Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів»



Сторінка5/10
Дата конвертації17.04.2017
Розмір1.73 Mb.
ТипНавчальний посібник
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

У нашому випадку від'ємне значення вказує на втрату системою теплової енергії, тобто на вивільнення теплоти Qp. Отже, це екзотермічний процес. Якщо виникне можливість зворотнього перебігу процесу

то така зворотня реакція буде ендотермічною.

Очевидно, що енергія активації зворотньої реакції буде більшою прямої реакції на величину теплового ефекту реакції (теплоти реакції при сталому тискові — Qp):

Отже, енергія активації екзотермічної реакції завжди менша, ніж енергія активації зворотньої ендотермічної реакції (на величину теплового ефекту).



Приклад 8.5. Чому дорівнює Еакт реакції



якщо її тепловий ефект Q = +17 кДж/моль (Н=-17 кДж/моль), Еакт = +168 кДж/моль.

Зрозуміло, що зворотній, як і прямий, процес відбувається з утворенням одного й того ж активованого комплексу.

Залежність константи швидкості реакції від енергії активації і від температури вперше виявив Арреніус (1889). Було знайдено лінійну залежність k

від Цю залежність можна виразити формулою:



де В дорівнює Еакт/R, (R — універсальна газова стала), а А залежить від кількості зіткнень молекул за одиницю часу (2). Тоді



Більшість молекул не має сферичної форми, тому важливо знати, якою буде їхня орієнтація у момент зіткнення. Для молекул тільки те із зіткнень може виявитись ефективним, унаслідок якого у місці контакту перебуватимуть потрібні атоми реагентів. Через це у формулу вводиться допоміжний множник Р, який називається стеричним (вірогідним) чинником:





Хімічна рівновага

Унаслідок самочинного перебігу хімічних реакцій вільна енергія ΔE системи зменшується і може досягнути свого мінімального значення ще до того моменту, коли реагенти повністю вичерпаються. Тоді у системі усталюється рівновага між реагентами, які залишилися, і продуктами, що нагромадилися. У рівнянні реакцій рівноважний стан зображають законом оборотності:



Термодинамічною умовою встановлення рівноваги є ΔE = 0.

Якщо ідеальні гази перебувають у стандартних умовах, тобто коли початкові парціальні тиски кожного із газів (реагентів і продуктів) дорівнюють 1 атм, зміна вільної енергії ΔG° для будь-якої газоподібної системи має бути постійною величиною, яку отримують із рівняння ΔG° - ΔН°- 273Ай0. Коли змінюється тиск від Рпочат до Ркінц, вільна енергія ΔG° відрізняється від ΔE ° для одного

газу на величину якщо газів є кілька (А, В, С і Б) і їхні кількості взаємопов'язані законом оборотності, то ΔG змінюється на величину . Тобто можна записати



Коли ж усталюється хімічна рівновага, то ми отримуємо



Позбувшись логарифма, матимемо



Замінивши величину на Кр, матимемо



Ця формула є математичним вираженням закону дії мас для стану рівноваги. Стала величина Кр називається константою хімічної рівноваги процесу. Значення константи рівноваги залежать від природи реагуючих речовин та від температури і не залежать від концентрацій і наявності каталізатора.

Як відомо, парціальні тиски газів характеризують їхню концентрацію у суміші. Тому парціальні тиски можуть бути замінені концентраціями. Концентраційну константу рівноваги позначають через К :

При цьому числове значення Кс не збігається з Кр. Співвідношення між Kр і КС можна виразити, врахувавши закон Клапейрона—Менделєєва РV = ⱱ\RТ\



Виразивши концентрацію через тиск, матимемо



або


Формулу широко використовують в обчисленнях хімічної рівноваги не тільки для газоподібних систем, а й у розчинах, бо коли описують поведінку частинок розчиненої речовини використовують рівняння стану ідеальних газів.



Приклад 8.7. При якій температурі константа рівноваги реакції



дорівнюватиме 1?

З рівняння випливає, що при буде дорівнювати нулю. Тоді ,звідси



Припускаючи, що значення ентальпії й ентропії утворення хімічних сполук при різних температурах суттєво не відрізнятимуться, визначаємо, використовуючи для нього стандартні значення ентальпій і ентропій утворення речовин:

З кінетичного погляду, усталення хімічної рівноваги пояснюють вирівнюванням швидкостей прямої (з участю реагентів) і зворотньої (з участю продуктів) реакцій (рис. 8.17).



Отже:


Стан реагуючої системи, при якому швидкості прямої і зворотньої реакцій стають однаковими, називається хімічною рівновагою

Можемо записати



або


,

тоді


Розглянемо для прикладу систему



для якої в певний момент часу після початку реакції установлюється рівновага. Це приймається як сталість рівноважних концентрацій усіх трьох речовин. З самого початку після змішування можлива тільки пряма реакція. Проте з часом швидкість прямої реакції з витрачанням вихідних реагентів щоразу спадатиме. Однак швидкість розкладання гідроген йодиду, навпаки, зростатиме, оскільки продукт щоразу нагромаджуватиметься. У певний момент часу значення швидкостей прямої і зворотньої реакцій стануть однаковими:



Таким чином, хімічна рівновага — це динамічний процес: при ньому в системі щоразу відбуваються два хімічних процеси — прямий і зворотній, які здійснюються з однаковими швидкостями. З настанням рівноваги концентрації реагентів у заданих умовах залишаються незмінними й називаються рівноважними концентраціями.



Приклад 8.8. У системі А(г) + 2В(г) = С(г) рівноважні концентрації речовин становлять: [А] = 0,06 моль/л; [В] = 0,12 моль/л; [С] = 0,216 моль/л. Знайдіть константу рівноваги с) і вихідні концентрації речовин А і В.

Запишемо вираз для константи рівноваги:



За умовою задачі, в кожному літрі системи утворилось 0,216 моль С, на що було використано 0,216 моль А і 0,216 • 2 = 0,432 моль В. Тоді вихідні концентрації становитимуть:



Приклад 8.9. Для реакції 2НІ ↔ Н2 + І2 константа рівноваги Кр = 0,0625. Який відсоток НІ продисоціює до моменту, коли установиться хімічна рівновага?

Візьмемо вихідну концентрацію НІ 1 моль/л. Нехай до моменту усталення рівноваги продисоціює х моль НІ, за рівнянням реакції утвориться 0,5х моль Н2 і 0,5х моль І2. Тоді рівноважні концентрації становитимуть:



Узявши корінь квадратний з обох частин рівняння, матимемо:



звідси х = 0,333. Отже, до моменту усталення рівноваги продисоціює 33,3 % НІ.

У вираз константи рівноваги, як і у вираз швидкості реакції, не входять концентрації речовин, які утворюють конденсовані фази або є у великому надлишку. Наприклад, для реакції




Отже, закон дії мас для стану рівноваги можна сформулювати так:

Хімічна рівновага установлюється, коли добуток рівноважних концентрацій продуктів реакції, піднесених у степені, які відповідають їхнім стехіометричним коефіцієнтам у рівнянні реакції, поділений на добуток рівноважних концентрацій реагентів, піднесених у відповідні степені, стає сталою величиною за певних умов.

Є реакції, перебіг яких відбувається до кінця, якщо за звичайних умов неможливо здійснити оборотні до цих реакцій процеси. Наприклад,

Це необоротний процес, і щоб це підкреслити, у рівнянні реакції ставлять знак рівності.



Зміщування хімічної рівноваги. Принцип Ле Шательє

Трапляється так, що усталення хімічної рівноваги між продуктами і реагентами є економічно невигідним, оскільки знижує вихід продукту. Тоді хімік має знати, як можна змістити хімічну рівновагу в бік реакції, яка утворює потрібну речовину. Змінюючи умови, в яких перебуває система, — концентрацію речовин, тиск, температуру — можна впливати на швидкість прямої та оборотної реакцій. Тоді усталена рівновага в системі порушується і зміщення рівноваги відбувається в бік реакції, швидкість якої після зміни умов зросла.

У разі збільшення концентрації реагентів швидкість прямої реакції зазвичай зростає і рівновага зміщується, як кажуть, вправо, тобто в бік прямої реакції, в бік збільшення продуктів. Більшого виходу продуктів можна досягти, якщо систематично виводити продукти зі сфери реакції, що призводить до зменшення їхньої концентрації у системі і до зменшення швидкості зворотньої реакції порівняно з прямою. У цьому випадку рівновага теж зміщується вправо. Якщо зображувати зміщення положення рівноваги стрілкою під рівнянням реакції, то можна записати:

Для хімічних систем, які містять газоподібні речовини, зміна тиску впливає на зміщення рівноваги аналогічно зміні концентрації газів. При цьому значно змінюється швидкість тієї реакції, в якій бере участь більша кількість молекул газів.

Справді, якщо у системі

усталилась рівновага, то двократне збільшення тиску зумовить збільшення концентрацій кожного з газів теж удвічі. Тоді швидкість прямої реакції (за участю трьох молекул газу)



зросте у 8 разів, а швидкість зворотньої реакції



у якій беруть участь дві молекули газу, — лише в 4 рази. Рівновага зміститься вправо. Інакше кажучи, збільшення тиску зміщує хімічну рівновагу в бік реакції, яка "продукує" меншу кількість молекул газоподібних речовин і тим самим знижує тиск у системі. При зменшенні тиску рівновага зміщується в протилежний бік.

У загальному випадку

Якщо кількість молекул газів у лівій і правій частині реакції дорівнює кількості молекул газів у правій частині реакції, то зміна тиску не впливає на зміщення рівноваги такої реакції.



Зміна температури впливає на зміщення хімічної рівноваги для тих процесів, які супроводжуються тепловими ефектами. Якщо пряма реакція екзотермічна, то зворотня — ендотермічна, і навпаки. У цьому розділі вже йшлося про те, що для оборотних реакцій енергія активації ендотермічного процесу більша за енергію активації екзотермічного процесу на величину теплового ефекту реакції (ентальпії). Тому чим більшою буде £акт, тим більше залежатиме швидкість реакції від температури.

Отже, збільшення температури зміщує хімічну рівновагу в бік ендотермічної реакції, внаслідок якої поглинається теплота і система охолоджується.

У загальному випадку

Порівнюючи зміну зовнішніх умов, у яких перебуває хімічна система, з її відповідним реагуванням на цю зовнішню дію, яка проявляється у зміщенні хімічної рівноваги, неважко бачити, що таке реагування завжди є протилежним до зміни умов. Так, якщо знижують концентрацію якоїсь із речовин, що перебуває в рівновазі з іншими реагуючими речовинами, то рівновага зміщується в бік тієї реакції, яка підвищує концентрацію заданої речовини. При підвищенні тиску швидше починає відбуватися процес, який знижує тиск, а при підвищенні температури — процес, який спричиняє охолодження системи.

Ці спостереження становлять хімічний зміст загального принципу поведінки систем, які перебувають у заданих умовах у стані динамічної рівноваги:

Якщо на систему, яка перебуває у стані хімічної рівноваги, впливати ззовні за допомогою деяких чинників (тиску, температури, концентрації), то рівновага зміщується в бік тієї реакції, що послаблює цей вплив.

Це правило протидії відоме під назвою принципу Ле Шательє, яке було сформульоване 1884 р.



ЛІТЕРАТУРА:

  1. Оганесян Е.Т. «Неорганічна хімія», 1984.

  2. Глінка M.Л. «Загальна хімія», 1982.

  3. Сухомлінов А.К. «Практикум із неорганічної хімії», 1983.

  4. Льовітін Є.Я., Брізіцька А.М., Клюєва Р.Г. “Загальна та неорганічна хімія”- Х.: Прапор, Видавництво НФАУ, 2000.

  5. Ріпан Р., Четяну І. «Неорганічна хімія» - М.: Мир, 1971.

  6. Ахметов Н.С. «Неорганічна хімія», 1975.

  7. Хомченко Г.П. «Хімія для тих, що вступають до Вузів», 1991.

  8. Глінка М.Л. «Завдання і вправи з загальної хімії», 1987.

  9. Васильєва Я.Б. «Лабораторні роботи із загальної і неорганічної хімії», 1986.

  10. Хомченко Г.П. «Завдання з хімії», 1991.

  11. «Загальна і неорганічна хімія з елементами проблемного вивчення», 1990.

  12. «Хімія» - посібник для самоконтролю і самопідготовки, 1985.

  13. Лідін Р.А., Молочко В.А., Андрєєва Л.Л. «Хімічні властивості неорганічних речовин». М.: Хімія. – 1996.

  14. Голуб А.М. Загальна та неорганічна хімія. Ч.1, 1968; Ч.2, 1971.

  15. Голуб А.М. , Скопенко В.В. Основи координаційної хімії, 1977.

  16. Григор′єва В.В., Самійленко В.М., Сич А.М. Загальна хімія, 1979.

  17. Романова Н.В. Загальна та неорганічна хімія, 1988; 1998.

  18. Василега-Дерибас М.Д., Фурсенко А.О. Методична розробка. Номенклатура і термінологія в загальній та неорганічній хімії (Історія, теперішній стан, наукові основи і правила), 1991.

  19. Манилов К.Р., Тютюнник В.М. Биография атома, 1984.

  20. Лазаров Д. Электрон и химические процессы, 1987.

  21. Михалічко Б.М. Курс загальної хімії, 2009.

  22. Цвєткова Л.Б. Загальна хімія: теорія і задачі, Частина 1, 2007.

  23. Середа А.С. Неорганічна хімія, 2008.

  24. Бодак О.І., Телегус В.С., Заречнюк О.С., Кінжибало В.В. Основи загальної хімії, 1991.

  25. Красовський О.М, Старчак В.Г. Загальна та неорганічна хімія у прикладах і завданнях, 1992.

  26. Василева М Д. Чудодійні розчини, 1996.



БУДОВА АТОМА

Ядерна модель атома

Сучасні уявлення про будову атома зародилися на початку XX ст. Цьому передувала низка грандіозних відкриттів, які зробили фізики. Це, передусім, відкриття електрона, Х-променів, явища радіоактивності, α-частинок тощо. Гіпотеза про те, що атоми не є неподільними і, найвірогідніше, мають доволі складну будову, вперше з'явилася після відкриття явища електролізу. 1834 р. англійський фізик Майкл Фарадей встановив, що низка речовин піддається хімічному перетворенню, коли крізь їхні водні розчини (або розплави) пропускати електричний струм. Якби розчин (розплав) був електропровідним, він повинен містити заряджені частинки (йони). Ця обставина наводить на думку, що атоми — це доволі складні утворення, які за певних умов здатні розпадатися на заряджені складові частинки. Досліджуючи кількісні характеристики електролізу, Фарадей зумів зробити дуже правильні висновки про те, що заряди на йонах кратні певній елементарній одиниці заряду. Згодом для позначення елементарної одиниці йонного заряду англійський фізик Дж. Стоней (1881) запровадив спеціальний термін — електрон (від грец. (electron) — бурштин, речовина, яка здатна електризуватися під час тертя об деякі матеріали). Застосовувати ж термін "електрон" до реальної негативно зарядженої частинки почали лише через 10 років.


Відкриття електрона

На зламі XIX—XX ст. з'явились експериментальні свідчення того, що атоми побудовані з негативно і позитивно заряджених частинок. Те, що електрони є реальними частинками, які можуть приєднуватись до атомів або залишати їх, було доведено фізиками у процесі вивчення впливу електрики на властивості газів. Здійснюючи експерименти з електричними розрядами в газах при низьких тисках (0,0001 атм), англійський дослідник У. Крукс (1895) спостерігав світіння газів (рис. 4.1).



Рис. 4.1. Лампа Крукса для дослідження катодних променів

Висока електрична напруга (близько 10 кВ), яку накладають на впаяні в лампу електроди, відриває від атомів розрідженого газу електрони і примушує їх рухатися в напрямі до анода, а позитивно заряджені йони газу — до катода. За потоком електронів у лампі (катодними променями) можна спостерігати за допомогою флуоресцентного екрана, вдаряючись об який електрони спричинюють світіння. Рухаючись в бік анода, катодні промені зіштовхуються з йонами газу, змушуючи їх випромінювати світло. Так виникає розрядне сяйво, колір якого залежить від природи газу, яким наповнюється лампа. Натомість потік позитивно заряджених йонів газу скеровується в бік катода. Якщо в катоді проробити отвори (канали), то йони газу проходять крізь них, спричиняючи світіння протилежного кінця лампи. Потік йонів газу названо каналовими променями. Крукс встановив, що катодні промені, як і світловий промінь, поширюються лінійно. Однак на відміну від світлових катодні промені відхиляються в магнітному й електричному полях. Характер такого відхилення вказує на те, що катодні промені несуть на собі негативний заряд і поводяться як потік частинок: вони здатні передавати кінетичну енергію предметам, з якими зіштовхуються. Англійський фізик Дж. Томсон зробив припущення, що катодні промені — це потік гіпотетичних "електронів" Стонея, а 1897 р. він експериментально встановив відношення заряду цих частинок до їхньої маси. На рис. 4.2 зображено схему приладу Томсона для вимірювання відношення е/т. Прилад Томсона — це видозмінена лампа Крукса; катодні промені проходять крізь отвір в аноді, виокремлюючись у тонкий пучок 1. Далі цей пучок потрапляє між полюси магніту і змінює свою траєкторію, рухаючись по коловій орбіті з певним радіусом. Томсон помітив, що певна задана величина магнітного поля завжди зумовлює відхилення катодних променів в одне і те ж місце — в точку 2. Для зарядженої частинки, яка рухається в магнітному полі, справджується співвідношення

де т — маса частинки; е — заряд частинки; ⱱ — швидкість руху частинки по коловій траєкторії з радіусом г; Н — магнітна індукція.



Магнітна індукція і радіус кривини — це величини, які легко можна визначити експериментально, тоді як значення т, е і — невідомі. Однак, якщо на потік електронів, який уже відхилився магнітним полем у положення 2, подіяти електричним полем, яке виникає між пластинами конденсатора після накладання на них високої напруги (Д), так, щоб промінь 2 повернувся назад у положення 1, то можна знайти значення V. Кінетична енергія частинки в електричному полі описується рівнянням



Звідки


Підставивши у рівняння (4.1), можна визначити е/т, яке для катодних променів становить:






Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Схожі:

Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник до змістового модулю №3 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів»

Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів»

Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconКонтрольні роботи для студентів заочної форми навчання спеціальності «технологія парфумерно-косметичних засобів»

Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник Для викладачів та студентів фармацевтичного факультету Запоріжжя 2014

Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчально-методичний посібник за кредитно-модульною системою для студентів вищих навчальних медичних закладів за спеціальністю «технологія парфюмерно-косметичних засобів»
Сторія україни: навчально-методичний посібник для студентів, працюючих за кредитно-модульною системою. (укладачі: кандидат історичних...
Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчально-методичний посібник для студентів І курсу факультету філології та журналістики стаціонарної форми навчання. Доп., розш. Полтава: пдпу, 2009. 61 с
Тарасова н.І.,Чередник л. А. Організація самостійної та індивідуальної роботи з античної літератури: Навчально-методичний посібник...
Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник для студентів 5-го, 6-го курсу медичних внз, лікарів-інтернів педіатрів, інфекціоністів та сімейних лікарів Запоріжжя, 2016р
...
Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconМетодичні вказівки для студентів ІІ курсу фармацевтичного факультету для підготовки до семінарських занять з предмету
...
Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconМетодичні вказівки для студентів ІІ курсу фармацевтичного факультету для підготовки до семінарських занять з предмету
...
Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник для студентів гуманітарного факультету, спеціальності 029 «Інформаційна, бібліотечна та архівна справа»
Концепція професійного спрямування (Вступ до фаху) : навчальний посібник для студентів гуманітарного факультету, спеціальності 029...


База даних захищена авторським правом ©biog.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка