- •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
Топливные элементы.
Топливные элементы – это такие источники тока, в которых образование тока происходит за счёт окисления топлива на аноде и восстановления его на катоде.
КПД 25%.
75% энергии рассеивается.
Схема водородно-кислородного топливного элемента
(-) Pt,Ni H2 |
КОН 30 – 40% |
O2,NiPt(+) Пористые угольные электроды. |
Ан. пр.: 2H2+ 4OH= 4H2O+ 4e
Кат. пр.: О2+ 2H2O+ 4e→ 4OH
Т. О. Р. Н2+ ½ О2=H2O
1,23 В КПД = 83%
В одном из простейших топливных элементов происходит поглощение Н2и О2в присутствии щелочного раствора. Газы поступают в элемент сквозь пористые угольные электроды. В качестве окисляемых на аноде веществ можно применять газообразные углеводороды, а кислорода, содержащегося в воздухе вполне достаточно для обеспечения катода электродным веществом.
Создан и биологический топливный элемент, в котором используются ферменты и мембраны, обладающие селективной проницаемостью для анионов и катионов.
В одном из вариантов такого элемента фермент гидролизирует анод, разлагая на ионные составляющие.
R CONH2 + H2O → RCOO + NH4
Селективная мембрана представляет собой твёрдое, пористое вещество, на внутренней стороне которого находятся фиксированные ионы, позволяющие диффундировать сквозь поры лишь ионам противоположного знака.
Тема 2. Строение вещества
2.1.1. Строение атома. Квантово-механическая модель атома. Принцип Паули, правило Хунда. Строение многоэлектронных атомов. Периодическая система Д.И. Менделеева и изменение свойств элементов и их соединений.
Атом на протяжении долгого времени считался неделимым, однако в конце 18
века ряд ученых высказали предположение о сложном строении атома.
Только в конце IX века были сделаны исторические открытия,
подтверждающие сложность строения атома:
В числе открытий следует назвать:
1) Открытие периодического закона и создание периодической системы
элементов (Д.И. Менделеев, 1869г.).
2)Открытие электрона Д.Д. Томсоном при исследовании катодных лучей в разрядной трубке (1897г.). Квантовые числа.
Поведение электрона в атоме описывается набором значений четырех
квантовых чисел.
1) Главное квантовое число n
Определяет удаленностью атомной орбитали от ядра или общую энергию
электронов на данном уровне.
n - положительное целое число от 1,2,3... до ∞ (пока до 7)
Физический смысл: n - соответствует номеру периода. Уровень в атоме.
2) Орбитальное квантовое число e
Определяет форму электронного облака, зависит от n - главного квантового
числа. Принимает значение – от 0 до (n-1). Принято обозначать e = 0,1,2,3,4 буквами s,p,d,f соответственно.
Согласно теоретическим данным s-орбитали имеют форму шара.
модель s- электронного облака
р- орбитали - форму гантелей (возможны 3 ориентации облака mе= -1 0 +1. Оси трех соответствующих гантелеобразных орбиталей направлены под углом 90° друг к другу.
d- и f- электронные облака имеют более сложные формы;
Физический смысл- указывает на число подуровней в энергетическом уровне.
3) Магнитное квантовое число me - магнитный момент всех электронов, принимает целочисленные значения от - e до +e. Характеризует разрешенные ориентации электронного облака в пространстве.
Для s подуровней – одна АО для p – три АО
Для d- пять АО для f – семь АО
Физический смысл- число орбиталей.
Три первых квантовых числа имеют строго определенные значения.
4) Спиновое квантовое число ms - собственный магнитный момент
электрона.
Электрон обладает еще одним видом движения - движением вокруг своей оси, называемым спином. ms принимает 2 значения ±1/2 (вращается по часовой стрелке и против нее).
Основные положения распределения электронов в атоме.
1) Правило Паули (швейцарский физик 1925 г)
В атоме не могут быть даже двух электронов с одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел.
Два электрона должны отличаться, по крайней мере, значениями одного квантового числа.
Для Не два электрона имеют следующие значения квантовых чисел. Для первого электрона n = 1 l = 0 mе = 0 ms +
Для второго электрона n = 1 l = 0 mе = 0 ms -
Правило Паули показывает, что на каждой атомной орбитали (АО) не может быть больше двух электронов:
Два электрона, находящиеся на одной орбитали, называются спаренными.
2)Принцип наименьшей энергии
В атоме каждый электрон стремится занять положение, соответствующее минимальному значению энергии, что отвечает наибольшей связи его с ядром. Поэтому электрон не будет занимать выше лежащий уровень, если в нижележащем есть место.
рис. 6.1 Примерная схема относительного расположения энергетических подуровней в многоэлектронных атомах
таблица 6.1 Квантовые числа в оболочках с n от 1 до 4
Заполнение электронами энергетических уровней и подуровней идет в следующей последовательности ( рис. 6.1, табл. 6.1).
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6
Правило Гунда (устанавливает порядок заполнения на подуровне).
Электроны в пределах подуровня располагаются так, чтобы суммарное спиновое число было максимальным.
Следовательно, электроны в пределах подуровня располагаются каждый в отдельной ячейке в виде не спаренных электронов, и только после того, когда каждая ячейка в пределах подуровня будет занята электроном, электроны с противоположным спином спариваются.
Расположение трех электронов на p- подуровне
Расположение четырех электронов на p– подуровне
Электронные формулы.
Порядковый номер элемента соответствует заряду ядра. – Закон Мозли 1925г.
Ti22 1s22s22p63s23p63d24s2 4s23d2
Ge32 1s22s22p63s23p64s23d104p2 4s24p2
В краткую электронную форму входят электроны внешнего и незаполненного предвнешнего.
Из общего правила расположения электронов по энергетическим уровням исключение составляют атомы порядковым номером: 24,29,47,79,78,41,42,46.
Cr24 1s22s22p63s23p64s23d4
3d44s2 3d104s1
Cu29 1s22s22p63s23p64s23d9
3d94s2 3d104s1
Такие атомы называются атомами с аномальной структурой.
Атомы со структурой, близкой к d5,d10,f7,f14склонны проявлять аномальное строение, которое заключается в провале электронов с внешнего уровня на предвнешний. Атомы, с наполовину заполненными и полностью заполненнымиd- иf- подуровнями, считаются устойчивыми.