Тема 16. Процессы на химическом уровне организации материи

Химический процесс – последовательная смена состояний вещества; изменения, при которых в результате взаимодействия не менее двух исходных веществ (химической реакции) появляются одно или не­сколько других веществ, отличающихся от первоначальных составом, структурой и свойствами. Учение о химическом процессе представляет собой исследование термодинамических и кинетических закономерностей протекания химических процессов, таких как температура, давление, скорость протекания реакций, строение и состав молекул исходных реагентов и некоторые другие

Реакционная способность вещества – химическая активность отдельных фрагментов молекулы – ато­мов, атомных групп и даже отдельных химических связей; реакционная способность веществ зависит от их состава, структуры реагирующих молекул и внешних воздействий.

Химическая реакция – процесс превращения одних веществ в другие в результате столкновения молекул с большой энергией, что приводит к приводит к "молекулярной аварии". К условиям протекания химических процессов относятся прежде всего термодинамические факторы, характеризующие зависимость реакций от температуры, давления и некоторых других условий. Скорость реакции зависит от а) природы реагирующих веществ, б) концентрации реагирующих веществ, что связано с частотой столкновений реагирующих молекул (закон действующих масс для веществ в растворенном состоянии и газов); в) температуры (правило Вант-Гоффа); увеличение температуры приводит к значительному увеличению скорости химической реакции, поскольку увеличивается величина энергетического барьера, соответствующего энергии активации; г) площади поверхности реагирования; д) катализаторов.

Химическая термодинамика – направлении в химии, в которой обоснованы законы, устанавливающие зависимость направления химической реакции от изменения температуры и теплового эффекта реакции.

Химическая кинетика – отрасль химической науки, в которой изучаются скорость химических реакций, их механизм и условия протекания.

Теплосодержание (химическая энергия) – мера энергии, накапливаемой веществом при его образовании; теплосодержание иногда назьгеают химической энергией, так как его величина тесно связана с химическим составом вещества.

Тепловой эффект химической реакции равен разности между теплосодержанием ее продуктов ; измеряя количество энергии, вы­деляющейся при реакции можно судить об изменении внутренней энергии системы, что измеряется в килоджоулях на моль (кДж/моль).

Закон Гесса – основной закон термохимии, который гласит, что тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояния вещества и не за­висит от промежуточных стадий процесса; этот закон позволяет вычислить тепловой эффект реакции в тех случаях, когда его непосредственное измерение почему-либо неосуществимо.

Экзотермические ре­акции – химические реакции, протекающие с выделением энергии (обычно в виде тепла и света), поскольку теплосодержание реагирующих веществ больше, чем у продуктов реакции.

Эндотермические реакции – химические реакции, протекающие с поглощением энергии, поскольку теплосодержание продуктов реакции больше, чем у реагирующих веществ; в этих реакциях идет повышение внутренней энергии системы за счет притока тепла.

Закон действующих масс – закон в химической кинетике, выражающий зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ (реагентов), согласно которому при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ.

Принцип Ле Шателье – принцип (правило) подвижного химического равновесия (Ле Шателье, 1884), выражающее влияние изменений внешних воздействий на направление смещения равновесия, согласно которому если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказывается внешнее воздействие (изменяется температура, давление или концентрация компонентов системы), то положение равновесия химической реакции смещается в ту сторону, которая ослабляет данное воздействие.

Правило Вант-Гоффа – правило в химической кинетике (Я.Вант-Гофф, 1884), выражающее влияние температуры на скорость химической реакции, согласно которому при повышении температуры на каждые 10 С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.

Катализ – ускорение химической реакции в присутствии особых веществ – катализаторов, которые взаимодействуют с реагентами, но в реакции не расходуются и не входят в конеч­ный состав продуктов.

Катализатор – вещество, увеличивающее скорость химической реакции; в реакции не расходуется и в конечный состав продукта не входит. Присутствие катализатора увеличивает сворость реакции, поскольку происходит снижение энергии активации и большее число молекул может преодолеть более низкий энергетический барьер.

Ферменты (от лат. fermentum – закваска) – биологические катализаторы, присутствующие во всех клетках, имеющие белковую природу и ускоряющие биохимические реакции; известно более 1000 ферментов, и каждый из них действует сугубо избирательно только на определенную реакцию, не затрагивая иные; ферменты играют исключительную роль в биологических процессах и технологии веществ растительного и животного происхождения, а также в медицине.

Равновесие – состояние, в котором свойства системы, определенные экспериментально, не претерпевают дальнейшего изменения даже по истечении определенного промежутка времени; равновесие характеризуется постоянством макроскопических свойств и может осуществляться только в замкнутой системе, содержащей постоянное количество вещества при постоянной температуре. Кинетическим условием состояния равновесия выступает равенство скоростей прямого и обратного микроскопических процессов в системе. Факторами, влияющими на состояние равновесия, являются концентрация (реагирующих веществ или продуктов реакции) и температура; катализаторы, повышающие скорости реакции, однако, не изменяют состояния равновесия, т.к. оказывают одинаковое влияние на скорости прямой и обратной реакций.