Размещено на http://www.Allbest.Ru/

ХИМИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ ПРИРОДЫ

Химические системы, энергетика химических процессов, реакционная способность веществ

Химия – наука, изучающая превращения веществ, сопровождающихся изменением их состава и (или) строения. В конце XIX – начале XX в. важнейшим направлением химии стало изучение закономерностей химических процессов.

В главе 2 было показано, что существует природа «химизма», которая заключается во внутренних силах, объединяющих атомы в молекулы (или кристаллы) как единую квантово-механическую систему. Этими силами являются химические связи. Образованием химической связи сопровождается перестройкой электронных оболочек вступающих во взаимодействие атомов В результате того, что физика открыла природу «химизма» как обменного взаимодействия электронов или ионов, химия стала принципиально по-новому решать проблему химического соединения.

Химическое соединение возникает в результате синтеза исходных веществ, который крайне упрощенно можно выразить уравнением: А + В = С (А и В – исходные вещества, С – синтезированное вещество).

Основные законы классической химии

Исторически химические процессы рассматривались на основе учета основных законов классической химии, которые можно подразделить на две группы: 1) законы стехиометрии и 2) законы химического строения вещества.

Законы стехиометрии. К законам стехиометрии относятся:

1. Закон постоянства состава химически индивидуальных веществ: химически чистое соединение имеет одинаковый состав независимо от способа его получения (например, поваренная соль имеет одинаковый состав во всем мире).

2. Закон пропорциональности: весовые количества веществ, участвующих в тождественных химических процессах, всегда определены (например, для нейтрализации конкретного количества кислоты всегда требуется определенное количество щелочи).

Законы химического строения вещества относятся к органической химии, они включают следующие теории:

1. Теорию радикалов (Й. Берцелиус и др.): определенная группы атомов углерода и водорода (СН-радикалы) способна оставаться неизменной при всех химических реакциях.

2. Теорию химического строения (А.М. Бутлеров); сущность органических соединений определяются не наличием «радикалов», а химическим строением. Истинность теории подтверждается существованием изомеров – веществ, имеющих одинаковый состав, но разную структуру, а значит, и различные свойства.

3. Теорию типов (Ш. Жерар): для органических соединений свойственно не существование неизменных радикалов, а наличие нескольких типов соединений (типа воды, аммиака и др.). Органическое вещество получается в результате замещения в молекуле одного или нескольких (группы) атомов на другую группу атомов.

Энергетика химических процессов

При химической реакции выделяется или поглощается энергия, так как реакция сопровождается перестройкой энергетических уровней атомов или молекул веществ, участвующих в ней, и веществ, образующихся в ходе реакции. Вопросы энергетики химических процессов рассматриваются в разделе химии, называемом химической термодинамикой, и ее частным разделом – термохимией.

Выделение или поглощение энергии в процессе химической реакции зависит от соотношения количества энергии, затраченной на разрыв или возбуждение химических связей исходных веществ, и энергии, выделяющейся в результате образования новых химических связей в продуктах реакции. химический реакция шателье катализатор

Энергия, образующаяся или поглощающаяся в результате химических реакций, может выделяться или поглощаться в разных формах, но, конечно, в эквивалентных количествах. Так, например, фотохимические процессы при фотографировании протекают с поглощением квантов лучистой энергии галоидами серебра и, наоборот, можно построить источник когерентного излучения – лазер, работающий на энергии химических реакций.

Затрачивая электрическую энергию, можно выделять нужные вещества из растворов или расплавов путем электролиза, с другой стороны, можно получить электрическую энергию за счет химических реакций, протекающих в гальванических элементах или аккумуляторах.

Чаще всего в результате химических реакций выделяется или поглощается тепловая энергия. Для таких реакций справедливы следующие законы термохимии.

Первый закон термохимии (Лавуазье и Лаплас, 1780-1984): тепловой эффект образования данного соединения и точности равен, но обратен по знаку тепловому эффекту его разложения.

Из закона Лавуазье-Лапласа следует невозможность построить вечный двигатель 1 рода, использующий энергию химических реакций.

Второй закон термохимии (Г.И. Гесс, 1840): тепловой эффект химической реакции не зависит от характера и последовательности отдельных ее стадий и определяется только начальными и конечными продуктами реакции и их физическим состоянием.

Утверждение закона Гесса о том, что тепловой эффект процесса зависит от его отдельных стадий и их последовательности, дает возможность рассчитывать тепловые эффекты реакций для случаев, когда их определить экспериментально или очень трудно, или вообще невозможно. Применение закона Гесса чрезвычайно расширило возможности термохимии, позволяя производить точные расчеты тепловых эффектов образования целого ряда веществ.

Химическая термодинамика, так же, как и общая термодинамика, основана на двух началах (законах). Первое начало представляет собой закон сохранение энергии, но он не указывает направления течения процесса химической реакции, ее возможность и полноту протекания, а это представляет собой основную задачу при исследовании любого процесса.

Изменение химической энергии зависит от условий протекания, поэтому развитие химических реакций, как и всех других процессов (например, тепловых), определяется вторым началом термодинамики и связано с ростом энтропии систем.