- •Информационные материалы по ксе д.Е.1 .
- •Тема 1. История естествознания
- •Тема 2. Научный метод
- •Естественнонаучная и гуманитарная культура
- •Де.2. Физические концепции мира
- •5. Структурные уровни организации материи
- •Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
- •Фундаментальные взаимодействия
- •8. Пространство, время, принципы относительности
- •Принципы симметрии и законы сохранения
- •Положения и принципы квантовой механики
- •11. Динамические и статистические закономерности
- •12. Физика вселенной
- •Де 3. Концепции химии и геологии Химические системы и процессы
- •Концептуальные системы в химии учение о составе вещества
- •Учение о структуре вещества
- •Энергетика химических процессов. Принцип возрастания энтропии
- •Химическая кинетика. Реакционная способность веществ
- •Эволюционная химия
- •Строение Земли
- •Особенности биологического уровня организации материи
- •Уровни организации живой материи.
- •Происхождение жизни
- •Эволюция и развитие живых систем
- •Генетика и эволюция
- •Происхождение человека
- •Биосфера
Концептуальные системы в химии учение о составе вещества
Включает две важные проблемы: проблему химического элемента и проблему химического соединения.
Периодический закон химических элементов был сформулирован Д.И.Менделеевым и опубликован 1 марта 1869 г.
Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений находятся в периодической зависимости от величины атомных масс элементов (от величины заряда ядра).
Закон эквивалентов Рихтера (1793) – элементы взаимодействуют между собой не в произвольных, а в строго определенных количествах, сохраняющихся в виде неизменных пропорциональных чисел при переходе от одного сложного тела к другому.
Такая упорядоченность иначе называется стехиометрией.
Закон постоянства состава Пруста – вне зависимости от способа получения химические индивидуальные сложные тела имеют постоянный состав.
Учение о структуре вещества
Структурная химия – уровень развития химических знаний, на котором главенствующую роль играет структура молекулы реагента.
Теория химического строения органических веществ была разработана А.М.Бутлеровым. В Теории показывается, что соединение атомов в молекулы происходит в соответствии с их валентностью. Центральная идея данной теории состоит в том, что свойства веществ зависят не только от того, атомы каких элементов и в каких количествах входят в состав молекулы, но и от последовательности соединения атомов в молекулы, от их взаимного влияния друг на друга.
Энергетика химических процессов. Принцип возрастания энтропии
Учение о химических процессах – это область науки, изучающая вопросы возможности протекания химической реакции, направление протекания и скорость химической реакции.
Включает в себя два учения: химическая термодинамика и химическая кинетика.
Химическая термодинамика.
Внутренняя энергия вещества – форма энергии, скрытая в веществах и освобождающаяся при химических, а также при некоторых физических процессах. Складывается из энергии кинетической и потенциальной.
Эзотермические реакции – реакции, протекающие с поглощением энергии.
Эндотермические реакции – реакции, протекающие с поглощением энергии.
Теплота образования – количество теплоты, которое выделяется при образовании одного моля соединения из простых веществ.
Закон Гесса (1840) – тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.
Закон сохранения энергии или 1-ый закон термодинамики – общая энергия изолированной системы остается постоянной не зависимо от каких-либо изменений, происходящих в этой системе.
Три следствия из этого закона:
- изохорический процесс протекает при постоянном объеме. В этом случае вся теплота расходуется на увеличение внутренней энергии системы;
- изотермический процесс протекает при постоянной температуре. В этом случае внутренняя энергия системы не изменяется. Вся сообщаемая теплота расходуется на работу по расширению системы.
- изобарический процесс протекает при постоянном давлении.
Для характеристики этого процесса была введена величина – энтальпия – тепловая энергия, затраченная (или выделившаяся) при образовании вещества.
Энтальпия – функция состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии S и давление p, связано с внутренней энергией U соотношением H = U + pV, где V – объем системы. При постоянном р изменение энтальпии равно количеству теплоты, подведенной к системе, поэтому энтальпию называют тепловой функцией или теплосодержанием. В состоянии термодинамического состояния (при постоянных р и S) энтальпия системы минимальны.
Экзотермические реакции сопровождаются уменьшением энтальпии. Эндотермические реакции – возрастанием энтальпии.
В химической термодинамике существуют два фактора, определяющие самопроизвольное протекание химических процессов:
1. Тенденция к достижению минимума внутренней потенциальной энергии. Согласно этому фактору химические процессы должны самопроизвольно протекать в направлении уменьшения внутренней энергии системы, т.е. в направлении, отвечающем положительному тепловому эффекту реакции или в направлении уменьшения энтальпии.
2. Тенденция к достижению наиболее вероятного состояния системы. Для характеристики наиболее вероятного состояния используют величину энтропия – мера беспорядка в системе. Наименьшую энтропию имеют идеально построенные кристаллы при абсолютном нуле, с увеличением температуры энтропия всегда увеличивается, так как увеличивается интенсивность движения частиц, а следовательно растет число способов их расположения. Увеличивается она также и при переходе вещества из кристаллического состояния в жидкое, а из жидкого в газообразное. В химических процессах энтропия изменяется при изменении числа молекул газов: увеличение числа газовых молекул приводит к возрастанию энтропии, снижение – к ее уменьшению. Для отражения совместного влияния указанных двух тенденций используется величина энергии Гиббса (G или ∆G)
∆G = ∆ Н – Т ∆S
Самопроизвольно могут протекать только те реакции, за счет энергии которых можно совершать полезную работу, т.е. в сторону уменьшения энергии Гиббса. Из этого следует, что при низких температурах могут самопроизвольно протекать экзотермические реакции, а при высоких температурах – реакции, сопровождающиеся увеличением энергии.