Закономерности протекания химических реакций.
Тепловой эффект реакции (Q).
Сущность химической реакции — разрыв одних связей (энергия затрачивается Е реаг) и образование других связей (энергия выделяется Е прод ).
[pic]
Энергия, которая выделяется или поглощается в химической реакции между определенными количествами исходных веществ, называется тепловым эффектом химической реакции.
[pic]
Тепловой эффект реакции образования 1 моль соединения из простых веществ, устойчивых в стандартных условиях (25 °С, 1 атм), — теплота образования соединения (Q o6p).
[pic]
Скорость химической реакции v.
v гомогенной реакции определяется изменением количества вещества в единицу времени в единице объема (V):
[pic]
где ∆ v / V = ∆С (изменение концентрации),
[pic]
v гетерогенной реакции определяется изменением количества вещества в единицу времени на единице поверхности соприкосновения веществ (S):
[pic]
где ∆v — изменение количества вещества (реагента или продукта), моль, ∆ t — интервал времени, с, мин.
Факторы, влияющие на v (количество соударений частиц и их эффективность).
1) Природа реагентов: состав, строение => энергия активации Еа.
Еа — избыток энергии (по сравнению со средней), необходимый для эффективного соударения реагирующих частиц.
• Чем меньше Еа, тем больше v.
• vр ионного обмена большая, так как Eа мала.
• v(N2 + H2) при о. у. мала, так как Еа велика.
2) Температура: при ↑ t на каждый 10 °С, v ↑ в 2 — 4 раза (правило Вант-Гоффа). При ↑ t, ↑ количество активных частиц (с Eа) и их эффективных соударений.
[pic]
3) Концентрация: чем больше, тем чаще происходят соударения и v ↑. При постоянной t для реакции
тА + пВ = D, происходящей в одну стадию, [pic] (закон действующих масс), k — константа скорости, k = v при [pic] (C-const твердое вещество и входит в k ).
4) Катализаторы — вещества, которые изменяют
механизм реакции, уменьшают Еа = v ↑.
• Катализаторы остаются неизменными по окончанию реакции.
• Катализ — влияние катализатора на v.
• Реакции в присутствии катализатора каталитические.
Механизм действия катализатора.
• Без К:
[pic]
• С участием К:
[pic]
• Ферменты — биологические К, по природе белки.
• Ингибиторы — вещества, которые ↓ v.
5) Для гетерогенных реакций v зависит также:
• от состояния поверхности,
• от характера образующихся продуктов,
• от подвода исходных веществ и отвода продуктов и др.
Химическое равновесие.
[pic]
1. Необратимые реакции протекают только в одном направлении (реакции ионного обмена с ↑, ↓, мдс, реакции горения и некоторые другие).
Обратимые реакции при одних и тех же условиях протекают в противоположных направлениях:
[pic]
2. Состояние обратимой реакции, при котором vпр = vобр => химическое равновесие. Химическое равновесие — динамическое. Концентрации всех веществ неизменные или равновесные [ ]. При данной t и p [pic]
=> константа равновесия [pic] Чем больше К , тем больше выход продуктов.
Способы смещения равновесия.
Принцип Ле Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить t, p, С), то равновесие сместится в ту сторону, которая ослабит это воздействие.
Равновесие смещается:
1) при ↑ Среаг →, при ↑ Спрод ← ;
2) при ↑ р (для газов) — в сторону меньшего V, при ↓ p — в сторону большего V;
3) при ↑ t — в сторону эндотермической реакции, при ↓ t — в сторону экзотермической реакции.
Катализатор не смещает равновесие, но ускоряет его достижение [pic]
Классификация химических реакций.
Химические реакции — это явления, при которых из одних веществ получаются другие. Химические реакции можно классифицировать по разным признакам.
[pic]
[pic]
[pic]
Возможны и другие классификации — по скорости, механизму (ионные, радикальные) и др. Одну и ту же химическую реакцию можно отнести одновременно к разным типам:
[pic]
I — соединение
II — ОВР
III — экзотермическая
IV — обратимая
V — гомогенная
VI — каталитическая
Некоторые реакции не удается классифицировать по всем признакам:
СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О
Сu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2Н2О
Гидролиз.
Гидролиз — это реакция обменного разложения веществ водой.
Гидролиз органических веществ.
1. Галогеналканы.
[pic]
(для получения спиртов)
2. Сложные эфиры:
[pic]
[pic] [pic]
[pic]
3. Углеводы:
[pic]
Крахмал в живом организме:
[pic]
Гидролиз целлюлозы — основа гидролизных производств для получения этиленгликоля, органических кислот, кормовых дрожжей, этанола, сорбита и др.
4. Белки в живом организме:
[pic]
5. Аденозинтрифосфорная кислота: АТФ + Н2О → Н3РО4 + АДФ + энергия для биохимических процессов.
Гидролиз неорганических веществ (солей).
1. Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой (KCN, HCOONa, Ba(NO2)2 и др.):
[pic]
2. Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой (А1С13, NH4NO3, FeSO4 и др.):
[pic]
3. Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой ((NH4)2S, (CH3COO)2Cu, Cr2S3 и др.):
[pic]
4. Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, не гидролизуются (NaCl, K2SO4,
Ca(NO3)2. BaI2 и др.).
Обратимый гидролиз усиливается при ↑ t и разбавлении (принцип Ле Шателье).
Значение:
• мылкость мыла (и других моющих средств) увеличивается за счет щелочной среды. В растворе мыла
[pic]
• фотографический проявитель имеет щелочную среду за счет гидролиза Na2CO3, Na2B2O7;
• питьевая сода NaHCO3 в медицине для снижения кислотности;
• удобрение (NH4)2SO4 для повышения кислотности почвы;
• смещение равновесия: [pic] [pic] — в крови и слюне человека поддерживает
определенную среду.
