Д.Г. Кнорре, Л.Ф. Крылова, В.С. Музыкантов - Физическая химия (1134491), страница 39
Текст из файла (страница 39)
В этом случае будет наблюдаться интенсивный пучок отраженного от этой системы плоскостей рентгеновского излучения. Чтобы это имело место, должно выполняться соотношение 2~(з(п В=пЛ, ходнт рассеяние рентгеновского излучения, можно установить все параметры элементарной нчейки кристалла. Помимо направлений, по которым пронсходнт рассеяние, последнее характеризуется интенсивностью рассеянного пучка. Она может быть измерена, например, по степени почернення рентгеновской пленки, на которую падает рассеянный пучок.
Интенсивность рассеянных пучков (ннтенсивность нх изображений на пленке, рефлексов) содержит информацию о распределении электронной плотности в пределах элементарной ячейки. Поясним это на примере того же кристалла хлорнда цезня. Для этого учтем рассеяние от ионов хлора, которое в несколько раз слабее, чем рассеяние от ионов цезия, но все же вполне измеримо. Ионы хлора образуют решетку„идентичную решетке, образуемой ионами цезня. Поэтому отражения от плоскостей, содержащих ионы хлора, возможны точно под теми же углами, что н от плоскостей, содержащих ионы цезия.
В рассматриваемом случае плоскостн ионов хлора располагаются точно посередине между плоскостямн ионов цезия, н расстояние между этими плоскостями составляет 0/2. Поэтому волны, отраженные от плоскости попов хлора, будут смещены по сравнению с волнами, отраженными от соседней плоскости ионов цезия, на величину Из1п 8. Прн нечетных и этн волны смещены на половину волны и гасят друг друга. Однако в силу различий в амплитуде колебаний рассеяния (она существенно меньше для менее интенсивно рассеивающих ионов хлора) гашение будет неполное, т. е. рефлексы наблюдаются.
При четных и волны, рассеянные от обеих плоскостей, совпадают по фазе, н рассеяние от ионов хлора будет несколько усиливать рассеяние от ионов цезия. Следовательно, рассеяние от системы плоскостей, содержащих грани элементарной ячейки, более интенсивно под углами 22 н 48,52', чем под тремя остальными углами. Рассеивание от системы плоскостей, содержащих диагонали граней элементарной ячейки, под углом 3!,95' существенно сильнее, чем под угламн !5,34 н 52,54'. Следовательно, распределение интенсивности между рефлексами содержит информацию о распределении атомов в пределах элементарной ячейки, т. е.
о структуре частиц, составляющих ячейку. Именно этим обстоятельством определяется возможность применении дифракции рентгеновского излучения для опРеделения структуры молекул в кристаллах. Кристаллы, построенные нз сложных молекул, дают очень сложную картину распределения интенсивностей отдельных рефлексов. Однако по ней можно полностью восстановнть расположение отдельных атомов в элементарной ячейке н тем самым установить полную пространственную структуру молекул, нз которых построен кристалл. Используя некоторые дополннтельные приемы н применяя для расчетов быстродействующие электронно-вычислительные машины, удается получить пространственную структуру даже таких сложных молекул, как белки и нукленновые кислоты. Химический процесс ЧАСТЬ ГЛАВА И ОснОВные хАРАктеРистики ХИМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 186 Состояние химических систем (как и любых других систем) может изменяться.
Такие изменения называются процессама. Понятие процесса является одним из наиболее фундаментальных понятий для физической химии. Следует подчеркнуть, что строение и свойства химических систем проявляются именно в изменениях состояний систем. С химической точки зрения особый интерес представляют такие процессы, в которых происходит глубокая перестройка электронных состояний, сопровождаемая перегруппировкой ядер, так что из одних устойчивых одно- или многоатомных частиц образуются другие. В многокомпонентной макроскопнческой системе эти процессы пряводят к химическому превращеншо, в результате которого некоторые химические соединения — исходные вещества, илн реагенты, превращаются в другие химические соединения— продукты.
Химическую природу имеют также и многие другие явления, происходящие в химической системе, такие, как растворение, испарение ковалентных и ионных кристаллов и др., так как они также сопровождаются существенной перестройкой электронных оболочек. Как правило, химические превращения сопровождаются процессами, которые принято относить к области молекулярной физики: переносом вещества и зарядов, переносом энергии термического возбуждения (теплоты) и др.
В учении о химическом процессе, которому посвящена вторая часть данного курса, рассматриваются две проблемы: направление процесса и условия равновесна химических систем, определяемые фундаментальными законами термодинамики, а также скорости химических превращений, определяемые законами химической кинетики. й ттЛ. Стехмометрмчесиое уравнение химической реакции С Нь+ 20» — — СОз+ 2 Н»0 В ряде случаев полезна другая форма записи стехиометрического уравнения: ;"~ дУ,=о, (11.2) »-1 где Ъ» — символы компонентов реакции; к — число компонентов, участвующих в реакции; уь — стехиометрические коэффициенты, которые при такой форме записи положительны для продуктов и отрицательны для реагентов.
Уравнение для полного сгорания метана в этом случае принимает вид -СН,— 20,+СО,+2Нз0=0 Количественно глубина химического превращения на любом его этапе может быть охарактеризована изменением числа молей того или иного компонента: О аа» =аь — и», (11.3) где ль — число молей 1-го компонента на рассматриваемом этапе; пр — число молей того же компонента в начальный момент превращения. Если процесс описывается стехиометрическим уравнением (11.2), то изменения чисел молей различных компонентов относятся друг к другу как стехиометрическис коэффициенты »)пь 1из йлз, = иь '. из ° из (11А) Например, для полного сгорания метана ь)лен, » йло, .
Ьлсо, . Ьлн,о=( — 1): ( — 2) ь 1 '- 2. 137 В простейших случаях химическое превращение может быть записано в виде одного стехиометрического уравнения юь ~~~~ а»А» = ")' Ь»В», (11.1) »-ь /-ь где А» — символы реагентов; В» — символы продуктов; аь, Ьь — стехиометрическиг козффициенть», показывающие, в каких малярных соотношениях расходуются исходные вещества и образуются продукты превращения; 1 — число реагентов; ль — число продуктов.
В таких случаях процесс обычно называют химической реакцией. Например, при сгорании метана в кислороде до СОз и Н»О на каждую израсходованную молекулу метана образуется одна молекула СОз и две молекулы Н»0, при этом затрачивается две молекулы Оь Стехиометрическое уравнение этой химической реакции записывается в виде Из (11.4) следует, что отношение Ьп»/у» одинаково для всех участников реакции.
Поэтому ега удобна использовать как независимую от конкретного компонента величину, характеризующую глубину химического яревращення. Эта величина называется химической переменной $=(п,-п,)/уа (11.5) В качестве иллюстрации на рис. 71 приведена зависимость изменения числа молей от химической переменной для всех компонентов реакции полного сгорания метана. Соотношение (11.5) мож- но записать в дифференциальной форме еп т' З бЕ =бп»/ун (11.6) Х Ф Отметим, чта далеко не всякое химическое превращение может быть описано с помощью одного стехиометриче- 7 ского уравнения, т. е.
не для всякого хи- мического процесса существует простая р,г е е 1. связь между изменениями чисел молей ! различных компонентов. Так, неполное сгорание метана, при котором наряду с -г СОг в реакционной смеси накапливает- -Х ся некоторое количество СО, требует У для своего описания двух независимых -т Я уравнений, отражающих две независи- мые реакции: Рис. 71. Зависимость изменении числа малей компо- СН»+ 20з= СОз+ 2НзО нентов реакции сгорании метзиз от химической пере- СН»+з/гОз=СО+2НгО ' монной $: г-снн г-ан з-н,о; »- Соотношения между каличествамиобразующихся СО и СОь а в связи с этим и соотношения между изменением чисел молей других компонентов могут изменяться по ходу реакции и в зависимости от условий протекания процесса. В дальнейшем, там, где это специально не оговорена, речь будет идти о химических процессах, описываемых одним стехиометрическим уравнением, такие процессы называют химическими реакциями.
Связь между стехиометрическими коэффициентами в стехнаметрическом уравнении однозначно вытекает нз условия сохранения числа атомов каждого нз элементов, участвующих в процессе. Например, три соотношения между четырьмя стехиометрическими коэффициентами в каждом из уравнений (11.7) вытекают из условия постоянства чисел атомов Н, С и О. Так, для процесса сгорания метана до СО между стехиометрическими коэффициентами уь уь Уз, У» (компоненты пРонУмеРованы в том же поРЯдке, как они записаны в (11.7)1 существуют соотношения: 188 у,+уз=О (сохранение числа атомов С); 4у,+2У~=О (сохранение числа атомов Н); 2у,+уз+у,=() (сохранение числа атомов 0).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
