Ионная связь.

В случае если ковалентная связь образуется между атомами, Электроотрицательность которых имеет большое различие. Электроотрицательность увеличивается в периодах с ростом заряда ядра и уменьшается в группах. В этом случае атомы ионизируются и удерживаются вместе за счёт электростатического взаимодействия ионов.

Ионная связь не насыщена, не направлена, её длина определяется расстоянием между ионами кристаллической решётки. Для соединений ионной связи характерны высокие температуры плавления, кипения, при стандартных условиях эти соединения находятся в кристаллическом виде.

Соединения с неполярной ковалентной связью не склонны к межмолекулярным взаимодействиям и в целом к взаимодействиям. Для их активизации необходимо разрушение, путём внешних воздействий. При стандартных условиях находятся в газообразных состояниях. Сходство ковалентной и ионной связи образуется за счет валентных электронов.

11)

Металлическая связь – это связь между атомами металлов осуществляемая за счёт всех валентных электронов атомов данной массы металла. Как и ковалентная данная связь осуществляется за счёт валентных электронов. Длина такой связи, её энергия не могут являться характеристикой связи, но по их величине можно судить по характеристикам кристаллической решётки металлов (например, расстояние между атомами или энергия кристаллической решётки). Металлическая связь не насыщена, не направлена т. к. ею связаны n-ное число атомов. Именно электроны, образовавшие металлическую связь, обуславливают физические и химические свойства металлов. Физические: электропроводность, теплопроводность, пластичность; химические: способность отдавать электроны (все металлы восстановители, но, безусловно, их восстановительные свойства для каждого индивидуальны и могут быть количественно оценены). Электролиты – это кислоты, основания, соли, в водных растворах которых присутствуют катионы и анионы, которые обуславливают их теплопроводность.

Ковалентная связь (атомная связь, гомеополярная связь) — химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары валентных электронных облаков. Обеспечивающие связь электронные облака (электроны) называются общей электронной парой.

Характерные свойства ковалентной связи — направленность, насыщаемость, полярность, поляризуемость — определяют химические и физические свойства соединений.

Направленность связи обусловлена молекулярным строением вещества и геометрической формы их молекулы. Углы между двумя связями называют валентными.

Насыщаемость — способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных связей. Количество связей, образуемых атомом, ограничено числом его внешних атомных орбиталей.

Полярность связи обусловлена неравномерным распределением электронной плотности вследствие различий в электроотрицательностях атомов. По этому признаку ковалентные связи подразделяются на неполярные и полярные.

Поляризуемость связи выражается в смещении электронов связи под влиянием внешнего электрического поля, в том числе и другой реагирующей частицы. Поляризуемость определяется подвижностью электронов. Полярность и поляризуемость ковалентных связей определяет реакционную способность молекул по отношению к полярным реагентам.

Электроны тем подвижнее, чем дальше они находятся от ядер.

12) Химическая реакция – это процесс в ходе, которого из одних веществ образуются другие.

аА+bB=cC+dD ,где

А, В – формулы исходных веществ,

C, D – формулы продуктов реакции,

a, b, c, d – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакций, подобранные в соответствии с законом сохранения масс реагирующих веществ (она отражает количество реагирующих веществ).

В ходе химических реакций происходит разрушение одних химических связей и образование других. На разрыв связи расходуется энергия, а при образовании – выделяется. В связи с этим любая химическая реакция сопровождается энергетическим эффектом. Т.е. выделением или поглощением энергии. Эта энергия может быть затрачена или получена в различных видах:

1. тепловой;

2. электрический;

3. световой (электромагнитное излучение).

Задачами термохимической динамики являются:

1. определение физических эффектов химических реакций, в частности тепловых;

2. изменение свободной энергии системы с целью оценки возможности протекания данной реакции при данных условиях.

Внутренняя энергия системы (U) – это общий запас энергии системы, включающий энергию поступательного и вращательного движения молекулы, энергию внутримолекулярных колебаний атома, энергию движения электронов в атоме, внутриядерную энергию, т. е. все виды энергии кроме кинетической энергии движения системы как целого и его потенциальной энергии. Внутренняя энергия является функцией состояния системы, U(P,V,T, ). Можно охарактеризовать состояние системы параметрами (P₁,V₁,T₁, ).

Процесс в ходе которого меняется хотя бы один из параметров называется термодинамическим процессом. И в ходе такого процесса изменяться внутренняя энергия системы P₂,V₁,T₁, .

Изменение внутренней энергии не зависит от пути перехода системы из первого состояния во второе, а зависит только от начального (U₁) и конечного (U₂) значения внутренней энергии. Если закрытая система переходит из состояния 1 в состояние 2, она обменивается с внешней средой теплотой и механической энергией, затрачиваемой механической работой.

Вну́тренняя эне́ргия тела (обозначается как E или U) — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Энтальпи́я, также тепловая функция и теплосодержание — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.

Проще говоря, энтальпия - это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенных температуре и давлении.

Если термомеханическую систему рассматривать как состоящую из макротела (газа) и поршня с грузом весом Р = p S, уравновешивающего давление газа р внутри сосуда, то такая система называется расширенной.

13) Энтропия (от греч. entropía - поворот, превращение), понятие, впервые введенное в термодинамике для определения меры необратимого рассеяния энергии. Энтропия широко применяется и в других областях науки: в статистической физике как мера вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния; в теории информации как мера неопределенности какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы. Эти трактовки Энтропия имеют глубокую внутреннюю связь. Например, на основе представлений об информационной Энтропия можно вывести все важнейшие положения статистической физики.

При протекании химической реакции кроме изменения энтропии самой системы необходимо учитывать её изменение в окружающей среде. Если систему и её окружение в совокупности рассматривать как единую изолированную систему, то, согласно второму закону термодинамики, для самопроизвольной химической реак­ции общее изменение её энтропии должно быть больше нуля:

DSобщ=DSсист+DSокр>0.

Как же вычислить изменение энтропии окружения? Удобнее всего выразить его через свойства системы. Если количество теплоты DQ передаётся от системы окружению при постоянной температуре Т, то изменение энтропии окружения можно рассчитать по формуле DSокр = DQокр /T. В то же время теплота, покинувшая систему и перешедшая в окружающую среду при постоянном давлении, равна тепловому эффекту реакции DH с обратным знаком, т. е. DQокр=-DHсист. Поэтому изменение энтропии окружения DSокр=-DНсист/T. Таким обра­зом, общее изменение энтропии можно выразить через свойства системы:

DSобщ=DSсист-DHсист/T>0.

14) aA+bB=cC+dD

Всякая химическая реакция обратима, т.е. может протекать как в прямом, так и в обратном направлении. Поэтому в реакционной смеси всегда присутствуют как исходные вещества, так и продукты реакции. Но отношение будет зависеть от условий, в которых находятся реагирующие вещества. Все реакции обратимы, но в определенных условиях они могут протекать в определенном направлении.

Термодинамика позволяет определить направление протекания данной реакции при данных условиях (при t=const и P=const). Самопроизвольно протекают процессы связанные с уменьшением свободной энергии системы. Исходя из этого, самопроизвольно могут протекать реакции в ходе, которых уменьшается свободная энергия системы. При экзотермической реакции теплосодержание уменьшается такие реакции должны идти самопроизвольно ( ), однако данный критерий не является единственным. Изменение свободной энергии определяется также величиной ещё одной термодинамической функции – энтропией. Можно привести пример реакций, которые являются экзотермическими, но самопроизвольно не протекают.

Термином «свободная энергия» обозначают один из двух термодинамических потенциалов:

Свободная энергия Гельмгольца, — в этом значении термин обычно употребляется в физике.

Свободная энергия Гиббса, — в этом значении термин обычно употребляется в химии и физической химии.

15) Термохи́мия — раздел химической термодинамики, в задачу которой входит определение и изучение тепловых эффектов реакций, а также установление их взаимосвязей с различными физико-химическими параметрами. Ещё одной из задач термохимии является измерение теплоёмкостей веществ и установление их теплот фазовых переходов.

Закон Гесса

Основная статья: Закон Гесса

В основе термохимических расчётов лежит закон Гесса: Тепловой эффект (∆Н) химической реакции (при постоянных Р и Т) зависит от природы и физического состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания.

Следствия из закона Гесса:

Тепловые эффекты прямой и обратной реакций равны по величине и противоположны по знаку.

Тепловой эффект химической реакции (∆Н) равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ, взятых с учётом коэффициентов в уравнении реакции (то есть помноженные на них).

Закон Гесса может быть записан в виде следующего математического выражения:

.

С помощью закона Гесса можно рассчитать энтальпии образования веществ и тепловые эффекты реакций, которые невозможно измерить экспериментально.

[править]

Закон Кирхгофа

Основная статья: Закон Кирхгофа (химия)

Закон Кирхгофа устанавливает зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры: температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции равен изменению теплоёмкости системы в ходе реакции. Закон Кирхгофа лежит в основе расчёта тепловых эффектов при разных температурах.