Шпаргалка по «Химии»

13.Теория молекулярных  орбиталей (МО) дает представл.о распредел.электр.плотности и объясняет свойства молекул.В этой теории квантовомеханические зависимости для атома распространены на более сложную систему — молекулу.Молекула рассматр.как целое,а не как совокупность сохранивших индивидуальность атомов.В молек.(как и в атоме)им.дискретные энергетические состояния отдельных эл.(молекулярные орбитали)с их самосогласованным движ.в поле друг друга и всех ядер молекулы.Предполаг,что все эл.данной молекулы(как и в атоме)распределяются по соответствующ.орбиталям.Состояние эл.в атоме описывается одноэлектронной волновой функцией ψ,являющ.решением уравнения Шрёдингера.Волновая функция ψ, зависящая от четырёх квантовых чисел,имеющ.конкретный математический вид и удовлетворяющая условию нормировки и однозначн.назыв.молекулярной орбиталью(МО)(по аналогии с атомной).Кажд.орбиталь хар-ся своим набором квантовых чисел,отражающих свойства эл.в данном энергетическом состоянии.В отличие от одноцентровых орбиталей атомов,орбитали молекул многоцентровые,т.е.молекулы им.общие орбитали для2-х или более атомных ядер.Каждая молекулярна.орбиталь обладает определённой энергией, приближённо характеризующейся соответствующ.потенциалом ионизации.По аналогии с атомными s-, p-, d-, f- орбиталями молекулярные орбитали обознач.греческими буквами σ-, π-, δ-, γ-. МО образ.при комбинировании атомных орбиталей при достаточном сближении.Совокупн.МО молекулы с указанием её типа и кол-вом эл.на ней даёт электронную конфигурацию молекулы.Сущ.3 типаМО: связывающие,разрыхляющие и несвязывающие.Эл.на связывающ.МО упрочняют связь,на разрыхляющих как бы дестабилизируют(расшатывают).Молекула является устойчивой лишь в том случае,если число эл.на связывающ.орбиталях превышает число эл.на разрыхляющих.Эл,нах.на несвязывающих МО,участия в образовании химич.связи не принимают.Из n исходных атомных орбиталей возникает n МО.Так,при образ.двухатомной молекулы H2 из атомов Н из s-орбиталей 2-х атомов Н возникают 2двухцентровые МО—одна энергетич.более выгодная,другая менее выгодная,чем исходные атомные орбитали.На связывающей МО электрон большую часть времени пребывает между ядрами(↑электронная плотность),способств.их химич.связыванию.На разрыхляющей же МО электрон большую часть времени нах.за ядрами,вызывая отталкивание ядер друг от друга.Характер распределения эл.по МО определяет порядок(кратность)связи,её энергию,межъядерные расстояния(длина связи),магнитные свойства молекул и др. Заполнение молекулярных орбиталей подчиняется тем же правилам,что и заполнение атомных:принципу энергетической выгодности.В общепринятом приближении молекулярная орбиталь рассматр.как линейная комбинация атомных орбиталей.

14. Химич.связь может возникнуть при электростатич.притяжении двух разноименных ионов-катиона и аниона,напр,K+ и I−. Перекрывание атомных орбиталей в этом случае незначительно,и электронная плотность распределена неравномерно,недостаток её будет у атома калия,а избыток-у атома иода.Ионную связь (K+)−(I−) рассматр. как предельный случай ковалентной связи.Общая пара эл.в случае ионной связи практически полностью смещена к аниону.Обычно это происходит в соединениях элементов с большой разностью электроотрицательности(напр,в соединениях CsF, NaBr, K2O, Rb2S, Li3N и др.).Все эти соединения при обычн.условиях представляют собой ионные кристаллы(кристаллы,построенные из катионов и анионов),напр.кристаллы иодида калия или хлорида натрия.В металлах валентные эл.удерживаются атомами крайне слабо и способны мигрировать.Атомы,оставшиеся без внешних эл., приобретают положит.заряд.Они образ.металлическую кристаллическую решётку.Совокупн.обобществлённых валентных эл.(электронный газ),заряженных отрицательно,удерживает положительн.ионы металла в определённых точках пространства-узлах кристаллической решётки,напр,металла серебро. Внешние эл.могут свободно и хаотично перемещаться,поэтому металлы хар-ся высокой электропроводностью(особенно золото,серебро,медь,алюминий) В тв.агрегатном сост.у в-в могут образов.не только ионные,но также молекулярные и атомные кристаллические решетки.Так тв.иод имеют молекулярную кристаллическую решетку,в узлах кот.нах.молекулы I2.  Аналогичн.образом построена кристаллич.решетка тв.диоксида углерода(сухой лед)-в узлах кристаллической решетки нах.молекулы CO2. Алмаз и графит-кристаллы с атомной решеткой,им.в узлах атомы углерода с разным расположением этих узлов в пространстве.При изучении многих в-в были обнаружены так называемые водородные связи.Водородная связь образ. за счёт сил электростатического притяжения водородсодержащих полярных молекул,содержащ.атомы наиболее электроотрицательных элементов - F, O, N. Межмолекулярное взаимодействие-взаимодействие между молекулами и атомами,не приводящ.к образованию ковалентных (химических) связей.Межмолекулярное взаимодействие имеет электростатическую природу.

15. Амо́рфные вещества́—конденсированное сост.в-ва,атомная структура кот.им.ближний порядок и не имеет дальнего порядка,характерного для кристаллических структур.В отлич.от кристаллов,стабильно-аморфные в-ва не затвердевают с образ. кристаллических граней и обладают изотропией свойств,т.е.не обнаруживают различия свойств в разных направл.Аморфные в-ва не им.определён.точки плавления: при повышении температуры стабильно-аморфные в-ва постепенно размягчаются и выше температуры стеклования(Tg переходят в жидк.сост.В-ва,обычно имеющие (поли-)кристаллическую структуру,но сильно переохлаждённые при затвердевании,могут затвердевать в аморфном состоянии,кот.при последующем нагреве или с течением времени кристаллизуется(в тв.сост.с небольшим выделением тепла).СОСТОЯНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ—состояние в-ва,когда слагающие его частицы(атомы,ионы,молекулы) занимают строго фиксированные положения по геометрическим законам пространственных гр. и соответственных решеток.В жидк.состоянии расстояние между частицами значительно меньше,чем в газообразном.Частицы занимают основную часть объема,постоянно соприкасаясь друг с другом и притягиваются друг к другу.Набл.некоторая упорядоченность частиц(ближний порядок).Частицы подвижны относительно друг друга.В жидкостях между частицами возникают вандерваальсовы взаимодействия:дисперсионные,ориентационные и индукционные. Небольшие группы частиц,объединенных теми или иными силами,назыв.кластерами.В случае одинаковых частиц кластеры в жидкости называются ассоциатами. В жидкостях при образовании водородных связей увеличив.упорядочение частиц.Однако водородные связи и вандерваальсовы силы непрочны–молекулы в жидк.сост.нах.в непрерывном хаотическом движении,которое получило название броуновского движения.

16. Понятие о скорости  химич.реакц.О принципиальн.осуществимости процесса судят по величине изменения энергии Гиббса системы.Однако эта величина ничего не говорит о реальной возможности протекания реакции в данных конкретных условиях,не дает никакого представления о скорости и механизме процесса.Напр,реакция взаимодействия оксида азота (II) с кислородом

  2 N0( г ) +  02 ( г ) =  2 N02 ( г )          DG0 298      = - 150 кДж/моль  проходит очень быстро  при комнатной температуре.В то время как реакция      2 H2 (г)    +  О2 (г) = 2 Н2О(г)         DG0298     =   - 476 кДж/моль хар-ся значительно большим уменьшением  энергии Гиббса,в обычных условиях не протекает,но в присутствии катализатора при t =7000С практически протекает мгновенно(со взрывом).Скоростью химической реакции называется изменение концентрации реагирующих в-в в единицу времени при неизменном объеме системы.  Скорость реакции может быть установлена лишь для определенного промежутка времени.Так,концентрация исходного в-ва в некоторый момент времени t1 равна  с1, в момент t2  – c2.,  то за промежуток времени  Dt = t2  - t1 изменение концентрации составит        D c  =  c2  - c1 . Скорость химической реакции зависит от многих факторов,среди которых:- природа и концентрация реагирующих в-в;  - температура; - давление(для реакций с участием газов ); - присутствие катализаторов; - среда(для реакций в растворах);  - интенсивность света(в фотохимических реакциях).Скорость гомогенной реакции определ.количеством в-ва,вступающего в реакцию или образующегося при реакции в единице объема системы.Скорость гетерогенной реакции определяется количеством вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени на поверхности фазы, напр, Fe + 2 HCl  =  FeCl2 +  H2 , реакция металла идет только на поверхности металла,только здесь соприкасаются друг с другом реагирующие в-ва.

17. Скорость химических  реакций сильно зависит от  температуры.При повышении температуры увелич.скорость движения молекул,возрастает число столкновений между ними и соответственно этому доля активных молекул. Все это обусловливает увелич.скорости химич.реакций с повышением температуры.Так, если осуществить синтез воды 2Н2 + О2 = 2Н2О, при t = 20оС,  ее  практически осуществить невозможно,чтобы она прошла на 15% потребуется  54 миллиарда  лет.При t = 500оС  - необходимо всего 50 минут.При t = 700оС  -  реакция происходит мгновенно.  Чем больше энергия активации,тем меньше активных молекул при данной температуре и тем медленнее идет реакция. Шведский ученый Аррениус предложил уравнение,выражающее более точно зависимость скорости реакции от температуры:    ,  где К –константа скорости реакции ;  А–предэкспоненциальный множитель,зависящий от числа столкновений молекул за единицу времени; е-основание натуральных логарифмов(е = 2,72 ) Еа – энергия активации;  R - универсальная газовая постоянная; Т-абсолютная температура.  Из уравнения видно,что чем больше энергия активации,тем меньше константа скорости реакции, т.е. тем меньше скорость реакции.В логарифмической форме  ln k = ln A – Eа/RT    Если известны константы скорости kT1 и kT2 при двух температурах Т1  и  Т2 можно найти значение Еа из уравнения Аррениуса в логарифмической форме:ln kT1 = lnA  – Eа/RT1  (1); ln kT2 = lnA - Eа/RT2   (2)  Из уравнения 2 вычитаем уравнение 1:

ln kT2  – ln kT1  =  -Eа/RT2 + Eа/RT1 ; ln kT2/kT1 = Eа/R(1/T1 - 1/T2) ;Из уравнения  Аррениуса видно,что поскольку Т входит в показатель степени,скорость химич.реакции очень чувствительна к изменению температуры.Напр,при повышении температуры на 100оС скорость реакции H2(г)  +  I2(г) =  2HI (г) возрастает примерно в 1000 раз.

18. Влияние катализатора  на скорость реакции.Катализатор–это в-во,изменяющее скорость химич.реакции,но само в реакции не расходуется и в конечные продукты не входит. При этом изменение скорости реакции происх.за счет изменения  энергии активации, причем катализатор с реагентами образует активированный комплекс. Катализатор после разрушения активированного комплекса не входит в состав продуктов реакции,поэтому общее уравнение процесса остается прежним. Если гомогенная реакция  В + А ® АВ  протекает с малой скоростью,то можно подобрать вещество К,которое с одним из реагентов образует активированный комплекс, взаимодействующий в свою очередь с другим реагентом:

 1/2О2 +  NO   =     NO2  ;              NO2   +     SO2   =    SO3  +  NO

        А   +   К     ® [ А….К ]        [ А….К ]  +  В    ®   АВ   +    К

Если энергия активации  этих стадий ниже энергии активации процесса в отсутствии катализатора,то общая скорость процесса значительно возрастает и такой катализ называется положительным,в противном случае скорость процесса уменьшится и катализ будет отрицательным,иначе назыв.ингибированием.Отрицательные катализаторы-ингибиторы,кот. отличаются от катализаторов тем,что входят в состав продуктов реакции.Катализаторы обладают избирательностью(селективностью).Различают 2 вида катализа–гомогенный(однородный)и гетерогенный(неоднородный).При гомогенном катализе реагенты и катализатор образуют однородную систему–газовую или жидкую и между реагентами и катализатором отсутствует поверхность раздела.

19. Обратимость химических  реакций и понятие о химическом  равновесии. Необратимыми назыв.еакции,которые протекают только в одном направлении и идут до конца.Различ.практически и  совершенно необратимые реакции.В практически необратимых преобладает реакция,идущая в одном направл.Среди них выделяют несколько типов:1.Реакции двойного обмена с образованием малорастворимого вещества; 2.Реакции с образованием газообразных веществ;3.Реакции с образованием малодиссоциирующих в-в;4.Ионные реакции окисления– восстановления;5.Реакции, приводящие к образованию комплексных соединений; 6.Реакции, сопровождающиеся выделением большого количества энергии.Факторы влияющие на равновесие:Принцип Ле-Шателье – Брауна: состояние химического равновесия зависит от целого ряда факторов,основные из которых-температура,давление и концентрация. При изменении хотя бы одного из них равновесие нарушается и концентрации реагирующих веществ изменяются до тех пор,пока не установится новое равновесие,но уже при иных значениях равновесных концентраций.Переход  реакционной системы  из одного состояния равновесия к другому называется смещением или сдвигом химического равновесия.Влияние различных факторов на состояние равновесия качественно описывается принципом смещения равновесия,сформулированным французским физико - химиком Анри Ле Шателье: eсли на систему, находящуюся в равновесии производится какое-либо воздействие (изменяется концентрация,температура,давление),то равновесие смещается в направлении процесса,ослабляющего произведенное воздействие.    

20. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ. КОЛЛОИДНЫЕ  РАСТВОРЫ.Гетерогенные системы из двух или более фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними получили название дисперсных систем.В-во,кот.в дисперсной системе образ.сплошную фазу,назыв. дисперсионной средой,а то,что рассеяно в среде в виде частиц,капель или пузырьков—дисперсной фазой.Дисперсные системы с частицами размером ↑100нм назыв.грубодисперсными или взвесями.Системы с частицами меньших размеров(от 1 до 100 нм) называют коллоидными.Если дисперсионная среда газообразна,то дисперсная с-ма явл.аэрозолем или аэрогелем(туманы,дымы).К системам с жидкой дисперсионной средой относят суспензии,эмульсии,пены и др.Сущ.также дисперсные системы с тв.дисперсионной средой:гетерогенные сплавы,стекла,пеноматериалы.Коллоидные р-ры.Широко распространены коллоидные системы,в которых дисперсионная среда—жидкость;их называют золями или коллоидными растворами.Водные коллоидные р-ры играют важную роль в теплоэнергетике:водоподготовка,очистка сточных вод и т.п. Частицы дисперсной фазы коллоидных р-ров назыв.коллоидными частицами,их размер соотв.размерам нескольких десятков,сотен,а иногда и тысяч атомов.Эти частицы несут на себе заряд,что обусловл.притяжение к ним диполей воды.Вследствие взаимодействия с водой на поверхности частиц создается гидратная «оболочка».Заряд частиц дисперсной фазы обязан своим происхожд.адсорбционным процессам,имеющим избирательный характер.

21. Физическая теория:Растворитель рассматривается как химич.инертная среда,в кот.равномерно распределены частицы(молекулы,ионы)растворенного в-ва.Предполагается отсутствие межмолекулярного взаимодействия,как между частицами растворенного в-ва,так и между молекулами растворителя и частицами растворенного в-ва.Частицы растворителя и растворенного в-ва равномерно распределяются в объеме р-ра вследствие диффузии.Впоследствии выяснилось,что физич. теория удовлетворительно описывает природу лишь малой группы р-ров,так называемых идеальных р-ров,в которых частицы растворителя и растворенного в-ва действительно не взаимодействуют между собой.Примерами идеальных р-ров явл.многие газовые р-ры.Химич(или сольватная) теория р-ров:между частицами растворенного в-ва и молекулами растворителя происходит химическое взаимодействие,в результате кот.образуются нестойкие соединения переменного состава,называемые сольватами или гидратами(если растворителем является вода).Д.И.Менделеев определил раствор как химическую систему,все формы взаимодействия в которой связаны с химической природой растворителя и растворяемых в-в.Главн.роль в образовании сольватов играют непрочные межмолекулярные силы и водородная связь.Процесс растворения нельзя представить простой физической моделью,напр,статистическим распределением растворенного в-ва в растворителе в результате диффузии.Обычно он сопровожд.заметным тепловым эффектом и изменением объема раствора,за счет разрушения структуры растворяемого в-ва и взаимодействия частиц растворителя с частицами растворенного в-ва.Оба эти процесса сопровожд. энергетическими эффектами.Для разрушения структуры растворяемого в-ва требуется затрата энергии,тогда как при взаимодействии частиц растворителя и растворенного в-ва происх.выделение энергии.В зависимости от соотношения этих эффектов процесс растворения м.б.эндотермическим или экзотермическим.