Počas celého života sa neustále stretávame s fyzikálnymi a chemickými javmi. Prírodné fyzikálne javy sú nám natoľko známe, že im už dlho nepripisujeme veľký význam. V našom tele neustále prebiehajú chemické reakcie. Energia, ktorá sa uvoľňuje pri chemických reakciách, sa neustále využíva v každodennom živote, vo výrobe a pri spúšťaní kozmických lodí. Mnohé materiály, z ktorých sa vyrábajú veci okolo nás, nie sú prevzaté z prírody v hotovej podobe, ale sú vyrobené pomocou chemických reakcií. V každodennom živote pre nás nemá veľký zmysel zisťovať, čo sa stalo. No pri štúdiu fyziky a chémie na dostatočnej úrovni sa bez týchto vedomostí nezaobídete. Ako rozlíšiť fyzikálne javy od chemických? Existujú nejaké náznaky, ktoré tomu môžu pomôcť?
Pri chemických reakciách vznikajú z niektorých látok nové látky, odlišné od pôvodných. Zmiznutím príznakov prvého a objavením sa príznakov druhého, ako aj uvoľnením alebo absorpciou energie usudzujeme, že došlo k chemickej reakcii.
Ak zahrejete medenú platňu, na jej povrchu sa objaví čierny povlak; Keď sa oxid uhličitý prefukuje vápennou vodou, vytvorí sa biela zrazenina; pri horení dreva sa na studených stenách nádoby objavia kvapky vody, pri horení horčíka sa získa biely prášok.
Ukazuje sa, že príznakmi chemickej reakcie sú zmeny farby, zápachu, tvorba sedimentu a vzhľad plynu.
Pri úvahách o chemických reakciách je potrebné dbať nielen na to, ako k nim dochádza, ale aj na podmienky, ktoré musia byť splnené, aby reakcia začala a prebiehala.
Aké podmienky teda musia byť splnené, aby sa začala chemická reakcia?
K tomu je v prvom rade potrebné uviesť reagujúce látky do kontaktu (kombinovať, zmiešať). Čím sú látky rozdrvenejšie, tým väčšia je plocha ich kontaktu, tým rýchlejšie a aktívnejšie dochádza k reakcii medzi nimi. Napríklad hrudkový cukor je ťažké zapáliť, ale rozdrvený a rozprášený vo vzduchu horí v priebehu niekoľkých sekúnd a vytvára určitý druh výbuchu.
Pomocou rozpúšťania dokážeme látku rozdrviť na drobné čiastočky. Niekedy predbežné rozpustenie východiskových látok uľahčuje chemickú reakciu medzi látkami.
V niektorých prípadoch stačí k reakcii kontakt látok, napríklad železa s vlhkým vzduchom. Často však na to nestačí len kontakt látok: musia byť splnené niektoré ďalšie podmienky.
Meď teda nereaguje so vzdušným kyslíkom pri nízkych teplotách okolo 20˚-25˚С. Na vyvolanie reakcie medzi meďou a kyslíkom je potrebné použiť teplo.
Zahrievanie ovplyvňuje výskyt chemických reakcií rôznymi spôsobmi. Niektoré reakcie vyžadujú nepretržité zahrievanie. Keď sa zahrievanie zastaví, chemická reakcia sa zastaví. Napríklad na rozklad cukru je potrebné neustále teplo.
V iných prípadoch je zahrievanie potrebné len na to, aby prebehla reakcia, dáva impulz a potom reakcia prebieha bez zahrievania. Napríklad takéto zahrievanie pozorujeme pri spaľovaní horčíka, dreva a iných horľavých látok.
webová stránka, pri kopírovaní celého materiálu alebo jeho časti je potrebný odkaz na zdroj.
V kapitole 5.2 sme sa dozvedeli o základných princípoch chemických reakcií. Predstavujú teóriu elementárnych interakcií.
§ 5.3.1 Teória elementárnych interakcií
Uvedené nižšie hlavné ustanovenia TEV odpovedať na otázku:
Čo je potrebné na to, aby došlo k chemickým reakciám?
1.
Chemickú reakciu iniciujú častice aktívneho činidla iné ako nasýtené molekuly: radikály, ióny, koordinačne nenasýtené zlúčeniny. Reaktivita východiskových látok je určená prítomnosťou týchto aktívnych častíc v ich zložení.
Chémia identifikuje tri hlavné faktory ovplyvňujúce chemickú reakciu:
- teplota;
- katalyzátor (ak je to potrebné);
- povaha reagujúcich látok.
Z nich je najdôležitejší posledný. Je to povaha látky, ktorá určuje jej schopnosť vytvárať určité aktívne častice. A stimuly tomuto procesu len pomáhajú.
2. Aktívne častice sú v termodynamickej rovnováhe s pôvodnými nasýtenými molekulami.
3. Aktívne častice interagujú s pôvodnými molekulami prostredníctvom reťazového mechanizmu.
4. Interakcia medzi aktívnou časticou a molekulou činidla prebieha v troch štádiách: asociácia, elektrónová izomerizácia a disociácia.
V prvom štádiu chemickej reakcie, v štádiu asociácie, sa aktívna častica pripojí k nasýtenej molekule iného činidla pomocou chemických väzieb, ktoré sú slabšie ako kovalentné. Asociát môže byť vytvorený pomocou van der Waalsových, vodíkových, donor-akceptorových a dynamických väzieb.
V druhom štádiu chemickej reakcie - štádiu elektrónovej izomerizácie - nastáva najdôležitejší proces - premena silnej kovalentnej väzby v molekule počiatočného činidla na slabšiu: vodíkovú, donorovo-akceptorovú, dynamickú alebo dokonca van derovu. Waals.
5. Tretí stupeň interakcie medzi aktívnou časticou a molekulou činidla - disociácia izomerizovaného asociátu s tvorbou konečného reakčného produktu - je limitujúcim a najpomalším stupňom celého procesu.
Veľká „prefíkanosť“ chemickej povahy látok
Práve táto fáza určuje celkové náklady na energiu pre celý trojstupňový proces chemickej reakcie. A tu spočíva veľká „prefíkanosť“ chemickej povahy látok. Energeticky najnáročnejší proces - prerušenie kovalentnej väzby v činidle - prebehol ľahko a elegantne, takmer nepozorovane v čase v porovnaní s tretím, limitujúcim stupňom reakcie. V našom príklade sa väzba v molekule vodíka s energiou 430 kJ/mol tak ľahko a prirodzene transformovala na van der Waalsovu väzbu s energiou 20 kJ/mol. A všetka spotreba energie pri reakcii sa zredukovala na pretrhnutie tohto slabého van der Waalsovho puta. To je dôvod, prečo sú náklady na energiu potrebné na chemické prerušenie kovalentnej väzby výrazne nižšie ako náklady na tepelnú deštrukciu tejto väzby.
Teória elementárnych interakcií teda dáva konceptu „aktivačnej energie“ prísny fyzikálny význam. Ide o energiu potrebnú na prerušenie zodpovedajúcej chemickej väzby v pridruženom prvku, ktorého vznik predchádza produkcii konečného produktu chemickej reakcie.
Opäť zdôrazňujeme jednotu chemickej povahy látky. Môže reagovať iba v jednom prípade: keď sa objaví aktívna častica. A teplota, katalyzátor a ďalšie faktory, napriek všetkým ich fyzikálnym rozdielom, zohrávajú rovnakú úlohu: iniciátor.
I. Znaky a podmienky chemických reakcií
Mnohé látky už poznáte, pozorovali ste ich premeny a premeny sprevádzajúce tieto premeny. znamenia.
Najviac Hlavná prednosť Chemická reakcia je tvorba nových látok. Ale to sa dá posúdiť aj podľa niektorých vonkajších znakov priebehu reakcií.
Vonkajšie príznaky chemických reakcií:
- zrážok
- zmena farby
- odplyňovanie
- vzhľad zápachu
- absorpcia a uvoľňovanie energie (tepla, elektriny, svetla)
To je zrejmé Pre vznik a priebeh chemických reakcií sú potrebné určité podmienky:
- kontakt východiskových látok (činidiel)
- zahrievanie na určitú teplotu
- použitie látok, ktoré urýchľujú chemické reakcie (katalyzátory)
II. Tepelný účinok chemickej reakcie
DI. Mendelejev zdôraznil: najdôležitejšou vlastnosťou všetkých chemických reakcií je zmena energie počas ich výskytu.
Každá látka uchováva určité množstvo energie. S touto vlastnosťou látok sa stretávame už pri raňajkách, obede či večeri, keďže jedlo umožňuje nášmu telu využívať energiu širokej škály chemických zlúčenín obsiahnutých v jedle. V tele sa táto energia premieňa na pohyb, prácu a využíva sa na udržanie stálej (a dosť vysokej!) telesnej teploty.
Uvoľňovanie alebo absorpcia tepla počas chemických reakcií je spôsobená tým, že energia sa vynakladá na proces deštrukcie niektorých látok (deštrukcia väzieb medzi atómami a molekulami) a uvoľňuje sa pri tvorbe iných látok (tvorba väzieb medzi atómami a molekuly).
Energetické zmeny sa prejavujú buď uvoľňovaním alebo absorpciou tepla.
Reakcie, ku ktorým dochádza pri uvoľňovaní tepla, sa nazývajú exotermický (z gréckeho „exo“ - von).
Reakcie, ktoré sa vyskytujú pri absorpcii energie, sa nazývajúendotermický (z latinského "endo" - vnútri).
Najčastejšie sa energia uvoľňuje alebo absorbuje vo forme tepla (menej často vo forme svetla alebo mechanickej energie). Toto teplo sa dá merať. Výsledok merania je vyjadrený v kilojouloch (kJ) na jeden mol reaktantu alebo (menej často) na jeden mol reakčného produktu. Množstvo tepla uvoľneného alebo absorbovaného počas chemickej reakcie sa nazýva tepelný efekt reakcie(Q).
Exotermická reakcia:
Východiskové látky → produkty reakcie + Q kJ
Endotermická reakcia:
Východiskové látky → produkty reakcie - Q kJ
Tepelné účinky chemických reakcií sú potrebné pre mnohé technické výpočty. Predstavte si na chvíľu seba ako konštruktéra výkonnej rakety schopnej vynášať na obežnú dráhu kozmické lode a iné náklady.
Povedzme, že poznáte prácu (v kJ), ktorú bude potrebné vynaložiť na dodanie rakety s nákladom z povrchu Zeme na obežnú dráhu, poznáte aj prácu na prekonanie odporu vzduchu a iných nákladov na energiu počas letu. Ako vypočítať potrebnú zásobu vodíka a kyslíka, ktoré sa (v skvapalnenom stave) používajú v tejto rakete ako palivo a okysličovadlo?
Bez pomoci tepelného účinku reakcie tvorby vody z vodíka a kyslíka je to ťažké. Koniec koncov, tepelný efekt je práve energia, ktorá by mala dostať raketu na obežnú dráhu. V spaľovacích komorách rakety sa toto teplo premieňa na kinetickú energiu molekúl horúceho plynu (pary), ktorý uniká z dýz a vytvára prúdový ťah.
V chemickom priemysle sú tepelné efekty potrebné na výpočet množstva tepla do tepelných reaktorov, v ktorých dochádza k endotermickým reakciám. V energetike sa výroba tepelnej energie počíta pomocou spaľovacieho tepla paliva.
Dietológovia využívajú tepelné účinky oxidácie potravín v organizme na vytváranie správnych jedálničkov nielen pre pacientov, ale aj pre zdravých ľudí – športovcov, pracovníkov rôznych profesií. Tradične sa tu pri výpočtoch nepoužívajú jouly, ale iné energetické jednotky – kalórie (1 kal = 4,1868 J). Energetický obsah potravín sa vzťahuje na akúkoľvek hmotnosť potravinárskych výrobkov: 1 g, 100 g, prípadne aj štandardné balenie výrobku. Napríklad na štítku pohára kondenzovaného mlieka si môžete prečítať nasledujúci nápis: „obsah kalórií 320 kcal/100 g“.
Oblasť chémie, ktorá sa zaoberá štúdiom tepelných účinkov a chemických reakcií, sa nazýva termochémia.
Rovnice chemických reakcií, pri ktorých je indikovaný tepelný efekt, sa nazývajú termochemické.
1. Chemické reakcie. Príznaky a podmienky ich výskytu. Chemické rovnice. Zákon zachovania hmotnosti látok. Druhy chemických reakcií.
2. Aký objem plynu možno získať reakciou 60 g 12 % roztoku uhličitanu draselného s kyselinou sírovou.
Chemická reakcia
- premena jednej alebo viacerých látok na inú.
Druhy chemických reakcií:
1) Reakcia pripojenia- sú to reakcie, v dôsledku ktorých z dvoch látok vzniká jedna zložitejšia látka.
2) Reakcia rozkladu- Ide o reakciu, v dôsledku ktorej z jednej komplexnej látky vzniká niekoľko jednoduchších.
3) Substitučná reakcia- Sú to reakcie medzi jednoduchými a zložitými látkami, v dôsledku ktorých vzniká nová jednoduchá a nová zložitá látka.
4) Reakcia výmeny- Ide o reakcie medzi dvoma zložitými látkami, v dôsledku ktorých si vymieňajú svoje zložky.
Podmienky reakcie:
1) Tesný kontakt látok.
2) Vykurovanie
3) Mletie (reakcie prebiehajú najrýchlejšie v roztokoch)
Akákoľvek chemická reakcia môže byť vyjadrená pomocou chemickej rovnice.
Chemická rovnica je podmienený záznam chemickej reakcie pomocou chemických vzorcov a koeficientov.
Chemické rovnice sú založené na zákon zachovania hmotnosti hmoty
: Hmotnosť látok, ktoré vstúpili do reakcie, sa rovná hmotnosti látok, ktoré sú výsledkom reakcie.
Príznaky chemických reakcií:
· Zmena farby
· Uvoľňovanie plynu
· Zrážky
· Uvoľňovanie tepla a svetla
· Uvoľňovanie zápachu
2.
Lístok č. 7
1. Základné ustanovenia T.E.D. – teória elektrickej disociácie.
2. Koľko gramov horčíka s obsahom 8 % nečistôt môže reagovať so 40 g kyseliny chlorovodíkovej.
Látky rozpustné vo vode môžu disociovať, t.j. sa rozpadajú na opačne nabité ióny.
Elektrická disociácia –
rozklad elektrolytu na ióny pri rozpustení alebo roztavení.
Elektrolyty –
látky, ktorých roztoky alebo taveniny vedú elektrický prúd (kyseliny, soli, zásady).
Sú tvorené iónovou väzbou (soli, alkálie), alebo kovalentnou, vysoko polárnou (kyselina).
Nie elektrolyty –
látky, ktorých roztoky nevedú elektrický prúd (roztok cukru, alkoholu, glukózy)
Pri disociácii sa elektrolyty rozkladajú na katióny (+) A anióny (-)
Ióny –
nabité častice, na ktoré sa atómy menia v dôsledku dávania a brania ē
Chemické vlastnosti roztokov elektrolytov sú určené vlastnosťami tých iónov, ktoré vznikajú pri disociácii.
Kyselina
– elektrolyt, ktorý sa disociuje na vodíkové katióny a anión zvyškov kyseliny.
Kyselina sírová sa disociuje na 2 katióny H s nábojom (+) a
SO 4 anión s nábojom (-)
Dôvody
– elektrolyt, ktorý sa disociuje na kovové katióny a hydroxidové anióny.
Soli – elektrolyt, ktorý sa vo vodnom roztoku disociuje na kovové katióny a anióny zvyškov kyseliny.
2.
1. Reakcie iónovej výmeny.
Rýchlosť chemickej reakcie je zmena množstva reaktantu alebo reakčného produktu za jednotku času na jednotku objemu (pre homogénnu reakciu) alebo na jednotku povrchu rozhrania (pre heterogénnu reakciu).
Zákon masovej akcie: závislosť rýchlosti reakcie od koncentrácie reaktantov. Čím vyššia je koncentrácia, tým väčší je počet molekúl obsiahnutých v objeme. V dôsledku toho sa zvyšuje počet kolízií, čo vedie k zvýšeniu rýchlosti procesu.
Kinetická rovnica– závislosť rýchlosti reakcie od koncentrácie.
Pevné látky sú 0
Molekularita reakcie je minimálny počet molekúl zapojených do elementárneho chemického procesu. Na základe molekulárnosti sa elementárne chemické reakcie delia na molekulárne (A →) a bimolekulárne (A + B →); trimolekulárne reakcie sú extrémne zriedkavé.
Všeobecné poradie reakcií je súčet exponentov stupňov koncentrácie v kinetickej rovnici.
Konštanta reakčnej rýchlosti- koeficient úmernosti v kinetickej rovnici.
Van't Hoffovo pravidlo: Pri každom zvýšení teploty o 10 stupňov sa rýchlostná konštanta homogénnej elementárnej reakcie zvýši dvakrát až štyrikrát
Teória aktívnej zrážky(TAC), existujú tri podmienky potrebné na to, aby došlo k reakcii:
Molekuly sa musia zraziť. Toto je dôležitá podmienka, ale nestačí, pretože kolízia nemusí nevyhnutne vyvolať reakciu.
Molekuly musia mať potrebnú energiu (aktivačná energia).
Molekuly musia byť voči sebe správne orientované.
Aktivačná energia- minimálne množstvo energie, ktoré je potrebné dodať do systému, aby prebehla reakcia.
Arrheniova rovnica stanovuje závislosť rýchlostnej konštanty chemickej reakcie od teploty
A - charakterizuje frekvenciu zrážok reagujúcich molekúl
R je univerzálna plynová konštanta.
Vplyv katalyzátorov na rýchlosť reakcie.
Katalyzátor je látka, ktorá mení rýchlosť chemickej reakcie, ale pri reakcii sa nespotrebováva a nie je súčasťou konečných produktov.
V tomto prípade nastáva zmena rýchlosti reakcie v dôsledku zmeny aktivačnej energie a katalyzátor s činidlami tvorí aktivovaný komplex.
katalýza - chemický jav, ktorého podstatou je meniť rýchlosti chemických reakcií pôsobením určitých látok (nazývajú sa katalyzátory).
Heterogénna katalýza - reaktant a katalyzátor sú v rôznych fázach – plynnej a pevnej.
Homogénna katalýza - reaktanty (reagenty) a katalyzátor sú v rovnakej fáze - napríklad obe sú plyny alebo sú obidve rozpustené v nejakom rozpúšťadle.
Podmienky chemickej rovnováhy
stav chemickej rovnováhy sa udržiava tak dlho, kým sa reakčné podmienky nezmenia: koncentrácia, teplota a tlak.
Le Chatelierov princíp: Ak na systém, ktorý je v rovnováhe, pôsobí akýkoľvek vonkajší vplyv, potom sa rovnováha posunie smerom k reakcii, že táto akcia oslabí.
rovnovážna konštanta - Toto je miera úplnosti reakcie, čím väčšia je hodnota rovnovážnej konštanty, tým vyšší je stupeň premeny východiskových látok na reakčné produkty.
|
K r = C pr \ C out |
ΔG<0 К р >1 Od pr > Od von
ΔG>0 K p<1 С пр <С исх
