Tout au long de notre vie, nous sommes constamment confrontés à des phénomènes physiques et chimiques. Les phénomènes physiques naturels nous sont si familiers que nous n'y attachons plus beaucoup d'importance depuis longtemps. Des réactions chimiques se produisent constamment dans notre corps. L'énergie libérée lors des réactions chimiques est constamment utilisée dans la vie quotidienne, dans la production et lors du lancement de vaisseaux spatiaux. La plupart des matériaux à partir desquels sont fabriqués les objets qui nous entourent ne sont pas extraits de la nature sous une forme toute prête, mais sont fabriqués à l’aide de réactions chimiques. Dans la vie de tous les jours, cela n’a pas beaucoup de sens de comprendre ce qui s’est passé. Mais lorsqu'on étudie la physique et la chimie à un niveau suffisant, on ne peut pas se passer de ces connaissances. Comment distinguer les phénomènes physiques des phénomènes chimiques ? Existe-t-il des signes qui peuvent aider à y parvenir ?
Au cours des réactions chimiques, de nouvelles substances se forment à partir de certaines substances, différentes des substances originales. Par la disparition des signes du premier et l'apparition des signes du second, ainsi que par la libération ou l'absorption d'énergie, on conclut qu'une réaction chimique s'est produite.
Si vous chauffez une plaque de cuivre, une couche noire apparaît à sa surface ; Lorsque le dioxyde de carbone est soufflé dans l'eau de chaux, un précipité blanc se forme ; lorsque le bois brûle, des gouttes d'eau apparaissent sur les parois froides du récipient ; lorsque le magnésium brûle, on obtient une poudre blanche.
Il s'avère que les signes d'une réaction chimique sont des changements de couleur, d'odeur, la formation de sédiments et l'apparition de gaz.
Lorsque l’on considère les réactions chimiques, il est nécessaire de prêter attention non seulement à la manière dont elles se déroulent, mais également aux conditions qui doivent être remplies pour que la réaction commence et se déroule.
Alors, quelles conditions doivent être remplies pour qu’une réaction chimique se déclenche ?
Pour ce faire, il faut tout d'abord mettre en contact les substances en réaction (les combiner, les mélanger). Plus les substances sont broyées, plus la surface de contact est grande, plus la réaction entre elles est rapide et active. Par exemple, le sucre en morceaux est difficile à enflammer, mais broyé et pulvérisé dans l'air, il brûle en quelques secondes, formant une sorte d'explosion.
Grâce à la dissolution, nous pouvons broyer une substance en minuscules particules. Parfois, la dissolution préalable des substances de départ facilite la réaction chimique entre les substances.
Dans certains cas, le contact de substances, par exemple le fer, avec de l'air humide, suffit pour qu'une réaction se produise. Mais le plus souvent, le contact des substances à lui seul ne suffit pas : d’autres conditions doivent être remplies.
Ainsi, le cuivre ne réagit pas avec l'oxygène de l'air à basse température d'environ 20˚-25˚С. Pour provoquer une réaction entre le cuivre et l’oxygène, il est nécessaire d’utiliser de la chaleur.
Le chauffage affecte l’apparition de réactions chimiques de différentes manières. Certaines réactions nécessitent un chauffage continu. Lorsque le chauffage s'arrête, la réaction chimique s'arrête. Par exemple, une chaleur constante est nécessaire pour décomposer le sucre.
Dans d'autres cas, le chauffage n'est nécessaire que pour que la réaction se produise, il donne une impulsion, puis la réaction se déroule sans chauffage. Par exemple, on observe un tel échauffement lors de la combustion du magnésium, du bois et d'autres substances combustibles.
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Au chapitre 5.2, nous avons découvert les principes de base des réactions chimiques. Ils constituent la théorie des interactions élémentaires.
§5.3.1 Théorie des interactions élémentaires
Énumérés ci-dessous principales dispositions VET répondre à la question:
Que faut-il pour que les réactions chimiques se produisent ?
1.
Une réaction chimique est initiée par des particules de réactifs actifs autres que les molécules saturées : radicaux, ions, composés insaturés par coordination. La réactivité des substances de départ est déterminée par la présence de ces particules actives dans leur composition.
La chimie identifie trois facteurs principaux influençant une réaction chimique :
- température;
- catalyseur (si nécessaire);
- nature des substances en réaction.
Parmi ceux-ci, le plus important est le dernier. C'est la nature d'une substance qui détermine sa capacité à former certaines particules actives. Et les incitations ne font que contribuer à ce processus.
2. Les particules actives sont en équilibre thermodynamique avec les molécules saturées d'origine.
3. Les particules actives interagissent avec les molécules d'origine via un mécanisme en chaîne.
4. L'interaction entre la particule active et la molécule réactive se déroule en trois étapes : association, isomérisation électronique et dissociation.
Lors de la première étape d'une réaction chimique, l'étape d'association, la particule active s'attache à une molécule saturée d'un autre réactif en utilisant des liaisons chimiques plus faibles que les liaisons covalentes. Un associé peut être formé à l’aide de liaisons de Van der Waals, d’hydrogène, de donneur-accepteur et dynamiques.
Lors de la deuxième étape de la réaction chimique - l'étape d'isomérisation électronique - le processus le plus important se produit - la transformation d'une liaison covalente forte dans la molécule de réactif initiale en une liaison plus faible : hydrogène, donneur-accepteur, dynamique ou encore van der Waals.
5. La troisième étape de l'interaction entre la particule active et la molécule de réactif - la dissociation de l'associé isomérisé avec la formation du produit de réaction final - est l'étape limitante et la plus lente de l'ensemble du processus.
La grande « ruse » de la nature chimique des substances
C'est cette étape qui détermine les coûts énergétiques totaux pour l'ensemble du processus en trois étapes de la réaction chimique. Et c’est là que réside la grande « ruse » de la nature chimique des substances. Le processus le plus consommateur d'énergie - la rupture de la liaison covalente dans le réactif - s'est déroulé facilement et gracieusement, presque imperceptiblement dans le temps par rapport à la troisième étape limitante de la réaction. Dans notre exemple, la liaison dans une molécule d’hydrogène avec une énergie de 430 kJ/mol s’est transformée si facilement et naturellement en une liaison de Van der Waals avec une énergie de 20 kJ/mol. Et toute la consommation d’énergie de la réaction a été réduite à briser cette faible liaison de Van der Waals. C’est pourquoi les coûts énergétiques nécessaires à la rupture chimique d’une liaison covalente sont nettement inférieurs aux coûts de destruction thermique de cette liaison.
Ainsi, la théorie des interactions élémentaires donne un sens physique strict à la notion d'« énergie d'activation ». Il s'agit de l'énergie nécessaire pour rompre la liaison chimique correspondante dans un associé, dont la formation précède la production du produit final d'une réaction chimique.
Nous soulignons une fois de plus l'unité de la nature chimique de la substance. Il ne peut réagir que dans un seul cas : lorsqu'une particule active apparaît. Et la température, le catalyseur et d’autres facteurs, malgré toutes leurs différences physiques, jouent le même rôle : l’initiateur.
I. Signes et conditions des réactions chimiques
Vous connaissez déjà de nombreuses substances, avez observé leurs transformations et les transformations qui accompagnent ces transformations. panneaux.
Le plus caractéristique principale Une réaction chimique est la formation de nouvelles substances. Mais cela peut aussi être jugé par certains signes extérieurs de l'évolution des réactions.
Signes externes de réactions chimiques se produisant :
- précipitation
- changement de couleur
- dégagement de gaz
- apparition d'une odeur
- absorption et libération d'énergie (chaleur, électricité, lumière)
Il est évident que Pour l'apparition et le déroulement des réactions chimiques, certaines conditions sont nécessaires :
- contact des substances de départ (réactifs)
- chauffer à une certaine température
- l'utilisation de substances qui accélèrent les réactions chimiques (catalyseurs)
II. Effet thermique d'une réaction chimique
DI. Mendeleev a souligné : la caractéristique la plus importante de toutes les réactions chimiques est le changement d'énergie au cours de leur apparition.
Chaque substance stocke une certaine quantité d'énergie. Nous rencontrons cette propriété des substances déjà au petit-déjeuner, au déjeuner ou au dîner, puisque la nourriture permet à notre corps d'utiliser l'énergie d'une grande variété de composés chimiques contenus dans les aliments. Dans le corps, cette énergie est convertie en mouvement, en travail et est utilisée pour maintenir une température corporelle constante (et assez élevée !).
Le dégagement ou l'absorption de chaleur lors de réactions chimiques est dû au fait que l'énergie est dépensée pour le processus de destruction de certaines substances (destruction des liaisons entre atomes et molécules) et est libérée lors de la formation d'autres substances (formation de liaisons entre atomes et molécules).
Les changements énergétiques se manifestent soit par la libération, soit par l’absorption de chaleur.
Les réactions qui se produisent avec le dégagement de chaleur sont appelées exothermique (du grec « exo » - dehors).
Les réactions qui se produisent lors de l’absorption d’énergie sont appeléesendothermique (du latin "endo" - à l'intérieur).
Le plus souvent, l'énergie est libérée ou absorbée sous forme de chaleur (moins souvent sous forme de lumière ou d'énergie mécanique). Cette chaleur peut être mesurée. Le résultat de la mesure est exprimé en kilojoules (kJ) pour une MOLE de réactif ou (moins fréquemment) pour une mole de produit de réaction. La quantité de chaleur dégagée ou absorbée lors d'une réaction chimique est appelée effet thermique de la réaction(Q).
Réaction exothermique:
Substances de départ → produits de réaction + Q kJ
Réaction endothermique :
Substances de départ → produits de réaction - Q kJ
Les effets thermiques des réactions chimiques sont nécessaires à de nombreux calculs techniques. Imaginez-vous un instant en tant que concepteur d'une fusée puissante capable de lancer des vaisseaux spatiaux et d'autres charges utiles en orbite.
Disons que vous connaissez le travail (en kJ) qui devra être dépensé pour livrer une fusée avec une cargaison de la surface de la Terre à l'orbite, vous connaissez également le travail pour surmonter la résistance de l'air et d'autres coûts énergétiques pendant le vol ; Comment calculer l'apport nécessaire en hydrogène et en oxygène, qui (à l'état liquéfié) sont utilisés dans cette fusée comme carburant et comburant ?
Sans l'aide de l'effet thermique de la réaction de formation d'eau à partir d'hydrogène et d'oxygène, cela est difficile à faire. Après tout, l’effet thermique est l’énergie même qui devrait lancer la fusée en orbite. Dans les chambres de combustion d'une fusée, cette chaleur est convertie en énergie cinétique de molécules de gaz chaud (vapeur), qui s'échappent des tuyères et créent une poussée du jet.
Dans l'industrie chimique, les effets thermiques sont nécessaires pour calculer la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer les réacteurs dans lesquels se produisent des réactions endothermiques. Dans le secteur de l’énergie, la production d’énergie thermique est calculée à partir de la chaleur de combustion du combustible.
Les diététistes utilisent les effets thermiques de l'oxydation des aliments dans le corps pour créer un régime alimentaire approprié non seulement pour les patients, mais également pour les personnes en bonne santé - athlètes, travailleurs de diverses professions. Traditionnellement, les calculs ici n'utilisent pas les joules, mais d'autres unités énergétiques - les calories (1 cal = 4,1868 J). La teneur énergétique des aliments se réfère à toute masse de produits alimentaires : 1 g, 100 g, voire l'emballage standard du produit. Par exemple, sur l’étiquette d’un pot de lait concentré, vous pouvez lire l’inscription suivante : « teneur en calories 320 kcal/100 g ».
Le domaine de la chimie qui traite de l'étude des effets thermiques et des réactions chimiques s'appelle thermochimie.
Les équations de réactions chimiques dans lesquelles l'effet thermique est indiqué sont appelées thermochimique.
1. Réactions chimiques. Signes et conditions de leur apparition. Équations chimiques. Loi de conservation de la masse des substances. Types de réactions chimiques.
2. Quel volume de gaz peut-on obtenir en faisant réagir 60 g d’une solution à 12 % de carbonate de potassium avec de l’acide sulfurique.
Réaction chimique
- la transformation d'une ou plusieurs substances en une autre.
Types de réactions chimiques :
1) Réaction de connexion- ce sont des réactions à la suite desquelles une substance complexe supplémentaire est formée à partir de deux substances.
2) Réaction de décomposition- Il s'agit d'une réaction à la suite de laquelle plusieurs réactions plus simples se forment à partir d'une substance complexe.
3) Réaction de substitution- Ce sont des réactions entre des substances simples et complexes, à la suite desquelles une nouvelle substance simple et une nouvelle substance complexe se forment.
4) Réaction d'échange- Il s'agit de réactions entre deux substances complexes, à la suite desquelles elles échangent leurs éléments constitutifs.
Conditions de réaction :
1) Contact étroit de substances.
2) Chauffage
3) Broyage (les réactions se produisent plus rapidement dans les solutions)
Toute réaction chimique peut être représentée à l'aide d'une équation chimique.
Équation chimique est un enregistrement conditionnel d'une réaction chimique à l'aide de formules chimiques et de coefficients.
Les équations chimiques sont basées sur loi de conservation de la masse de matière
: La masse des substances entrées dans la réaction est égale à la masse des substances résultant de la réaction.
Signes de réactions chimiques :
· Changement de couleur
· Libération de gaz
· Précipitation
· Libération de chaleur et de lumière
· Libération d'odeur
2.
Billet n°7
1. Dispositions fondamentales du T.E.D. – théorie de la dissociation électrique.
2. Combien de grammes de magnésium contenant 8 % d'impuretés peuvent réagir avec 40 g d'acide chlorhydrique.
Les substances solubles dans l'eau peuvent se dissocier, c'est-à-dire se désintègrent en ions de charges opposées.
Dissociation électrique –
la décomposition d'un électrolyte en ions lors de sa dissolution ou de sa fusion.
Électrolytes –
substances dont les solutions ou les fondus conduisent le courant électrique (acides, sels, alcalis).
Ils sont formés par une liaison ionique (sels, alcalis) ou covalente, hautement polaire (acide).
Pas d'électrolytes –
substances dont les solutions ne conduisent pas le courant électrique (solution sucrée, alcool, glucose)
Lors de la dissociation, les électrolytes se décomposent en cations(+) Et anions(-)
Ions –
particules chargées dans lesquelles les atomes se transforment en donnant et en prenant ē
Les propriétés chimiques des solutions électrolytiques sont déterminées par les propriétés des ions formés lors de la dissociation.
Acide
– un électrolyte qui se dissocie en cations hydrogène et en un anion résidu acide.
L'acide sulfurique se dissocie en 2 cations H de charge (+) et
Anion SO 4 avec charge (-)
Terrains
– un électrolyte qui se dissocie en cations métalliques et anions hydroxyde.
Sels – un électrolyte qui se dissocie dans une solution aqueuse en cations métalliques et anions du résidu acide.
2.
1. Réactions d'échange d'ions.
Taux de réaction chimique est la variation de la quantité d'un réactif ou d'un produit de réaction par unité de temps par unité de volume (pour une réaction homogène) ou par unité de surface d'interface (pour une réaction hétérogène).
Loi de l'action de masse: dépendance de la vitesse de réaction sur la concentration des réactifs. Plus la concentration est élevée, plus le nombre de molécules contenues dans le volume est important. Par conséquent, le nombre de collisions augmente, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse du processus.
Équation cinétique– dépendance de la vitesse de réaction à la concentration.
Les solides sont 0
Molécularité de la réaction est le nombre minimum de molécules impliquées dans un processus chimique élémentaire. Sur la base de la moléculaire, les réactions chimiques élémentaires sont divisées en moléculaires (A →) et bimoléculaires (A + B →) ; les réactions trimoléculaires sont extrêmement rares.
Ordre général de réaction est la somme des exposants des degrés de concentration dans l'équation cinétique.
Vitesse de réaction constante- coefficient de proportionnalité dans l'équation cinétique.
La règle de Van't Hoff : Pour chaque augmentation de température de 10 degrés, la constante de vitesse d'une réaction élémentaire homogène augmente de deux à quatre fois.
Théorie des collisions actives(TAC), trois conditions sont nécessaires pour qu’une réaction se produise :
Les molécules doivent entrer en collision. Il s’agit d’une condition importante, mais non suffisante, puisqu’une collision n’entraîne pas nécessairement une réaction.
Les molécules doivent avoir l'énergie nécessaire (énergie d'activation).
Les molécules doivent être correctement orientées les unes par rapport aux autres.
Énergie d'activation- la quantité minimale d'énergie qui doit être fournie au système pour qu'une réaction se produise.
Équation d'Arrhéniusétablit la dépendance de la constante de vitesse d'une réaction chimique sur la température
A - caractérise la fréquence des collisions de molécules en réaction
R est la constante universelle des gaz.
L'influence des catalyseurs sur la vitesse de réaction.
Un catalyseur est une substance qui modifie la vitesse d’une réaction chimique, mais qui n’est pas consommée dans la réaction et n’est pas incluse dans les produits finaux.
Dans ce cas, le changement de la vitesse de réaction se produit en raison d'un changement dans l'énergie d'activation, et le catalyseur avec les réactifs forme un complexe activé.
Catalyse - un phénomène chimique dont l'essence est de modifier la vitesse des réactions chimiques sous l'action de certaines substances (on les appelle catalyseurs).
Catalyse hétérogène - le réactif et le catalyseur sont dans des phases différentes – gazeuse et solide.
Catalyse homogène - les réactifs (réactifs) et le catalyseur sont dans la même phase - par exemple, les deux sont des gaz ou les deux sont dissous dans un solvant.
Conditions d'équilibre chimique
l'état d'équilibre chimique est maintenu tant que les conditions de réaction restent inchangées : concentration, température et pression.
Le principe du Chatelier : Si une influence externe est exercée sur un système en équilibre, alors l’équilibre se déplacera vers la réaction que cette action affaiblira.
Constante d'équilibre - Il s'agit d'une mesure de l'exhaustivité de la réaction : plus la valeur de la constante d'équilibre est élevée, plus le degré de conversion des substances de départ en produits de réaction est élevé.
|
K r = C pr \ C sortie |
ΔG<0 К р >1 De pr > De dehors
ΔG>0Kp<1 С пр <С исх
