Тема: Периодический закон Д.И. Менделеева. Химическая термодинамика и кинетика

Лекция №12

Разработал

Либеральные, консервативные и антидемократические политико-правовые доктрины в ХХ веке.

Политико-правовые идеи национально-освободительных движений.

Развитие реформистского, центристского и революционного направлений в марксизме.

 

 

Начальник кафедры государственно-

правовых дисциплин

кандидат юридических наук

подполковник внутренней службы П.А. Чебоксаров

”______” _______________ 200_ года

План:

1. Периодический закон и периодическая система элементов.

2. Классификация химических реакций

3. Катализ и катализаторы.

4. Химическое равновесие. Смещение химического равновесия.

 

I. Д.И. Менделеев первым заметил, что химические свойства элементов периодически повторяются в порядке возрастания их масс, через определенные интервалы. Это открытие он сформулировал в виде периодического закона: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».

Д.И. Менделеев расположил «интервалы элементов» один под другим и получил т.о. графическое изображение периодического закона. ПС состоит из 7 периодов, 10 рядов и 8 групп.

Периоды – горизонтальные ряды химических элементов, расположенных в порядке возрастания их порядковых номеров и начинающийся щелочными металлами, а заканчивающийся инертными газами, «N» периода указывает на количество энергетических уровней.

Порядковый номер – цифра, которая бала дана Менделеевым каждому элементу.

Группы – вертикальные ряды элементов, имеющих одинаковое количество валентных электронов. Номер группы указывает на число валентных электронов.

Подгруппы – это вертикальные ряды элементов, имеющих одинаковое строение внешнего уровня. Различают 2 вида подгрупп: главные, состоящие из элементов малых и больших периодов; побочные – состоящие из элементов только больших периодов.

В таблице четко проявляются следующие закономерности:

1. В периодах в увеличении порядковых номеров валентность элементов в высших оксидах увеличивается от 1 до 8, причем именно номер группы показывает величину валентности; валентность в летучих водородных уменьшается от 4 до 1.

2. Металлические свойства в периодах ослабевают, переходят в амфотерные, а затем в неметаллические, которые увеличиваются.

3. Номер группы соответствует количеству электронов на внешних уровнях у элементов главных подгрупп.

4. Побочные подгруппы и четные ряды больших периодов состоят только из металлов.

5. В группах с увеличением порядкового номера и радиусов атомов металлические свойства усиливаются, а не металлические ослабевают. Т.о. свойства химических элементов зависят больше от порядкового номера, чем от атомной массы, поэтому современная формулировка ПЗ звучит так: «Свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер».

На основе строения атома можно объяснить периодичность изменения свойств элементов:

1. В периодах идет плавное ослабление металлических свойств, потому что постепенно идет накопление электронов на один и тот же энергетический уровень. При переходе от одного периода к другому идет резкая смена свойств от энертных газов к щелочным металлам, потому что появляется новый энергетический уровень.

2. В группах увеличивается радиусы атомов, поэтому увеличиваются металлические свойства и уменьшаются неметаллические.

3. В периодах с увеличением порядковых номеров уменьшаются радиусы атомов.

4. У атомов металлов на внешних уровнях 1, 2 или 3 электрона, поэтому в химических реакциях они свои электроны отдают, превращаясь в положительно заряженные ионы, но с завершенными внешними уровнями.

Способность атомов электронов принимать недостающие электроны до завершения внешнего уровня, называется электроотрицательностью.

II.. Химическими реакциями называются химические явления, характеризующиеся изменением состава и свойств веществ.

Химические реакции характеризуются следующими признаками:

· выделение газа

· образование осадка

· выделение тепла

· изменение окраски раствора.

В основе классификаций химических реакций чаще всего лежит изменение числа исходных и образующихся после реакции веществ:

1.Реакция разложения – это такие реакции, в результате которых из одного вещества образуются несколько новых веществ.

2.Реакция соединения – химические реакции, в результате которых из двух или нескольких веществ образуется одно новое вещество.

3.Реакции замещения – такие реакции в ходе которых число исходных веществ не изменяется и происходит замещение составной части сложного вещества другим веществом.

4. Реакция обмена – химические реакции, в процессе которых молекулы двух веществ обмениваются своими составными частями, образуя молекулы двух новых соединений. В этом случае число вступивших в реакцию веществ равно числу образовавшихся соединений.

Характерной особенностью химических реакций является то, что они сопровождаются выделением или поглощением энергии. Протекание реакций связано с разрывом одних химических связей и возникновением других.

Химические реакции, сопровождающиеся выделением тепла, называется экзотермическими, а реакции, протекающие с поглощением тепла – эндотермическими.

В биохимии часто используется теплота сгорания в расчете на один грамм. При полном окислении 1г углеводов выделяется 4,1 ккал = 17,1 кДж, 1г белков = 4,1 ккал= 17,1 кДж, 1г жиров = 9,3 ккал = 38,8 кДж.

По направлению химические реакции делят на:

· обратимые – протекающие в двух взаимно противоположных направлениях.

· необратимые – идущие в одном направлении и завершающиеся полным превращением исходных реагирующих веществ, в конечные вещества.

Необратимыми называются такие реакции, при протекании которых:

1.Образующиеся продукты уходят из сферы реакции – выпадают в виде осадка, выделяется в виде газа.

2.Образуется малодиссоциированное соединение.

3.Реакция сопровождается большим выделением энергии, например горение магния.

Все химические реакции можно разделить на два типа:

1.Идущие без изменения степени окисления.

2.Идущие с изменением степени окисления элементов, т.е. окислительно - восстановительные – это совокупность процессов окисления и восстановления

Окисление называется процесс отдачи электронов атомом молекулой или ионом

Атом, молекула или ион, отдающие электрон – восстановители.

Восстановлением называется процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом.

Атомы, молекулы и ионы, принимающие электрон – окислители.

В ходе химической реакции ее скорость меняется. В начале процесса скорость реакции наибольшая, а затем она резко уменьшается. Это связано с тем, что в начале реакции концентрация реагирующих веществ наибольшая, а следовательно, наибольшая и вероятность соударений молекул реагирующих веществ. По мере того как исходные вещества превращаются в продукты реакций, концентрация этих веществ уменьшается, а вместе с ней уменьшается и вероятность столкновений реагирующих молекул.

Скорость химических реакций зависит от следующих факторов:

1.Гомогенные и гетерогенные реакции зависят от природы реагирующих веществ, а значит и скорость этих реакций тоже зависит от природы.

Гомогенные – взаимодействие веществ в одинаковом агрегатном состоянии (Н₂ и О₂ – оба газы).

Гетерогенные – взаимодействие веществ в разных агрегатных состояниях (Н₂ и S).

2.Площади соприкосновения реагирующих веществ. Например: скорость между соляной кислотой и одним кусочком железа меньше, чем этим же кусочком, но раздробленным на мелкие части.

3. Концентрации реагирующих веществ. Причем эта зависимость прямо пропорциональная.

4. Температуры. Эта зависимость была отражена Вант-Гоффом: увеличение или уменьшение температуры реагирующей смеси на каждые 10^о влекут за собой изменение скорости химической реакции в 2-4 раза.

5.Давления. Причем, чаще всего, для ускорения реакций давление повышается.

 

III. Большое влияние на скорость химической реакции могут иметь добавки некоторых веществ к реагирующей смеси.

Увеличит скорость реакции можно с помощью катализаторов. Применять катализаторы выгоднее, чем повышать температуру, тем более, что ее повышение далеко не всегда возможно.

Катализаторами называются вещества, изменяющие скорость химических реакций.

Явление изменения скорости реакции в присутствии катализатора называется катализом.

Одни катализаторы во много раз ускоряют химические реакции – положительный катализ, другие замедляют – отрицательный катализ.

Примерами положительного катализа могут служить получение Н₂SO₄, окисление NН₃ в НNО₃ с помощью платинового катализатора и др.

Примерами отрицательного катализа являются замедление взаимодействия раствора сульфата натрия с О₂ воздуха в присутствии С₂Н₅ОН.

Отрицательный катализ часто называют ингибированием, а отрицательные катализаторы, снижающие скорость реакции, -ингибиторами.

Химические реакции, протекающие при участии катализаторов, называют каталитическими.

Сам катализатор в реакциях не расходуется и в конечные продукты не входит.