- •Часть I
- •Тема 3. Химическая термодинамика и кинетика.
- •Основные понятия и определения.
- •Первый закон термодинамики
- •Изменение энтальпии в различных химических и физико-химических процессах.
- •Второй закон термодинамики.
- •Абсолютная энтропия идеального кристалла при ок равна нулю.
- •Энергия Гиббса.
- •Анализ уравнения Гиббса.
- •Основные понятия.
- •Закон действия масс
- •Зависимость скорости от температуры.
- •2.3 Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие. Константа равновесия. Принцип Ле-Шателье. Фазовые равновесия. Правило фаз. Химическое равновесие.
- •Химическая кинетика. Химическое равновесие. Правило Ле Шателье-Брауна.
- •Фазовые равновесия.
- •Правило фаз.
- •Катализ Общие понятия.
- •Фотохимические реакции.
- •Тема 4. Растворы
- •Классификация дисперсных систем.
- •Общие свойства растворов.
- •Растворимость
- •Энергетика процесса растворения.
- •4.2Два вида электролитов: сильные и слабые электролиты. Электролитическая диссоциация в водных растворах. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Электролиты и неэлектролиты.
- •Водородный показатель, или pH раствора.
- •Тема 5. Окислительно-восстановительные и электрохимические процессы.
- •5.1.Электрохимические процессы. Равновесие на границе металл-раствор. Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Водородный электрод. Ряд напряжений. Гальванический элемент. Электродвижущая сила.
- •Электроны от перешли к ионам восстановили их в свободный металл и в растворе остались ионы железа.
- •Термодинамика гальванического элемента
- •Уравнение Нернста для определения потенциала при любых условиях
- •5.2. Электрохимические источники тока.
- •Химические цепи.
- •Свинцовый аккумулятор
- •Щелочной аккумулятор:
- •Топливные элементы.
- •Тема 2. Строение вещества
- •Валентность.
- •Тема 6. Химическая идентификация и анализ вещества.
- •6.1 Химическая идентификация вещества. Идентификация катионов и анионов. Количественный анализ: гравиметрический, титриметрический анализ.
- •Химическая идентификация вещества
- •Количественный анализ.
- •6.2 Инструментальные методы анализа.
- •Тема 7.Свойства металлов и их соединений
- •7.1. Физические и химические свойства металлов. Получение металлов. Металлические сплавы и композиты.
- •Тема 8 Полимерные материалы и их применение
- •8.1 Методы получения полимеров: полимеризация, поликонденсация. Свойства полимеров. Применение полимеров и олигомеров.
- •Тема 9. Заключительная лекция.
- •9.1. Экологические проблемы общества. Охрана воздушного и водного бассейна. Предельно допустимые нормы содержания вредных веществ в биосфере. Очистка сточных вод.
- •Классификация сточных вод и примесей в них.
- •Методы и оборудование для очистки сточных вод.
- •Биологическая очистка сточных вод.
- •Проверка воды на содержание газов. Дегазация.
- •Умягчение воды.
- •Методы опреснения воды
- •Электродиализ
- •Метод обратного осмоса
- •Опреснение воды вымораживанием
- •Метод опреснения воды основанный на явлении гидратации
- •Метод солнечной дистилляции
- •Список литературы
Энергетика процесса растворения.
Растворение веществ сопровождается тепловым эффектом: выделением или поглощением теплоты - в зависимости от природы вещества. При растворении в воде, например, гидроксида калия, серной кислоты наблюдается сильное разогревание раствора, т.е. выделение теплоты, а при растворении нитрата аммония - сильное охлаждение раствора, т.е. поглощение теплоты. В первом случае осуществляется экзотермический процесс, во втором -эндотермический. Теплота растворения ∆Н - это количество теплоты, выделяющееся при растворении 1 моль вещества. Так, для гидроксида калия она равна +55,65 кДж/моль, а для нитрата аммония -26,48 кДж/моль. Таким образом, теплота растворения имеет отрицательное значение, если при растворении теплота поглощается, и положительное - при выделении теплоты.
Процесс растворения сопровождается значительным возрастанием энтропии системы, так как в результате равномерного распределения частиц одного вещества в другом резко увеличивается число микросостояний системы. Очевидно, при растворении кристаллов происходит их разрушение, что требует затраты энергии. Поэтому растворение должно было бы сопровождаться поглощением теплоты. Если же наблюдается обратный эффект, то это показывает, что одновременно с растворением происходит какое-то взаимодействие между растворителем и растворенным веществом, при котором выделяется в виде теплоты больше энергии, чем ее расходуется на разрушение кристаллической решетки.
Действительно, установлено, что при растворении многих веществ их молекулы (или ионы) связываются с молекулами растворителя, образуя соединения, называемые сольватами (от лат. solvere- растворять); этот процесс называется сольватацией. В частном случае, когда растворителем является вода, эти соединения называются гидратами, а сам процесс их образования – гидратацией.
Важной физико-химической характеристикой растворов является температура кипения и замерзания. Каждое вещество характеризуется определенными температурами кипения и плавления (или кристаллизации). Так, вода при нормальном атмосферном давлении (101,3 кПа) кристаллизуется при 0°С и кипит при 100°С. Присутствие растворенного вещества повышает температуру кипения и понижает температуру замерзания растворителя. Таким образом, раствор кристаллизуется и кипит не при определенной температуре, а в некотором температурном интервале. Разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя называют повышением температуры кипения раствора; Разность между температурами замерзания чистого растворителя и раствора называют понижением температуры замерзания раствора :
где и- температуры кипения и замерзания раствора;и- температуры кипения и замерзания чистого растворителя.
Для разбавленных растворов неэлектролитов повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания пропорционально концентрации раствора (закон Рауля):
где m- моляльная концентрация раствора; Е -эбуллиоскопическая постоянная, т.е. повышение температуры кипения одномоляльного раствора; К - криоскопическая постоянная, т.е. понижение температуры замерзания одномоляльного раствора.
Параметры растворов электролитов, зависящие от концентрации, такие, как давление пара, понижение температуры замерзания, осмотическое давление, повышение температуры кипения, не подчиняются закону Рауля, так как диссоциация электролита приводит к тому, что общее чис о частиц растворенного вещества в растворе возрастает по сравнению с раствором неэлектролита той же концентрации. Для количественного описания изменения некоторых свойств растворов электролитов Вант-Гоффом был введен изотонический коэффициент. Таким образом, для электролитов:
Физический смысл изотонического коэффициента: