Билет №1

Объясните природу металлической связи. Какие свойства металлов обусловлены этим типом связи?

Металлическая связь— связь между положительными иона­ми в кристаллах металлов, осуществляемая за счет притяжения электронов, свободно перемещающихся по кристаллу. В соот­ветствии с положением в периодической системе атомы металлов имеют небольшое число валентных электронов. Эти электроны достаточно слабо связаны со своими ядрами и могут легко отры­ваться от них. В результате в кристаллической решетке металла появляются положительно заряженные ионы и свободные элек­троны. Поэтому в кристаллической решетке металлов существует большая свобода перемещения электронов: одни из атомов будут терять свои электроны, а образующиеся ионы могут принимать эти электроны из «электронного газа». Как следствие, металл представляет собой ряд положительных ионов, локализованных в определенных положениях кристаллической решетки, и большое количество электронов, сравнительно свободно перемещающихся в поле положительных центров. В этом состоит важное отличие металлических связей от ковалентных, которые имеют строгую направленность в пространстве.

Металлическая связь отличается от ковалентной также и по прочности: ее энергия в 3-4 раза меньше энергии ковалентной связи.

Энергия связи — энергия, необходимая для разрыва хими­ческой связи во всех молекулах, составляющих один моль ве­щества. Энергии ковалентных и ионных связей обычно велики и составляют величины порядка 100-800 кДж/моль.

Металлы объединяют свойства, имеющие общий характер и отличающиеся от свойств других веществ. Такими свойствами являются сравнительно высокие температуры плавления, способ­ность к отражению света, высокая тепло- и электропроводность. Эти особенности обязаны существованию в металлах особого вида связи — металлической связи.

Скорость химической реакции.

Химическая кинетика. Скорость химической реакции.

Скорость химической реакции (v) характеризуется изменением концентрации реагирующих веществ (моль/л или моль/см3) в единицу времени (сек., мин., ч.).

Для гомогенной (однородной) системы скорость химической реакции измеряется количеством веществ, вступивших в реакцию или образовавшихся в результате реакции за единицу времени в единице объема системы. Для гетерогенной системы скорость химической реакции измеряется количеством веществ, вступивших в реакцию или образовавшихся в результате реакции за единицу времени на единице поверхности раздела фаз.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции

Природа реагирующих веществ (характер связи в молекулах реагентов);

Концентрация реагентов;

Температура;

Катализатор;

Давление (для газов);

Излучение (ИК-, УФ-, рентгеновское, радиоактивное и др.);

Площадь поверхности раздела фаз (для гетерогенных реакций).

Влияние концентрации реагирующих веществ выражается законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции, протекающей в однородной среде, пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степени их стехиометрических коэффициентов.

Например, для обратимой гомогенной реакции, выражающейся уравнением

aA + bB ↔ cC + dD,

в соответствии с законом действия масс, можно записать выражение скорости прямой и обратной реакций:

Vпр = k1·CaA·CbB и Vобр = k2·CсС·CdD

где k1 и k2 – константы скоростей прямой и обратной реакций.

Физический смысл константы скорости заключается в том, что она показывает численное значение скорости химической реакции, с которой реагируют вещества при их концентрации (или произведении концентраций), равной единице. Константа скорости реакции зависит от природы реагентов, температуры, наличия катализатора, но не зависит от концентрации реагентов.

Суха теория. Посмотрим, как это применяется на практике.

Обычно вы находите в билете что-нибудь вроде этого (придумываю из головы):

Дана газофазная реакция 2А + 3B → D + 4C

Как изменится скорость реакции если концентрацию вещества А уменьшить в 2 раза, концентрацию вещества B увеличить в 1,5 раза, а концентрацию вещества D уменьшить в 4 раза?

Во-первых, без паники. Обозначаем скорость с начальными концентрациями - r1, а скорость с изменившимися r2. Тогда все, что нам нужно найти, это отношение r2 к r1.

Вводим обзначение: k будет константой скорости. Поскольку температура не меняется, катализатор не добавляется, и вообще, ничего об этом не сказано, считаем, что k остается неизменным.

Записываем кинетическое уравнение для первого случая.

r1 = k·[A]2­­·[B]3

Что я сделал? Взял концентрацию каждого реагента (важный момент: брать нужно только газофазные реагенты, у нас они все газофазные по условию), возвел в степень коэффициента, который стоит перед веществом в уравнении реакции, перемножил, умножил на константу скорости - все.

Как видно, вещество D вообще не при делах, я его ввел, чтобы вас запутать. Берем только реагенты, если речь идет о прямой реакции, и только продукты, если речь идет об обратной.

Танцуем дальше.

Повторим процедуру для изменившихся концентраций. Важно: коэффициенты, они же степени, не меняются.

r2 = k·([A]/2)2­·(1,5[B])3

Раскрываем скобки:

r2 = k·0,25[A]2­·3,375[B]3

r2 = 0.84375k·[A]2­[B]3

Очевидно, что скорость реакции уменьшилась в 1/0,84375 = 1,185 раза.

Билет №2

Дайте определение понятиям валентность и степень окисления.

Валентность – свойство атома данного элемента присоединять элементы или замещать определённое число атомов другого элемента. Под валентностью химического элемента также понимают способность его атомов образовывать химические связи в соединениях. Количественно валентность определяется числом химических связей, образованных атомом.

Валентность – сложное понятие. Оно формировалось одновременно с понятием химической связи. Первоначально валентность элементов измеряли по водороду (валентность которого принимали за единицу), т.е. по числу атомов водорода, присоединяемых или замещаемых атомом данного элемента. Если элемент не образует соединения с водородом, но соединяются с кислородом, валентность элемента определяли по его кислородным соединениям (принимая валентность кислорода равную двум). Кроме того, валентность элемента определяют по отношению к другим элементам, валентность которых известна. Валентность можно выразить и другими способами, например числом химических связей, образуемых атомом одного элемента (ковалентностью), или числом атомов, непосредственно окружающих данный атом (координационное число).

Позднее валентность стали подразделять на положительную и отрицательную. Числовое значение положительной валентности элемента равно числу отданных атомом электронов, а отрицательной валентности – числу электронов, которые атом должен присоединить для завершения внешнего энергетического уровня. Стоит отметить что валентность не имеет ничего общего с электрическим зарядом. Со временем понятие валентности расширилось, оно стало указывать и природу химических связей между атомами в их соединении. В соединениях с ионной (или электровалентной) связью валентность равна числу электронов, отданных или присоединённых атомом при превращении его в ион. В соединениях с ковалентной связью валентность определяется числом электронов, которые атом отдаёт для образования общих электронных пар.

Степень окисления. Из приведённых определений следует, что степень окисления выражает величину электрического заряда и основывается на предположении о принадлежности электронов в каждой связи в молекуле или ионе более электроотрицательным атомам. Степень окисления может иметь отрицательное, положительное и нулевое значение. Отрицательное значение степени окисления будет у тех атомов, которые приняли электроны от других атомов. Положительное значение степени окисления имеют атомы, отдающие свои электроны другим атомам. Также степень окисления может быть выражена дробным числом

Значение степени окисления определяется числом электронов, смещенных от атома данного элемента к атому другого элемента. Нужно помнить, что: -степень окисления как у свободных атомов, так и у атомов, входящих в состав неполярных молекул, например: H2, O2, Cl2, F2, Br2, I2, N2 и т.д. равна нулю; -в соединениях сумма значений степеней окисления равна нулю. Это позволяет вычислить степень окисления данного химического элемента, если известны степени окисления других химических элементов в данном соединении.