Управление обратимыми химическими реакциями

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Обратимыми называются реакции, которые могут протекать в двух противоположных направлениях и ни в одном направлении не идут до конца.

Через определенный промежуток времени после начала обратимой реакции наступает равновесие, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

При изменении внешних условий равновесие смещается. Равновесие технологических процессов смещают в сторону продуктов реакции. Для смещения равновесия используют принцип Ле Шателье (1885).

Формулировка принципа Ле Шателье:

Если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается в сторону ослабления этого воздействия.

Равновесие смещают, изменяя температуру, давление или концентрации реагирующих веществ.

Изменение концентрации (С). При увеличении концентрации исходных веществ увеличивается выход продуктов реакции.

Изменение температуры (Т). При повышение температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при понижении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции.

Изменение давления (Р). При повышении давления равновесие смещается в сторону уменьшения числа молей газообразных компонентов и наоборот.

Кинетические методы управления химическими процессами

Химическая кинетика изучает скорости хим. реакций и факторы, влияющие на них.

Скорость хим. реакции определяется изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ ( энергии активации реакции ) и условий протекания реакции ( концентрации, температуры, давления, катализатора ).

Скорость реакции и энергия активации

Каждая реакция характеризуется энергией активации или энергетическим барьером. Энергией активации называется та минимальная энергия, которой должна обладать молекула или пара реагирующих молекул, чтобы вступить в химическую реакцию.

Чем больше энергия активации, тем меньше скорость реакции.

Энергия активации играет важную роль в жизни нашей планеты.

Если бы не было такого сдерживающего фактора как энергия активации, то кислород воздуха немедленно бы прореагировал со всем, что может гореть или окисляться. Органические соединения превратились бы в углекислый газ и воду, а если кислорода бы не хватило на все органические соединения, оставшиеся распались бы на более простые, т.к. это очень выгодно из-за уменьшения энергии и увеличения энтропии. Т.о. можно сказать, что окружающий нас мир, включая нас самих, может существовать длительное время благодаря энергии активации.

Скорость реакции и концентрация

Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действующих масс:

«При постоянной т-ре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ»

Скорость реакции и температура

Зависимость скорости реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа:

при повышении температуры на 10 градусов скорость большинства реакций увеличивается в 2–4 раза.

Скорость реакции и катализатор

Катализаторами называются вещества, которые изменяют скорость реакции, но не расходуются в процессе реакции.

Процесс изменения скорости реакции с помощью катализаторов называется катализом.

Повышение скорости реакции при участи катализаторов заключается в снижении суммарной энергии активации протекающего процесса.

В настоящее время почти вся химическая промышленность основана на катализаторах.

Варианты катализа

1. Гомогенный, когда реагенты и катализатор находятся в одном и том же агрегатном состоянии, например, жидком.

2. Гетерогенный катализ, когда реагенты и катализатор находятся в разных агрегатных состоянии.

3. Автокатализ, когда катализатором являются продукты реакции.

4. Ферментативный катализ, когда катализаторами являются ферменты -биологические катализаторы белковой природы.

Закономерности действия катализатора

1. Катализатор действует специфично: каждый катализатор ускоряет только одну реакцию или группу однотипных реакция.

2. Катализатор действует селективно: катализаторы могут ускорять одну из возможных при данных условиях параллельных реакций.

3. Катализатор ускоряет только термодинамически разрешенные реакции.

4. Катализатор ускоряет и прямую и обратную реакции, если реакция обратима.

Материал из пособия (розовое пособие) Тема «Химические концепции»

ТЕМА 4. ХИМИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ

Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева

В основе современной химии лежат периодический закон (ПЗ) и периодическая система (ПС) элементов великого русского химика Д.И. Менделеева.

Значение Периодического закона:

– ПЗ позволил систематизировать большой фактический материал, находящийся в разрозненном состоянии. До открытия ПЗ исследовались свойства отдельных элементов, но не рассматривалась их взаимосвязь.

– На основании ПЗ были уточнены атомные веса и валентности ряда элементов.

– С помощью ПЗ предсказано существование новых элементов.

– Знание периодического закона сыграло определенную роль в установлении строения атома.

– ПЗ позволяет предвидеть поведение веществ в различных химических реакциях и особенности протекания этих реакций.

– ПЗ оказал влияние на развитие других наук: физики, геологии, астрономии и химии в целом.

– ПЗ имеет философское значение и подтверждает некоторые философские категории и законы диалектики.

Формулировка периодического закона по Менделееву: Свойства простых тел, а также форма и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от атомных весов элементов.

Графическим выражением периодического закона является «Периодическая система». Для систематизации химических элементов Менделеев использовал два фактора: значения их атомных масс и сходство в свойствах элементов, стоящих по вертикали.

Истинную причину периодичности удалось раскрыть в 1913-1920 гг. английским физикам Генри Мозли и Джеймсу Чедвику.

Они установили, что элементы расположены в периодической системе в порядке возрастания не атомной массы, а заряда атомного ядра. Но с зарядом атомного ядра связано электронное строение атома; а от электронного строения атомов зависят химические свойства элементов и их соединений. Т.о., физическая причина периодичности заключается в электронном строении атома.

Эти исследования привели к новой формулировке периодического закона: свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома или порядкового номера элемента.

Внутримолекулярные связи

Учение о химической связи относится к важнейшим проблемам современной химии. Однако разобраться в том, что же представляет собой химическая связь, стало возможным только после открытия электронного строения атомов. Тогда же была установлена фундаментальная роль электронов в образовании химической связи.

О том, что в образовании химической связи участвуют электроны, отметил еще в 1916 г. немецкий физик Альбрехт Коссель. В этом же году американский ученый Гилберт Льюис предложил теорию образования химической связи с помощью электронных пар, одновременно принадлежащих двум атомам. На базе работ Косселя и Льюиса развилось современное учение о химической связи.

По современным представлениям химическая связь имеет электрическую природу, но осуществляется она по-разному. Поэтому различают три основных типа химических связей: ковалентную, ионную и металлическую.

Ковалентная связь

Ковалентной называется химическая связь, осуществляемая электронными парами. Существует два механизма образования ковалентной связи: обменный и донорно-акцепторный.

Обменный механизм осуществляется за счет перекрывания одноэлектронных облаков с противоположно направленными спинами.

Донорно-акцепторный механизм осуществляется за счет двухэлектронного облака одного атома и свободной атомной орбитали другого атома. Атом, поставляющий пару электронов, называется донором, а атом или ион, к которому эта пара перемещается, называется акцептором.

Характеристики ковалентной связи

1. Энергия связи – это энергия, которая выделяется при образовании связи. Чем больше энергия связи, тем связь прочнее. Энергия связи характеризует все виды химических связей.

2. Длина связи. Длиной связи называется расстояние между ядрами атомов в молекуле. Чем меньше длина связи, тем связь прочнее.

3. Насыщаемость. Насыщаемость – это способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных связей. Благодаря насыщаемости ковалентной связи молекулы имеют определенный состав.

4. Направленность. Это свойство заключается в том, что образование связи происходит в направлении максимального перекрывания электронных облаков. Направленность связи обуславливает пространственную структуру молекул, т.е. их геометрическую форму.

Варианты ковалентной связи

В зависимости от направления перекрывания атомных орбиталей различают s, и p - связи /сигма и пи/.

s-связи возникают при перекрывании атомных орбиталей, расположенных вдоль оси, соединяющей ядра взаимодействующих атомов.

p-связь образуется в результате взаимного перекрывания электронных облаков в направлении перпендикулярном осевой линии, соединяющей центры взаимодействующих атомов.

Химические связи, образованные более чем одной парой электронов называются кратными связями. Кратность связи определяется числом пар электронов, участвующих в ее образовании.

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒