описываетсяуравнением [73].Реакции второго порядка. Реакция димеризации оксида азота(IV)2 NO2 = N2O4является реакцией второго порядка. Кинетическое уравнение этойреакции имеет следующий вид:dC= – kC2dt[75]Проведя разделение переменных и проинтегрировав обе частиуравнения в тех же пределах, что и уравнение [71], получим11−= −ktC0 CtЕсли ввести следующие обозначения: y =[76]11; x = t; A = k ; B =,CtC0то уравнение [76] представляет собой уравнение прямой y = A ⋅ x + B.1Отложив по оси ординат, а по оси абсцисс время, и построивCэкспериментальную прямую, аналогичную прямой, приведенной нарис. 8, найдем значение константы скорости для реакции II-гопорядка, как тангенс угла ее наклона.
Наклон построенной прямойбудет противоположен наклону прямой на рис. 8, так как приуменьшении концентрации со временем обратная ей величинавозрастает.1/Сϕ1 / С0t0Рис. 9. Определение константы скорости реакции II-го порядкаРассматривать реакции III-го порядка не будем. Те, кого этозаинтересует, могут получить соответствующие соотношения,используя приведенный выше подход.49Основы кинетикиИз рис. 10, на котором приведены зависимости измененияконцентрации от времени протекания реакции для различныхпорядков, видно, что наиболее резко концентрация вещества меняетсясо временем в реакции первого порядка, более медленно в реакции ΙΙго порядка и т.д.
Здесь принимается, что значения констант скоростидля всех порядков численно равны.cIIIIIIt0Рис. 10. Изменение концентрации реагента в реакцияхI-го – III-го порядков в зависимости от времени протекания реакции.Размерность константы скорости. В зависимости от порядкареакции меняется и размерность константы скорости. Для реакции Iго порядка, подставив размерность скорости и концентрации вуравнение [69], получим:отсюда моль моль л ⋅ t = [k] ⋅ л ,[k ] = 1 .tПо аналогии, используя уравнение [75], имеем:откуда получаем: моль моль 2 л ⋅ с = [k ]⋅ л , л моль ⋅ t [k] = Методом математической индукции можно вывести размерностьk для реакции n-го порядка, которая будет равна:[kn] = моль1 – n ⋅ лn-1 ⋅ t-150[77]§ 2.3.
Экспериментальные методы определения констант скоростихимической реакции.Отсюда следует вывод, что если в задаче указана размерностьконстанты скорости, то автоматически задан порядок реакции, инаоборот.В заключение следует указать, что разобранные закономерностисправедливы для закрытых систем, в которых невозможен обменвеществом с окружающей средой и реакции протекают припостоянном объеме.51ОГЛАВЛЕНИЕГ ЛАВА 1О СНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ ............................................................ 3§ 1.1. Основные определения...............................................................................
3§ 1.2. Нулевой закон (начало) термодинамики ................................................. 6§ 1.3. Первый закон (начало) термодинамики .................................................. 6§ 1.3.2. Стандартная теплота (энтальпия) образования соединения ............. 9§ 1.3.3. Стандартная энтальпия сгорания ........................................................ 10§ 1.3.4. Стандартная энергия (энтальпия) химической связи .........................
10§ 1.3.5. Стандартная энтальпия сублимации, испарения и плавления ........... 11§ 1.3.6. Сродство к электрону, потенциал ионизации,электроотрицательность...................................................................... 11§ 1.3.7. Закон Гесса ...............................................................................................
13§ 1.3.8. Цикл Борна-Габера .................................................................................. 14§ 1.3.9. Закон Кирхгофа........................................................................................ 16§ 1.4. Второй закон (начало) термодинамики................................................ 17§ 1.4.1. Определение энтропии с позиций классической термодинамики....... 18§ 1.4.3. Статистическая интерпретация понятия энтропии........................ 19§ 1.4.4. Свободная энергия Гиббса ......................................................................
21§ 1.4.5. Химический потенциал............................................................................ 22§ 1.4.6. Химическое равновесие............................................................................ 23§ 1.4.7. Направление протекания реакций.......................................................... 31Г ЛАВА 2§ 2.1.§ 2.2.§ 2.3.О СНОВЫ КИНЕТИКИ .................................................................... 35Скорость химической реакции ............................................................... 35Факторы, влияющие на скорость химической реакции .....................
37Экспериментальные методы определения констант скоростихимической реакции. ................................................................................ 4752КОРЕНЕВ Юрий Михайлович, профессор ФНМ МГУОВЧАРЕНКО Валерий Павлович, ст. преп. химического ф-таМГУОбщая и неорганическая химияЧасть IIIОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙТЕРМОДИНАМИКИ И КИНЕТИКИТ е х н и ч е с к и й р е д а к т о р Морозова Н.И.Оформление и версткаИ.Н. Коровин, Н.А. Лебедева, Т.А. КлименкоИзд.
лиц. № 040414 от 18.04.97Подписано в печать 12.02.2002. Формат 60 × 84 1/16. Бумага офс. № 1.Офсетная печать. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 3,0. Уч.-изд. л. 3,1. Тираж 300экз.Школа имени А. Н. Колмогорова Специализированного учебно-научногоцентраМосковского Государственного университета им. М. В. Ломоносова121357, Москва, ул. Кременчугская, 11тел. 449-33-64e-mail: adm@aesc.msu.ru53ОглавлениеОрдена “Знак Почета” Издательство Московского университета103009, Москва, ул. Б. Никитская, 5/754ÕÈÌÈßÞ.Ì.ÊîðåíåâÎÁÙÀßÈ ÍÅÎÐÃÀÍÈ×ÅÑÊÀßÕÈÌÈß×àñòü IVÔèçèêî-õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ðàñòâîðîâØêîëà èìåíè À.Í.ÊîëìîãîðîâàÈçäàòåëüñòâî Ìîñêîâñêîãî Óíèâåðñèòåòà2004Þ. Ì.
ÊîðåíåâÎÁÙÀß ÈÍÅÎÐÃÀÍÈ×ÅÑÊÀßÕÈÌÈß×àñòü IVÔèçèêî-õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ðàñòâîðîâØêîëà èìåíè À.Í.ÊîëìîãîðîâàÈçäàòåëüñòâî Ìîñêîâñêîãî óíèâåðñèòåòà2004ÓÄÊ 546ÁÁÊ 24-1Ê 66Ðåöåíçåíò: ïðîô. Êîðîáîâ Ì.Â.Ê 66Êîðåíåâ Þ.Ì.Îáùàÿ è íåîðãàíè÷åñêàÿ õèìèÿ. ×àñòü IV. Ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ðàñòâîðîâ. Ì.: Èçäàòåëüñòâî Ìîñêîâñêîãî Óíèâåðñèòåòà, 2004. 48 ñ.ISBN 5-211-05384-XÍàñòîÿùåå ïîñîáèå ñîñòàâëåíî â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðîãðàììîé êóðñà íåîðãàíè÷åñêîé õèìèè, ÷èòàåìîãî ó÷àùèìñÿ õèìèêî-áèîëîãè÷åñêîãî îòäåëåíèÿ øêîëû èìåíè À.Í.Êîëìîãîðîâà Ñïåöèàëèçèðîâàííîãî ó÷åáíî-íàó÷íîãî öåíòðà ÌÃÓ.
Ïîñîáèå çíàêîìèò ó÷àùèõñÿ ñ îñíîâíûìè ôèçèêî-õèìè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè ðàñòâîðîâ.ÓÄÊ 546ÁÁÊ 24-1ISBN 5-211-05384-X© Þ.Ì.Êîðåíåâ, 2004 ã.© Ò.À.Êëèìåíêî âåðñòêàè îôîðìëåíèå, 2004 ã.Ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ðàñòâîðîâ æèçíè ðåäêî âñòðå÷àþòñÿ àáñîëþòíî ÷èñòûå âåùåñòâà. ×àùå âñåãî âåùåñòâà ïðèñóòñòâóþò â ñìåñè ñ äðóãèìè âåùåñòâàìè,è äëÿ ïîëó÷åíèÿ èõ â ÷èñòîì âèäå ïðèõîäèòñÿ çàòðà÷èâàòü ìàññóóñèëèé.Íå ñëåäóåò ïóòàòü ïîíÿòèÿ «ñìåñü» è «ñîåäèíåíèå».
Ñìåñü ýòîãåòåðîãåííàÿ (íåîäíîðîäíàÿ) ñèñòåìà, â êîòîðîé ÷àñòèöû íåñêîëüêèõ âåùåñòâ ïðîèçâîëüíî ðàñïðåäåëÿþòñÿ ìåæäó ñîáîé. Åñëèâåùåñòâà, îáðàçóþùèå ñìåñü, íå ðåàãèðóþò äðóã ñ äðóãîì, òàêàÿñìåñü íîñèò íàçâàíèå ìåõàíè÷åñêîé ñìåñè.  ïåðâóþ î÷åðåäü ýòî îòíîñèòñÿ ê ñìåñè òâåðäûõ âåùåñòâ. Íî â ïðèðîäå ìîãóò ñóùåñòâîâàòü è äðóãèå âèäû ìåõàíè÷åñêèõ ñìåñåé: ñóñïåíçèÿ âçâåñü òâåðäîãî âåùåñòâà â æèäêîñòè, ýìóëüñèÿ ñìåñü äâóõ âçàèìíî íåðàñòâîðèìûõ èëè îãðàíè÷åííî ðàñòâîðèìûõ æèäêîñòåé, äûì âçâåñüòâåðäûõ ÷àñòèö â ãàçå, àýðîçîëü âçâåñü êàïåëü æèäêîñòè â ãàçå.Ýòî íåóñòîé÷èâûå ñèñòåìû, ëåãêî ïîääàþùèåñÿ ðàçäåëåíèþ íàñîñòàâëÿþùèå êîìïîíåíòû ðàçëè÷íûìè ôèçè÷åñêèìè ìåòîäàìè.Ñîñòàâ ñìåñè ìîæåò èçìåíÿòüñÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ.Õèìè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, íàîáîðîò, õàðàêòåðèçóþòñÿ ïîñòîÿííûì ñîîòíîøåíèåì îáðàçóþùèõ èõ âåùåñòâ, ò.
å. ïîñòîÿííûì ñîñòàâîì, è íîñÿò íàçâàíèå äàëüòîíèäû. Ðàçäåëèòü ñîåäèíåíèå íàïðîñòûå âåùåñòâà ìîæíî, ëèøü ïðèìåíèâ õèìè÷åñêèå ìåòîäû*.Îñîáîå ìåñòî çàíèìàþò îäíîðîäíûå (ãîìîãåííûå) ñìåñè íàìîëåêóëÿðíîì óðîâíå, íàçûâàåìûå ðàñòâîðàìè. Ñîñòàâ ðàñòâîðîâìåíÿåòñÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ. ×àùå âñåãî ýòîò òåðìèí îòíîñÿò êæèäêèì ñèñòåìàì, íî ìîãóò âñòðå÷àòüñÿ è äðóãèå âèäû ðàñòâîðîâ,íàïðèìåð, ãàçîâûå (âîçäóõ ñìåñü êèñëîðîäà è àçîòà íà ìîëåêóëÿðíîì óðîâíå). Ãàçû òàêæå ìîãóò ðàñòâîðÿòüñÿ êàê â æèäêîñòÿõ,òàê è â òâåðäûõ òåëàõ. Äâå æèäêîñòè ìîãóò ñìåøèâàòüñÿ äðóã ñäðóãîì.
Ðàñòâîð ìîãóò îáðàçîâàòü è òâåðäûå âåùåñòâà (÷óãóí ðàñòâîð óãëåðîäà â æåëåçå). Òàêèå ðàñòâîðû íàçûâàþòñÿòâåðäûìè.Ñîñòàâëÿþùèìè ÷àñòÿìè ðàñòâîðà ÿâëÿþòñÿ ðàñòâîðèòåëü è ðàñòâîðåííîå âåùåñòâî. Ðàñòâîðèòåëåì îáû÷íî íàçûâàþò âåùåñòâî,ñîäåðæàíèå êîòîðîãî â ñìåñè âûøå, ÷åì ñîäåðæàíèå äðóãèõ ñîñòàâëÿþùèõ. Îäíàêî, åñëè îäèí èç êîìïîíåíòîâ ðàñòâîðà âîäà, ïðèíÿòî ñ÷èòàòü ðàñòâîðèòåëåì èìåííî åå. Íàïðèìåð, ãîâîðÿò: 98% ðàñòâîð ñåðíîé êèñëîòû â âîäå, õîòÿ âîäû â ýòîì ðàñòâîðå âñåãî 2%.*Ñîñòàâ íåêîòîðûõ õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé ìîæåò ìåíÿòüñÿ â îïðåäåëåííîìèíòåðâàëå. Òàêèå ñîåäèíåíèÿ íàçûâàþòñÿ áåðòîëëèäàìè èëè ñîåäèíåíèÿìè ïåðåìåííîãî ñîñòàâà.3Ðàññìîòðèì ïðîöåññû, ñîïðîâîæäàþùèå îáðàçîâàíèå ðàñòâîðîâ.
Ïðè ñìåøåíèè äâóõ æèäêîñòåé â ðåçóëüòàòå äèôôóçèè ìîëåêóë îäíîé æèäêîñòè ñðåäè ìîëåêóë äðóãîé æèäêîñòè ïðîèñõîäèòðàâíîìåðíîå ïåðåìåøèâàíèå, è ïîëó÷àåòñÿ ñìåñü, âî âñåõ òî÷êàõêîòîðîé ñîñòàâ è ñâîéñòâà îäèíàêîâû.Ïðè ðàñòâîðåíèè òâåðäîãî âåùåñòâà â æèäêîñòè, ïðåæäå âñåãî, ïîä äåéñòâèåì ìîëåêóë ðàñòâîðèòåëÿ, êîòîðûå ïðè äàííîéòåìïåðàòóðå èìåþò îïðåäåëåííóþ êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ, ïðîèñõîäèò ðàçðóøåíèå êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè.
Åå ðàçðóøåíèåìîæåò ïðîèñõîäèòü è çà ñ÷åò ýëåêòðîñòàòè÷åñêèõ ñèë, åñëè ðàñòâîðèòåëü ïîëÿðåí, à ðàñòâîðÿþùååñÿ âåùåñòâî èîííîå. Ïðîöåññ ìåõàíè÷åñêîãî ðàçðóøåíèÿ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè ÿâëÿåòñÿ ôèçè÷åñêèì, è ïðîòåêàåò îí ñ çàòðàòàìè ýíåðãèè.Ýòèì íå èñ÷åðïûâàþòñÿ ïðîöåññû, ñîïðîâîæäàþùèå ðàñòâîðåíèå òâåðäîãî âåùåñòâà â ðàñòâîðèòåëå. Ìîëåêóëû èëè èîíûðàñòâîðåííîãî âåùåñòâà âçàèìîäåéñòâóþò ñ ìîëåêóëàìè ðàñòâîðèòåëÿ, îáðàçóÿ ñëîæíûå ïî ñîñòàâó ÷àñòèöû, êîòîðûå íàçûâàþòñÿ ñîëüâàòàìè.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
