Вихідні речовини для виготовлення гелів. Хімічна кінетика
Нехай у школі ми й належимо до хіміїяк до одного з найскладніших і тому «нелюбих» предметів, але сперечатися з тим, що хімія важлива і значуща, не варто, бо суперечка приречена на неуспіх. Хімія, як і фізика, оточує нас: це молекули, атоми, з яких складаються речовини, метали, неметали, з'єднаннята ін. Тому хімія- Одна з найважливіших і великих областей природознавства.
Хімія–це наука про речовини, їх властивості та перетворення.
Предметом хіміїє форми існування об'єктів матеріального світуЗалежно від того, які об'єкти (речовини) хімія вивчає, хімію прийнято ділити на неорганічнуі органічну. Прикладами неорганічних речовин є кисень, вода, кремнезем, аміак і сода, прикладами органічних речовин – метан, ацетилен, етанол, оцтова кислота та сахароза.
Всі речовини, як будівлі, побудовані з цегли. частинокта характеризуються певною сукупністю хімічних властивостей– здатністю речовин брати участь у хімічних реакціях.
Хімічні реакції –це процеси утворення складних за складом речовин із більш простих, перехід одних складних речовин в інші, розкладання складних речовин на дещо простіших за складом речовин. Іншими словами, хімічні реакції– це перетворення одних речовин на інші.
В даний час відомо багато мільйонів речовин, до них постійно додаються нові речовини – як відкриті у природі, і синтезовані людиною, тобто. одержані штучним шляхом. Число хімічних реакцій не обмежене, тобто. безмірно велике.
Згадаймо основні поняття хімії – речовина, хімічні реакціїта ін.
Центральним поняттям хімії є поняття речовина. Кожна речовина має унікальним набором ознак- фізичних властивостей, що визначають індивідуальність кожної конкретної речовини, наприклад, щільність, колір, в'язкість, леткість, температуру плавлення та кипіння.
Всі речовини можуть знаходитися в трьох агрегатних станах – твердому (лід), рідкому (вода) та газоподібному (Пар), що залежать від зовнішніх фізичних умов. Як бачимо, вода H 2 Oпредставлена у всіх заявлених станах.
Хімічні властивості речовини від агрегатного стану не залежать, а ось фізичні властивості, навпаки, залежать.Так, у будь-якому агрегатному стані сірка Sпри згорянні утворює сірчистий газ SO 2, тобто. виявляє одну і ту ж хімічну властивість, але властивості фізичні сіркидуже різні в різних агрегатних станах: наприклад, щільність рідкої сірки дорівнює 1,8 г/см 3 ,твердої сірки 2,1 г/см 3та газоподібної сірки 0,004 г/см 3 .
Хімічні властивості речовин виявляються та характеризуються хімічними реакціями.Реакції можуть протікати як у сумішах різних речовин, так і всередині однієї речовини. При протіканні хімічних реакцій завжди утворюються нові речовини.
Хімічні реакції зображуються у загальному вигляді рівнянням реакції: Реагенти → Продукти, де реагенти – це вихідні речовини, взяті щодо реакції, а продукти – це нові речовини, що утворилися внаслідок проведення реакції.
Завжди хімічні реакції супроводжуються фізичними ефектами- це може бути поглинання або виділення теплоти, зміни агрегатного стану та фарбування речовин; про протікання реакцій часто судять з цих ефектів. Так, розкладання зеленого мінералу малахітсупроводжується поглинанням теплоти(саме тому реакція йде під час нагрівання), а результаті розкладання утворюється твердий чорний оксид міді (ІІ)та безбарвні речовини – вуглекислий газ CO2 і рідка вода H2O.
Хімічні реакції необхідно відрізняти від фізичних процесів, які змінюють лише зовнішню форму або агрегатний стан 
ня речовини (але не його склад); найбільш поширені такі фізичні процеси, як дроблення, пресування, сумісне сплавлення, змішування, розчинення, фільтрування осаду, перегонка.
За допомогою хімічних реакцій можна отримувати практично важливі речовини, які у природі перебувають у обмежених кількостях ( азотні добрива) або взагалі не зустрічаються ( синтетичні лікарські препарати, хімічні волокна, пластмаси). Іншими словами, хімія дозволяє синтезувати необхідні для життєдіяльності людини речовини. Але хімічне виробництво завдає й багато шкоди навколишньому світу – як забруднень, шкідливих викидів, отруєння флори та фаунитому використання хімії має бути раціональним, дбайливим та доцільним.
blog.сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.
2. Вихідні речовини та методи експериментів
2.1. Вихідні речовини та їх аналіз
Фосфор, фтор і літій вводили у вигляді дигідрофосфату амонію, висушеного при 100 °С, фториду та карбонату літію, висушених при 200 °С. Реактивний оксид нікелю (сірий, нестехіометричний) прожарювали при 900 °C для перетворення на зелений стехіометричний NiO. Реактивний оксид кобальту (+2) використовували у непрожареному вигляді (рентгенофазовим аналізом перевірено, що це дійсно CoO, а не Co3O4). Для введення перехідних металів випробувані інші реагенти: карбонати кобальту і марганцю, ацетат нікелю, а також оксалати марганцю і заліза (+2), осаджені з водних розчинів. Для проведення даної частини експериментів брали розчинні солі: сульфат заліза (+2) та хлорид марганцю (+2), розчиняли їх у гарячій дистильованій воді та приливали до них гарячий розчин оксалату амонію. Після охолодження опади відфільтровували на вирві Бюхнера, промивали дистильованою водою до видалення сульфат- або хлорид-іонів і висушували при кімнатній температурі кілька днів.
Немає впевненості в тому, що ці карбонати, оксалати та ацетат точно відповідають ідеальним формулам: при зберіганні можливі втрата або придбання води, гідроліз, окиснення. Тому потрібно було провести їх аналіз. Для цього по три паралельні проби кожної з вихідних речовин проколювали до постійної маси і зважували у вигляді оксидів. Температуру прожарювання вибирали на основі літературних даних про стабільність вагових форм: для отримання Fe 2 O 3 , NiO - 900 ° С, для отримання Co 3 O 4 і Mn 2 O 3 - 750 °С.
2.2. Проведення синтезів
При нагріванні фториду літію з дигідрофосфатом амонію можливе випаровування фтороводню. Тому проведення синтезу в одну стадію навряд чи можливе. Спочатку потрібно отримати LiMPO 4 і лише після повного видалення води можна додавати фторид літію.
Отже, можна назвати дві стадії.
(1) 2NH 4 H 2 PO 4 +Li 2 CO 3 + 2MO ® 2 LiMPO 4 + 2NH 3 + CO 2 + 2H 2 O.
Тут MO - це або оксид (NiO, CoO), або з'єднання, що розкладається до оксиду.
(2) LiMPO 4 + LiF ® Li 2 MPO 4 F
Наважки речовин змішували і розтирали в яшмовій ступці до повної однорідної маси, потім пресували таблетки, витримували при температурі 150-170 °C 2 години для видалення більшої частини летких компонентів (якщо відразу нагріти до вищих температур, то відбувається поплавлення і однорідність таблетки) . Потім температуру поступово підвищували, періодично перетираючи суміш до отримання практично чистих LiMPO 4 . Випали проводили або в печі муфельної, або в інертній атмосфері в трубчастій печі.
Зважаючи на відсутність інертних газів у балонах, довелося отримувати азот нагріванням водного розчину хлориду амонію та нітриту барію. Колба, в якій відбувалася основна реакція з отримання азоту (екзотермічна реакція, невелике нагрівання), з'єднувалася з двома промивалками з сірчанокислим розчином біхромату калію для уловлювання можливих домішок аміаку і оксиду азоту, далі йшла накаливаемая трубка з пористими медами. азоту, потім з силікагелем для грубої осушки і дві промивалки з концентрованою сірчаною кислотою для повнішого уловлювання водяної пари. Ці промивалки з'єднувалися з трубкою, в якій знаходилися суміші речовин у спресованому вигляді у нікелевих човниках. Спочатку через установку пропускали триразовий обсяг азоту видалення повітря і потім починали нагрівання. Після завершення випалу зразки охолоджували на струмі азоту, щоб уникнути окислення повітрям.
Продукти перевіряли рентгенофазовим аналізом і переходили до другої стадії експериментів, для цього отримані таблетки перетирали з розрахованої наважкою фториду літію і, спресувавши, продовжували випал або в печі муфельної, або в інертній атмосфері в трубчастій печі за вже розглянутою технологією. Щоб забезпечити повніше зв'язування фосфату, фторид літію вводили п'ятивідсотковому надлишку. Цей надлишок становить лише 0,7 мас. % суміші і менш істотний, ніж домішка не прореагував фосфату.
2.3. Рентгенографія
Рентгенофазовий аналіз проводився на дифрактометрі ДРОН - 2.0 у мідному Ка - випромінюванні. Дане випромінювання не дуже підходить для сполук, в яких присутні залізо і особливо кобальт, оскільки воно сильно поглинається атомами цих елементів і збуджує власне рентгенівське випромінювання. В результаті дифракційні максимуми послаблюються і різко зростає фон. Тому знижується чутливість фазового аналізу, зменшується кількість відбитків, що спостерігаються, і погіршується точність їх вимірювання через сильні флуктуації інтенсивності. Щоб подолати ці труднощі, слід використовувати рентгенівську трубку з іншим анодом, наприклад, кобальтовим (але тоді виникли ті ж проблеми зі сполуками марганцю) або встановити монохроматор на дифрагированном пучку. Але ми не мали такої можливості, тому для зменшення статистичних помилок зйомку кобальтової сполуки доводилося повторювати по кілька разів.
Під час фазового аналізу застосовувалася база порошкових дифракційних даних PDF-2.
З неочищеної нафти, що видобувається з надр землі, одержують шляхом перегонки різні нафтові та воскоподібні продукти. У косметиці використовують, насамперед, рідку текучу парафінову (або білу) олію, в'язкий щільний вазелін, твердий, воскоподібний гірський віск (або озокерит) і більш чистий парафін.
Парафінова олія - прозора олійна речовина без запаху і смаку, яка може бути різної щільності.
Вазелін являє собою білу, в'язку, липку олійну речовину, що не має запаху. У такому вигляді його застосовують як мазі для масажу, а також як основу для приготування різних лікарських мазей.
Озокерит та парафін – тверді змінної щільності білі речовини.
Всі ці сировинні продукти, що отримуються з нафти, знаходять широке застосування в косметичній промисловості завдяки їх дешевій ціні та стійкості при зберіганні. Вони не можуть легко вбиратися в шкіру, але є прекрасним вихідним матеріалом для виготовлення, наприклад, гелю і косметичного молочка, а також і для декоративної косметики.
Природні олії завдяки наявності в них ненасичених зв'язків менш в'язкі і більш плинні, ніж жири. І олії, і жири - це складні ефіри жирних кислот та гліцерину; у природі вони завжди зустрічаються у вигляді різних сумішей. Природні жири швидко псуються через свою хімічну ненасиченість. Тому їх часто гідрують, приєднуючи ненасиченими зв'язками атоми водню. У такому вигляді жир стає твердим і краще зберігається, проте одночасно стає менш придатним для використання в косметиці Вілламо Х. Косметична хімія. - М.: Світ, 1990.
Жири рослинного та тваринного походження ще використовуються для виготовлення косметичних речовин, хоча з вищезгаданих причин вони все більше поступаються місцем синтетичним речовинам, жирним кислотам, жирним спиртам та ін. Найважливішими рослинними та тваринними маслами і жирами є наступні (табл.1) у виробництві. / За ред. Селіванова М.І. - М: Хімія, 2000.
Таблиця 1 Рослинні та тваринні олії та жири
Крім наведених вище знаходять застосування також деякі інші природні масла, оскільки в них містяться певні додаткові речовини. Як приклад можна навести такі.
Черепахова олія у сирому вигляді жовтого кольору і має дуже неприємний запах (його отримують шляхом екстрагування зі статевих органів та м'язів одного з видів черепах). У ньому містяться, зокрема, вітаміни А, О, К і Н, а також лінолева та ліноленова кислоти. Після очищення воно стає придатним для вживання косметичною сировиною.
Норкова олія, подібно до попереднього, є тваринним маслом, насиченим вітамінами (його отримують з м'язів норки).
У олії з пророслого пшеничного насіння крім масел завжди міститься ще 2-12% жирних кислот. Воно добре зберігається і багате, зокрема, вітаміном Е, каротином, лінолевою та ліноленовою кислотами, ергостерином, а також містить у невеликій кількості вітамін До.
Найважливішим натуральним воском, що використовується у виготовленні гелів, є бджолиний віск. Це тверда жовта або (відбілена) біла в'язка речовина. У бджолиному воску міститься 72% різних натуральних восків (воскових ефірів), близько 14% вільних високомолекулярних жирних кислот, вільних жирних спиртів та ін.
Карнаубський віск одержують із листя карнаубської пальми. Це найтвердіший з натуральних восків. Він добре поєднується з багатьма жирами, маслами, восками тощо, підвищуючи їх температуру плавлення і збільшуючи твердість композиції.
Вовняний жир - це жироподібна речовина, одержувана з вовни в результаті її миття. Коли до вовняного жиру додають 25% води, отримують речовину, зване ланоліном. Сирий ланолін за кольором жовто-коричневий, а в очищеному вигляді майже білий. У ньому міститься велика кількість холестерину (значною мірою етерифікованого різними жирними кислотами), різних восків, а також вільних високомолекулярних жирних кислот та жирних спиртів.
Таким чином, очищений ланолін цілком придатний як вихідна сировина. Крім того, з нього виготовляють для різних цілей усілякі продукти, як, наприклад, ланолінове масло, різноманітні фракції ланоліну.
Всі природні жири та олії є тригліцеридами, тобто ефірами триосновного спирту гліцерину. У природі немає жирів та олій, у яких гліцерин був би етерифікований лише однією жирною кислотою; природні жири завжди є ефірами двох чи кількох жирних кислот.
Тварини жири (такі, як сало) та рослинні жири можна за високої температури і тиску гідролізувати за допомогою води на жирні кислоти та гліцерин. Внаслідок цього отримують головним чином стеаринову кислоту, пальмітинову кислоту та міристинову кислоту. Всі три кислоти – тверді воскоподібні речовини без кольору та запаху. У такому вигляді вони є прекрасною сировиною для приготування кремів, гелів і різних емульсій.
У натуральних оліях, крім наведених вище кислот, містяться також ненасичені жирні кислоти, такі, наприклад, як олеїнова кислота з одним подвійним зв'язком, лінолева кислота з двома подвійними зв'язками та ліноленова кислота з трьома подвійними зв'язками. Ненасичені жирні кислоти та їх ефіри є рідкими за кімнатної температури. Завдяки наявності в них подвійних зв'язків вони дуже чутливі до реакцій розкладання, наприклад, до дії мікробів, і легко розпадаються більш дрібні молекули, що часто мають неприємний запах. Таким чином, вони швидко псуються. Тому їх зазвичай гідрують по подвійним зв'язкам, і з трьох вищеназваних ненасичених жирних кислот утворюється стеаринова кислота; одночасно всі вони стають твердими, чому цей метод називається затвердінням жирів.
Віск утворюється з ефіру низькомолекулярної карбонової кислоти, наприклад оцтової та макромолекулярного так званого жирного спирту; жирні спирти одержують, зокрема, шляхом розкладання натуральних восків. Для приготування гелів найважливішими сировинними речовинами є стеариновий і цетиловий спирт.
Ці порівняно високомолекулярні сполуки, одержувані внаслідок переробки натуральних жирів і восків, широко використовують у косметиці. Вони є воскоподібними або жироподібними речовинами, що добре лягають на шкіру. Вони легко змішуються зі шкірним салом і створюють прекрасне доповнення до основ кремів, гелів та інших засобів, покращуючи їх властивості.
Як було зазначено раніше, натуральні жири, олії та воски завжди являють собою суміші, що містять велику кількість різних органічних сполук. Тому залежно від місця походження та інших факторів середовища вони різняться за своїм складом та властивостями. Сучасна промисловість прагне, проте, виробляти косметичні вироби постійної якості, тому стійкі синтетичні речовини помітно потіснили власне натуральні продукти.
Шляхом переробки натуральних жирів та восків отримують, як було викладено вище, необхідні для промислового виробництва жирні кислоти, жирні спирти та, звичайно, гліцерин. З'єднуючи їх знову синтетичним способом, отримують чисті та зі стійкими характеристиками жири та воски. Відповідно до походження та способу виготовлення їх називають напівсинтетичними продуктами.
З синтетичних восків можна назвати ефіри стеаринової, пальмітинової та міристинової кислот, які отримують у великій кількості з природних речовин. Другим компонентом у них є найчастіше ізопропіловий спирт.
Силікони є дуже важливою групою синтетичних жирових і воскоподібних сировинних речовин. Ці речовини мають у своїй основі ланцюг атомів кремнію і кисню, що чергуються, до якої приєднані бічні органічні групи. Як приклад силіконів можна навести силіконове масло, яке є відносно низькомолекулярним похідним метилсилоксану.
Говорячи про властивості силіконів, слід зазначити, що вони стійкі при зберіганні і, крім того, добре переносяться організмом. Вони не розм'якшуються зі зростанням температури (це дуже важливо для використання їх як рідкий компонент щільної косметики), добре змішуються зі шкірним салом і при рясному вживанні утворюють водовідштовхувальну плівку.
Поліспирт (поліол) - це органічна сполука, в молекулі якої міститься більше однієї гідроксильної групи ВІН. Етиленгліколь і гліцерин, що мають відповідно дві та три групи ВІН, є найпростішими поліспиртами. До цієї групи належать також і всі цукри та різні похідні гліколю, такі, як, поліетиленгліколі, які вже розглядалися вище. У гелях поліспірти використовуються як зволожувачі; у цьому сенсі найбільш важливими є гліцерин, пропіленгліколь, сорбіт та фруктоза.
До колоїдів можна віднести різноманітні речовини рослинного та тваринного походження, які утворюють з водою колоїдні розчини; багато хто з них є полісахаридами. З колоїдів, які мають полісахаридну основу, можна згадати такі (табл. 2).
Таблиця 2 Колоїди, що мають полісахаридну основу
Клеї зазвичай є продуктами рослинного походження. Тут вказано лише незначну частину рослинних клеїв. Добре відомий агар-агар, що належить до групи альгінатів; його одержують із морських водоростей і використовують для виробництва солодощів мармеладного типу.
Декстран виготовляється за допомогою деяких мікроорганізмів із тростинного цукру. Це полімер, молекулярна маса якого коливається між 75000 і 1000000. Крім того, що він використовується як замінник плазми крові, його можна застосовувати, наприклад, для регулювання в'язкості розчинів.
Целюлози є широко вживаною і досить різноманітною групою речовин, з якої вище наведено лише три приклади. З різноманітних форм застосування для цілей косметики важливими є їх функції регулятора в'язкості розчинів та стабілізатора емульсій.
Колоїдами, що мають білкову основу, є, зокрема, желатин, що отримується з кісток і шкір, соєві та кукурудзяні білки, казеїн - білкова речовина молока, а також альбумін, який одержують з яєчного білка.
Для колоїдів характерно те, що вони придатні для утворення гелів та збільшення в'язкості розчинів та емульсій.
У сучасній емульсійній техніці використовують різні типи целюлози, головним чином як стабілізатори. Їх застосовують також як основний компонент масок для обличчя, а також у різних препаратах для догляду за волоссям.
Крім того, білкові колоїди застосовують у препаратах для догляду за шкірою, оскільки вони побудовані з амінокислотних ланцюгів різної довжини і, залежно від способу обробки, можуть також містити вільні амінокислоти; таким чином, їх можна порівнювати з білковими гідролізатами Хімія для косметичної продукції. / За ред. Ованесяна П.Ю. - Красноярськ: Березня, 2001. .
Вихідні речовини Активований комплекс Продукти реакції - розділ Хімія, Загальна хімія Для Освіта Активного Комплексу Потрібно подолати Деякий Енергетичний...
Енергія активації Е А – один із основних параметрів, що характеризує швидкість хімічної взаємодії.Вона залежить від природи речовин, що реагують. Чим більша Е А, тим менша (за інших рівних умов) швидкість реакції.
Зазвичай реакції між речовинами з міцними ковалентними зв'язками характеризуються великими значеннями Е і йдуть повільно, наприклад:
Низькими значеннями Е і дуже великими швидкостями характеризуються іонні взаємодії розчинах електролітів. Наприклад:
Ca +2 + SO = CaSO 4 .
Пояснюється це тим, що різноіменно заряджені іони притягуються один до одного і не потрібно витрат енергії на подолання сил відштовхування частинок, що взаємодіють.
Кінець роботи -
Ця тема належить розділу:
Загальна хімія
Державний освітній заклад вищої професійної освіти.. тюменський державний нафтогазовий університет.
Якщо Вам потрібний додатковий матеріал на цю тему, або Ви не знайшли те, що шукали, рекомендуємо скористатися пошуком по нашій базі робіт:
Що робитимемо з отриманим матеріалом:
Якщо цей матеріал виявився корисним для Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку в соціальних мережах:
| Твітнути |
Всі теми цього розділу:
Загальна хімія
Курс лекцій Тюмень 2005 УДК 546 (075) Севастьянова Г.К., Карнаухова Т. М. Загальна хімія: Курс лекцій. - Тюмень: ТюмДНГУ, 2005. - 210 с.
Основні закони хімії
1. Закон збереження маси речовин (М.В. Ломоносов; 1756): маса речовин, що вступили в реакцію, дорівнює масі речовин, що утворилися в результаті реакції. 2. За
загальні положення
Згідно з сучасними уявленнями, атом – це найменша частка хімічного елемента, яка є носієм його хімічних властивостей. Атом електрично нейтральний і складається з позитивно зарядженого
Розвиток уявлень про будову атома
До кінця 19 століття більшість вчених представляла атом як нерозкладну і неподільну частинку елемента - "кінцевий вузол" матерії. Вважалося також, що атоми незмінні: атом даного елемента
Модель стану електрона в атомі
Відповідно до квантово – механічними уявленнями, електрон – це освіту, яке поводиться як частка, як і хвиля, тобто. він має, як і інші мікрочастинки, корпускул.
Квантові числа
Для характеристики поведінки електрона в атомі введено квантові числа: головне, орбітальне, магнітне та спинове. Головне квантове число n визначає енергію електрона на енергетичес
Електронні конфігурації (формули) елементів
Запис розподілу електронів в атомі за рівнями, підрівнями та орбіталями отримав назву електронної конфігурації (формули) елемента. Зазвичай електронна формула наводиться для основного
Порядок заповнення електронами рівнів, підрівнів, орбіталей у багатоелектронних атомах
Послідовність заповнення електронами рівнів, підрівнів, орбіталей у багатоелектронних атомах визначають: 1) принцип найменшої енергії; 2) правило Клечковського; 3)
Електронні сімейства елементів
Залежно від того, який рівень останнім заповнюється електронами, всі елементи діляться на чотири типи – електронні сімейства: 1. s – елементи; заповнюється електронами s –
Поняття про електронні аналоги
Атоми елементів з однаковим заповненням зовнішнього енергетичного рівня звуться електронних аналогів. Наприклад:
Періодичний закон та періодична система елементів Д.І. Менделєєва
Найважливішою подією хімії в 19 столітті було відкриття періодичного закону, зроблене в 1869 р. геніальним російським ученим Д. І. Менделєєвим. Періодичний закон у формулюванні Д. І. Менделєєва гласи
Структура періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва
Елементи в періодичній системі розташовуються в послідовності зростання порядкових номерів Z від 1 до 110. Порядковий номер елемента Z відповідає заряду ядра його атома, а також д
Періодична система Д.І. Менделєєва та електронна структура атомів
Розглянемо зв'язок між положенням елемента в періодичній системі та електронною будовою його атомів. У кожного наступного елемента періодичної системи на один електрон більше, ніж у попереднього
Періодичність властивостей елементів
Так як електронна будова елементів змінюється періодично, то періодично змінюються і властивості елементів, що визначаються їх електронною будовою, такі, як атомний радіус,
Теорія методу валентних зв'язків
Метод розроблений У. Гейтлером та Дж. Лондоном. Великий внесок у його розвиток зробили також Дж. Слейтер та Л. Полінг. Основні положення методу валентних зв'язків: 1. Хімічний зв'язок
Ковалентний зв'язок
Хімічний зв'язок між атомами, що здійснюється узагальненими електронами, називається ковалентним. Ковалентний зв'язок (означає – «спільно діючий») виникає за рахунок освіти загального
Насичуваність ковалентного зв'язку
Насичуваність ковалентного зв'язку (валентні можливості атома, максимальна валентність) характеризує здатність атомів брати участь в утворенні певної обмеженої кількості ковалентних св
Спрямованість ковалентного зв'язку
Згідно МВС найбільш міцні хімічні зв'язки виникають у напрямку максимального перекривання атомних орбіталей. Оскільки атомні орбіталі мають певну форму, їх максимал
Полярність та поляризованість хімічного зв'язку
Ковалентний зв'язок, в якому узагальнена електронна щільність (узагальнені електрони, сполучна електронна хмара) симетрична по відношенню до ядер взаємодіючих атомів, називається
Полярність молекул (типи ковалентних молекул)
Слід відрізняти полярність молекули від полярності зв'язку. Для двоатомних молекул типу АВ ці поняття збігаються, як це показано з прикладу молекули HCl. У таких молекулах чим більше рознос
Іонний зв'язок
При взаємодії двох атомів, що мають дуже різні електронегативності, загальна пара електронів може бути практично повністю зміщена до атома з більшою електронегативністю. У ре
Металевий зв'язок
Сама назва «металевий зв'язок» вказує, що мова йтиме про внутрішню структуру металів. Атоми більшості металів на зовнішньому енергетичному рівні містять невелику кількість валент
Гідроксиди
Серед багатоелементних сполук важливу групу складають гідроксиди – складні речовини, що містять гідроксогрупи OH. Деякі з них (основні гідроксиди) виявляють властивості основ - N
Кислоти
Кислоти – це речовини, що дисоціюють у розчинах з утворенням катіонів водню та аніонів кислотного залишку (з позицій теорії електролітичної дисоціації). Кислоти класифікації
Основи
Підставами з позицій теорії електролітичної дисоціації є речовини, що дисоціюють у розчинах з утворенням гідроксид - іонів OH ‾ та іонів металів (виключення NH4OH
Перший закон термодинаміки
Взаємозв'язок між внутрішньою енергією, теплотою та роботою встановлює перший закон (початок) термодинаміки. Його математичний вираз: Q = DU + A, або для беско
Тепловий ефект хімічної реакції. Термохімія. Закон Геса
Усі хімічні процеси супроводжуються тепловими ефектами. Тепловим ефектом хімічної реакції називається теплота, що виділяється або поглинається в результаті перетворення вихідних речовин
Ентропія
Якщо на систему надати зовнішнє вплив, у системі відбуваються певні зміни. Якщо після зняття цього впливу система може повернутися до початкового стану, то процес є
Вільна енергія Гіббса
Усі хімічні реакції зазвичай супроводжуються зміною як ентропії, і ентальпії. Зв'язок між ентальпією та ентропією системи встановлює термодинамічна функція стану, яка називає
Вільна енергія Гельмгольця
Напрямок протікання ізохорних процесів (V = const та Т = const) визначається зміною вільної енергії Гельмгольця, яку називають також ізохорно-ізотермічний потенціал (F): DF =
Закон чинних мас
Залежність швидкості хімічної реакції від концентрації речовин, що реагують, визначається законом діючих мас. Цей закон встановлено норвезькими вченими Гульдбергом і Ваазі в 1867 році.
Залежність швидкості хімічної реакції від температури
Залежність швидкості хімічної реакції від температури визначається правилом Вант-Гоффа та рівнянням Арреніуса. Правило Вант-Гоффа: у разі підвищення температури на кожні 1
Вплив каталізатора
Зміна швидкості реакції під впливом малих добавок особливих речовин, кількість яких у процесі не змінюється, називається каталізом. Речовини, що змінюють швидкість хімії
Загальні уявлення про хімічну рівновагу. Константа хімічної рівноваги
Хімічні реакції, у яких хоча б одне з вихідних речовин витрачається повністю, називаються незворотними, які протікають остаточно. Однак більшість реакцій виявляють
Усунення хімічної рівноваги. Принцип Ле Шательє
Хімічна рівновага залишається незмінною до тих пір, поки постійні параметри, при яких вона втомлена
Фазові рівноваги. Правило фаз Гіббса
Гетерогенні рівноваги, пов'язані з переходом речовини з однієї фази до іншої без зміни хімічного складу, називаються фазовими. До них відносяться рівноваги в процесах випаровування
Глава 6
Хімічна кінетика. Хімічна рівновага.
6.1.Хімічнакінетика.
Хімічна кінетика- розділ хімії, що вивчає швидкості та механізми хімічних процесів, а також їхню залежність від різних факторів.
Вивчення кінетики хімічних реакцій дозволяє як визначати механізми хімічних процесів, і управляти хімічними процесами за її практичної реалізації.
Будь-який хімічний процес є перетворенням реагентів на продукти реакції:
реагенти→ перехідний стан→ продукти реакції.
Реагенти (вихідні речовини) - Речовини, що вступають у процес хімічної взаємодії.
Продукти реакції- Речовини, що утворюються в кінці процесу хімічного перетворення. У оборотних процесах продукти прямої реакції є реагентами зворотної реакції.
Необоротні реакції- Реакції, що протікають за цих умов практично в одному напрямку (позначають знаком →).
Наприклад:
CaCO 3 → CaO + CO 2
Оборотні реакції- Реакції, що протікають одночасно в двох протилежних напрямках (позначають знаком).
Перехідний стан (Активований комплекс) - Це стан хімічної системи, що є проміжним між вихідними речовинами (реагентами) та продуктами реакції. У цьому стані відбувається розрив старих хімічних зв'язків та утворення нових хімічних зв'язків. Далі активований комплекс перетворюється на продукти реакції.
Більшість хімічних реакцій є складними і складаються з кількох стадій, званих елементарними реакціями .
Елементарна реакція– одиничний акт освіти чи розриву хімічного зв'язку. Сукупність елементарних реакцій, у тому числі складається хімічна реакція, визначає механізм хімічної реакції.
У рівнянні хімічної реакції зазвичай вказується початковий стан системи (вихідні речовини) та її кінцевий стан (продукти реакції). У той же час фактичний механізм хімічної реакції може бути досить складним і включати цілий ряд елементарних реакцій. До складних хімічних реакцій відносяться оборотні, паралельні, послідовні і інші багатостадійні реакції (ланцюгові реакції , пов'язані реакції та ін.).
Якщо швидкості різних стадій хімічної реакції істотно різняться, швидкість складної реакції в цілому визначається швидкістю найповільнішої її стадії. Таку стадію (елементарну реакцію) називають лімітує стадією.
Залежно від фазового стану реагуючих речовин, розрізняють два типи хімічних реакцій: гомогенніі гетерогенні.
Фазоюназивається частина системи, що відрізняється за своїми фізичними та хімічними властивостями від інших частин системи та відокремлена від них поверхнею розділу. Системи, що складаються з однієї фази, називаються гомогенними системами, з кількох фаз – гетерогенними. Прикладом гомогенної системи може бути повітря, що є сумішшю речовин (азот, кисень та ін.), що знаходяться в однаковій газовій фазі. Суспензія крейди (твердої речовини) у воді (рідина) є прикладом гетерогенної системи, що складається з двох фаз.
Відповідно реакції, в яких взаємодіючі речовини знаходяться в одній фазі, називаються гомогенними реакціями. Взаємодія речовин у таких реакціях відбувається по всьому обсягу реакційного простору.
До гетерогенних реакцій відносять реакції, що протікають на межі поділу фаз. Прикладом гетерогенної реакції може бути реакція цинку (тверда фаза) із розчином соляної кислоти (рідка фаза). У гетерогенній системі реакція завжди відбувається на поверхні розділу двох фаз, оскільки тільки тут реагують речовини, що знаходяться в різних фазах, можуть стикатися між собою.
Хімічні реакції прийнято розрізняти за їх молекулярності, тобто. за кількістю молекул, що у кожному елементарному акті взаємодії . За цією ознакою розрізняють мономолекулярні реакції, бимолекулярні і тримолекулярні.
мономолекулярними називаються реакції, в яких елементарний акт є хімічним перетворенням однієї молекули , наприклад:
Бімолекулярними вважаються реакції, елементарний акт яких здійснюється при зіткненні двох молекул, наприклад:
У тримолекулярних реакціях елементарний акт здійснюється при одночасному зіткненні трьох молекул, наприклад:
Зіткнення більш ніж трьох молекул одночасно практично неймовірно, тому реакції більшої молекулярності практично не зустрічаються.
Швидкості хімічних реакцій можуть суттєво відрізнятися. Хімічні реакції можуть протікати вкрай повільно протягом цілих геологічних періодів, як, наприклад, вивітрювання гірських порід, яке являє собою перетворення алюмосилікатів:
K 2 O · Al 2 O 3 · 6SiO 2 + CO 2 + 2H 2 O → K 2 CO 3 + 4SiO 2 + Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O.
ортоклаз - польовий шпат поташ кварц. пісок каолініт (глина)
Деякі реакції протікають практично миттєво, наприклад, вибух чорного пороху, що є сумішшю вугілля, сірки і селітри:
3C + S + 2KNO 3 = N 2 + 3CO 2 + K 2 S.
Швидкість хімічної реакції служить кількісним мірою інтенсивності її протікання.
У загальному випадку під швидкістю хімічної реакції розуміють кількість елементарних актів реакції, що відбуваються в одиницю часу в одиниці реакційного простору.
Оскільки для гомогенних процесів реакційним простором є обсяг реакційної судини, то
для гомогенних реакційз Швидкість хімічної реакції визначається кількістю речовини, що прореагував в одиницю часу в одиниці обсягу.
Враховуючи, що кількість речовини, що міститься у певному обсязі, характеризує концентрацію речовини, то
швидкість реакції - це величина, що показує зміну молярної концентрації однієї з речовин в одиницю часу.
Якщо при незмінному обсязі та температурі концентрація однієї з реагуючих речовин зменшилася від з 1 до з 2 за проміжок часу від t 1 до t 2 , то, відповідно до визначення, швидкість реакції за даний проміжок часу (середня швидкість реакції) дорівнює:
Зазвичай для гомогенних реакцій розмірність швидкості V[моль/л·с].
Оскільки для гетерогенних реакцій реакційним простором є поверхня , де протікає реакція, то гетерогенних хімічних реакцій швидкість реакції належить до одиниці площі поверхні, де протікає реакція. Відповідно, середня швидкість гетерогенної реакції має вигляд:
де S– площа поверхні, де протікає реакція.
Розмірність швидкості для гетерогенних реакцій – [моль/л·с·м 2 ].
Швидкість хімічної реакції залежить від цілого ряду факторів:
природи реагуючих речовин;
концентрації реагуючих речовин;
тиску (для газових систем);
температури системи;
площі поверхні (для гетерогенних систем);
наявності у системі каталізатора та інших факторів.
Так як кожна хімічна взаємодія є результатом зіткнення частинок, то збільшення концентрації (числа частинок у заданому обсязі) призводить до більш частих зіткнень, і як наслідок, до збільшення швидкості реакції. Залежність швидкості хімічних реакцій від молярних концентрацій реагуючих речовин описується основним законом хімічної кінетики. законом чинних мас , який був сформульований в 1865 Н. Н. Бекетовим і в 1867 К. М. Гульдбергом і П. Вааге .
Закон чинних маскаже: швидкість елементарної хімічної реакції при постійній температурі прямо пропорційна добутку молярних концентрацій реагуючих речовин у ступенях, рівних їх стехіометричним коефіцієнтам.
Рівняння, що виражає залежність швидкості реакції від концентрації кожної речовини, називають кінетичним рівнянням реакції .
Слід зазначити, що закон діючих мас повною мірою застосовується лише до найпростіших гомогенних реакцій. Якщо реакція протікає на кілька стадій, то закон справедливий кожної зі стадій, а швидкість складного хімічного процесу визначається швидкістю реакції, що найбільш повільно протікає, що єлімітує стадією всього процесу.
У випадку, якщо в елементарну реакцію вступають одночасно тмолекул речовини Аі nмолекул речовини У:
mА + nУ = З,
то рівняння для швидкості реакції (кінетичне рівняння)має вигляд:
де k- Коефіцієнт пропорційності, який називається константою швидкості хімічної реакції; [ А А; [B] – молярна концентрація речовини B; mі n– стехіометричні коефіцієнти у рівнянні реакції.
Щоб зрозуміти фізичний зміст константи швидкості реакції , Треба прийняти в написаних вище рівняннях концентрації реагуючих речовин [ А] = 1 моль/л та [ У] = 1 моль/л (чи прирівняти одиниці їх твір), і тоді:
Звідси зрозуміло, що константа швидкості реакції k чисельно дорівнює швидкості реакції, в якій концентрації реагуючих речовин (або їх добуток у кінетичних рівняннях) дорівнюють одиниці.
Константа швидкості реакції kзалежить від природи реагуючих речовин та температури, але не залежить від значення концентрації реагентів.
Для гетерогенних реакцій концентрація твердої фази у вираз швидкості хімічної реакції не включається.
Наприклад, у реакції синтезу метану:
Якщо реакція протікає в газовій фазі, то істотний вплив на її швидкість має зміна тиску в системі, оскільки зміна тиску в газовій фазі призводить до пропорційної зміни концентрації. Так, збільшення тиску призводить до пропорційного зростання концентрації, а зменшення тиску, відповідно, знижує концентрацію газоподібної речовини, що реагує.
Зміна тиску практично не впливає на концентрацію рідких та твердих речовин (конденсований стан речовини) і не впливає на швидкість реакцій, що протікають у рідкій чи твердій фазах.
Хімічні реакції здійснюється за рахунок зіткнення частинок реагуючих речовин. Однак, далеко не всяке зіткнення частинок реагентів є ефективним , тобто. веде до утворення продуктів реакції. Тільки частинки, які мають підвищену енергію – активні частки , здатні здійснити акт хімічної реакції З підвищенням температури збільшується кінетична енергія частинок та збільшується кількість активних, отже, зростає швидкість хімічних процесів.
Залежність швидкості реакції від температури визначається правилом Вант-Гоффа : при підвищенні температури на кожні 10 0 С швидкість хімічної реакції зростає у два – чотири рази.
V 1 – швидкість реакції при початковій температурі системи t 1 , V 2 – швидкість реакції при кінцевій температурі системи t 2 ,
γ – температурний коефіцієнт реакції (коефіцієнт Вант-Гоффа), що дорівнює 2÷4.
Знання величини температурного коефіцієнта дає можливість розрахувати зміну швидкості реакції при збільшенні температури від Т 1 до Т 2 . У цьому випадку можна використати формулу:
Очевидно, що при підвищенні температури арифметичної прогресії швидкість реакції зростає в геометричній прогресії. Вплив температури на швидкість реакції тим значніший, чим більше значення температурного коефіцієнта реакції g.
Слід зазначити, що правило Вант-Гоффа є наближеним і застосовується лише для орієнтовної оцінки впливу невеликих змін температури швидкість реакції.
Енергія, необхідна для протікання реакцій, може бути забезпечена різними впливами (теплота, світло, електричний струм, лазерне випромінювання, плазма, радіоактивне випромінювання, високий тиск тощо).
Реакції можуть поділятися на теплові, фотохімічні, електрохімічні, радіаційно-хімічні та ін При всіх цих впливах зростає частка активних молекул, які мають енергію, рівну або велику мінімально необхідної для цієї взаємодії енергії Е мін.
При зіткненні активних молекул спочатку утворюється так званий активований комплекс , всередині якого відбувається перерозподіл атомів.
Енергія, необхідна збільшення середньої енергії молекул реагують речовин до енергії активованого комплексу, називається енергією активації Еа.
Енергію активації можна розглядати як додаткову енергію, яку мають придбати молекули реагентів, щоб подолати певний енергетичний бар'єр . Таким чином, Е а рарізниці між середньою енергією реагуючих частинок Eвих та енергією активованого комплексу Eхв. Енергія активації визначається природою реагентів. Значення Е аколивається в межах від 0 до 400 кДж. Якщо значення Е аперевищує 150 кДж, такі реакції при температурах, близьких до стандартної, практично не протікають.
Зміна енергії системи у ході реакції може бути графічно представлена за допомогою наступної енергетичної діаграми (рис. 6.1).
|
Мал. 6.1. Енергетична діаграма екзотермічної реакції:
E вих – середня енергія вихідних речовин; E прод - Середня енергія продуктів реакції; E хв – енергія активованого комплексу; E акт – енергія активації; ΔH р – тепловий ефект хімічної реакції
З енергетичної діаграми видно, що різницю між величинами енергії продуктів реакції та енергії вихідних речовин, буде являти собою тепловий ефект реакції.
Е прод. - Е вих. = ΔН р.
Згідно рівняння Арреніуса,чим більше значення енергії активації Eакт, тим більшою мірою константа швидкості хімічної реакції kзалежить від температури:
Е- Енергія активації (Дж/моль),
R - універсальна газова постійна,
T- Температура в К,
А- Константа Арреніуса,
e= 2,718 - основа натуральних логарифмів.
Каталізатори- це речовини, що підвищують швидкість хімічної реакції. Вони вступають у взаємодію з реагентами з утворенням проміжної хімічної сполуки та звільняються наприкінці реакції. Вплив каталізаторів на хімічні реакції називаєтьсякаталізом.
Наприклад, суміш порошку алюмінію та кристалічного йоду при кімнатній температурі не виявляє помітних ознак взаємодії, але достатньо краплі води, щоб викликати бурхливу реакцію:
Розрізняють гомогенний каталіз (каталізатор утворює з реагуючими речовинами гомогенну систему, наприклад, газову суміш) та гетерогенний каталіз (каталізатор та реагують речовини знаходяться в різних фазах і каталітичний процес йде на поверхні розділу фаз).
Для пояснення механізму гомогенного каталізу найбільшого поширення набула теорія проміжних сполук (Запропонована французьким дослідником Сабатьє та розвинена в роботах російського вченого Н.Д. Зелінського). Відповідно до цієї теорії процес, що повільно протікає, наприклад, реакція:
у присутності каталізатора протікає швидко, але у дві стадії. У першій стадії процесу утворюється проміжне з'єднання одного з реагентів з каталізатором A… kat.
Перша стадія:
A + kat = A. ∙. kat.
Отримане з'єднання другої стадії утворює з іншим реагентом активований комплекс [ A.∙.kat.∙.B], який перетворюється на кінцевий продукт ABз регенерацією каталізатора kat.
Друга стадія:
A.∙.kat + B = = AB + kat.
Проміжна взаємодія каталізатора з реагентами спрямовує процес на новий шлях, що характеризується нижчим енергетичним бар'єром. Таким чином, механізм дії каталізаторів пов'язаний із зменшенням енергії активації реакції за рахунок утворення проміжних сполук.
Прикладом може служити реакція, що повільно протікає:
2SO 2 + O 2 = 2SO 3 повільно.
При промисловому нітрозному способі отримання сірчаної кислоти як каталізатор використовується оксид азоту (II), що значно прискорює реакцію:
Широко використовується гетерогенний каталіз у процесах нафтопереробки. Каталізаторами служать платина, нікель, оксид алюмінію та ін Гідрування рослинної олії протікає на нікелевому каталізаторі (нікель на кізельгурі) і т.д.
Прикладом гетерогенного каталізу є окислення SO 2 SO 3 на каталізаторі V 2 O 5 при виробництві сірчаної кислоти контактним методом.
Речовини, що підвищують активність каталізатора називають промоторами (Або активаторами). При цьому, промотори можуть самі і не мати каталітичних властивостей.
Каталітичні отрути - сторонні домішки реакційної суміші, що призводять до часткової або повної втрати активності каталізатора. Так, сліди фосфору і миш'яку викликають швидку втрату каталізатором V 2 O 5 активності реакції окислення SO 2 в SO 3 .
Багато найважливіші хімічні виробництва, такі як одержання сірчаної кислоти, аміаку, азотної кислоти, синтетичного каучуку, ряду полімерів та ін, проводяться в присутності каталізаторів.
Біохімічні реакції в рослинних та тваринних організмах прискорюються біохімічними каталізаторами – ферментами.
Різко уповільнити перебіг небажаних хімічних процесів можна при додаванні в реакційне середовище спеціальних речовин - інгібіторів. Наприклад, для гальмування небажаних процесів корозійного руйнування металів широко використовуються різні інгібітори корозії металів .
6.1.1. Запитання для самоконтролю знань теорії
на тему « Хімічна кінетика»
1. Що вивчає хімічна кінетика?
2. Що прийнято розуміти під терміном "реагенти"?
3. Що прийнято розуміти під терміном "продукти реакції"?
4. Як позначаються у хімічних реакціях оборотні процеси?
5. Що прийнято розуміти під терміном активований комплекс?
6. Що таке елементарна реакція?
7. Які реакції вважаються складними?
8. Яку стадію реакцій називають стадією, що лімітує?
9. Дайте визначення поняття «фаза»?
10. Які системи вважаються гомогенними?
11. Які системи вважаються гетерогенними?
12. Наведіть приклади гомогенних систем.
13. Наведіть приклади гетерогенних систем.
14. Що вважають "молекулярністю" реакції?
15. Що розуміють під терміном швидкість хімічної реакції?
16. Наведіть приклади швидких та повільних реакцій.
17. Що розуміють під терміном "швидкість гомогенної хімічної реакції"?
18. Що розуміють під терміном "швидкість гетерогенної хімічної реакції"?
19. Від яких факторів залежить швидкість хімічної реакції?
20. Сформулюйте основний закон хімічної кінетики.
21. Що являє собою константа швидкості хімічних реакцій?
22.Від яких чинників залежить константа швидкості хімічних реакцій?
23. Концентрація яких речовин не включається до кінетичного рівняння хімічних реакцій?
24. Як залежить швидкість хімічної реакції тиску?
25. Як залежить швидкість хімічної реакції від температури?
26. Як формулюється "Правило Вант-Гоффа"?
27. Що таке «температурний коефіцієнт хімічної реакції»?
28. Дайте визначення поняття "енергія активації".
29. Дайте визначення поняття каталізатор хімічної реакції?
30. Що являє собою гомогенний каталіз?
31. Що являє собою гетерогенний каталіз?
32. Яким чином пояснюється механізм дії каталізатора при гомогенному каталізі?
33. Наведіть приклади каталітичних реакцій.
34. Що таке ферменти?
35. Що таке промотори?
6.1.2. Приклади вирішення типових завдань
на тему «Хімічна кінетика»
Приклад 1. Від площі поверхні дотику речовин, що реагують, залежить швидкість реакції:
1) сірчаної кислоти з розчином хлориду барію,
2) горіння водню в хлорі,
3) сірчаної кислоти з розчином гідроксиду калію,
4) горіння заліза у кисні.
Від площі поверхні дотику речовин, що реагують, залежить швидкість гетерогенних реакцій. Серед наведених реакцій гетерогенної реакції, тобто. характеризується наявністю різних фаз, є реакція горіння заліза (тверда фаза) у кисні (газова фаза).
Відповідь. 3.
приклад 2.Як зміниться швидкість реакції
2Н 2(г) + О 2(Г) = 2Н 2 О (г)
зі збільшенням концентрації вихідних речовин удвічі?
Запишемо кінетичне рівняння реакції, що встановлює залежність швидкості реакції від концентрації речовин, що реагують:
V 1 = k [Н 2] 2 · [Про 2].
Якщо концентрації вихідних речовин збільшити в 2 рази, кінетичне рівняння набуде вигляду:
V 2 = k (2 [Н 2 ]) 2 · 2 [Про 2 ] = 8 k [Н 2] 2 · [Про 2], тобто.
При збільшенні концентрації вихідних речовин удвічі швидкість цієї реакції зросла 8 раз.
Відповідь. 8.
приклад 3.Як зміниться швидкість реакції, якщо загальний тиск у системі СН 4(Г) + 2О 2(Г) = СО 2(Г) + 2Н 2 О (Г) зменшити в 5 разів?
Відповідно до кінетичного рівняння реакції, швидкість цієї реакції визначатиметься:
V 1 = k[СН 4] · [Про 2] 2 .
При зменшенні тиску вп'ятеро концентрація кожної з газоподібних речовин зменшиться також уп'ятеро. Кінетичне рівняння реакції у цих умовах буде таким:
можна визначити, що швидкість реакції зменшилася у 125 разів.
Відповідь. 125.
приклад 4.Як зміниться швидкість реакції, що характеризується температурним коефіцієнтом реакції, що дорівнює 3, якщо температура в системі підвищилася з 20 до 60°С?
Рішення. Відповідно до правила Вант-Гоффа
У разі підвищення температури на 40 0 З швидкість цієї реакції зросла 81 раз
Відповідь. 81.
6.1.3. Запитання та вправи для самопідготовки
Швидкість хімічних реакцій
1. Залежно від фізичного стану реагуючих речовин хімічні реакції поділяють на:
1) екзотермічні та ендотермічні,
2) оборотні та незворотні,
3) каталітичні та некаталітичні,
4) гомогенні та гетерогенні.
2. Вкажіть номер чи суму умовних номерів, під якими наведені гомогенні реакції:
3. Вкажіть номер або суму умовних номерів, під якими наведено вирази, за допомогою яких можна обчислити швидкість гомогенної реакції:
4. Одиницею вимірювання швидкості гомогенної реакції може бути:
1) моль/л·с,
3) моль/л ·,
4) л/моль с.
5. Вкажіть номер чи суму умовних номерів, під якими наведено справедливі вирази. У ході гомогенної реакції
А + 2B® 2 C + D:
1) концентрації Аі Успадають,
2) концентрація Ззростає швидше, ніж концентрація D,
4) концентрація Узменшується швидше, ніж концентрація А,
8) швидкість реакції залишається постійною.
6. Під яким номером показана лінія, що правильно відображає зміну в часі концентрації речовини, що утворюється в реакції:
|
|
|
|
|
|
|
|
7. Зміна в часі концентрації вихідної речовини в реакції, що протікає до кінця, вірноописує крива:
|
|
|
|
|
|
9. Вкажіть номер або суму умовних номерів, під якими наведено реакції, швидкість яких не залежитьвід того, за якою речовиною її обчислюють?
10. Вкажіть номер чи суму умовних номерів, під якими наведені фактори, що впливають на швидкість реакції:
1) природа реагуючих речовин,
2) концентрація реагуючих речовин,
4) температура реакційної системи,
8) присутність каталізатора у реакційній системі.
11. Основний закон хімічної кінетики встановлює залежність швидкості реакції від:
1) температури реагуючих речовин,
2) концентрації реагуючих речовин,
3) природи реагуючих речовин,
4) часу перебігу реакції.
12. Вкажіть номер чи суму умовних номерів, під якими наведено правильні висловлювання. Хімічна кінетика:
1) розділ фізики,
2) вивчає швидкість хімічної реакції,
4) використовує закон чинних мас,
8) вивчає залежність швидкості реакцій від умов їхнього протікання.
13. Я.Х. Вант-Гофф:
1) перший лауреат Нобелівської премії з хімії,
2) вивчав залежність швидкості реакції від температури,
4) вивчав залежність швидкості реакції від концентрації речовин,
8) сформулював закон чинних мас.
14. В однакових умовах швидше протікає реакція:
1) Ca + H 2 O ®
3) Mg + H 2 O ®
4) Zn + H 2 O ®
15. Швидкість виділення водню найбільша у реакції:
1) Zn + HCl (5-відсотковий р-р) ®
2) Zn + НСl (10-відсотковий р-р) ®
3) Zn + HCl (15-відсотковий р-р) ®
4) Zn + HCl (30-відсотковий р-р) ®
16. Концентрація реагуючої речовини не впливаєна швидкість реакції, якщо ця речовина в реакцію взято в:
1) твердому стані,
2) газоподібному стані,
3) розчинений стан.
17. Обчисліть середню швидкість реакції A + B = C (моль/л×с), якщо відомо, що вихідна концентрація становила 0,8 моль/л, а через 10 секунд стала 0,6 моль/л.
1) 0,2, 2) 0,01, 3) 0,1, 4) 0,02.
18. На скільки моль/л зменшилися концентрації речовин A та B у реакції A + 2B® 3 Cякщо відомо, що за цей же час концентрація Ззбільшилася на 4,5 моль/л?
D ЗА D З B
19. Обчисліть середню швидкість реакції 2CO + O 2 2CO 2 (моль/л×с), якщо відомо, що вихідна концентрація CO становила 0,60 моль/л, а через 10 секунд стала 0,15 моль/л. На скільки моль/л змінилася за цей період концентрація CO 2 ?
3) 0,045; 0,045,
20. На скільки градусів потрібно нагріти систему, щоб швидкість реакції, що протікає в ній, збільшилася в 2–4 рази?
1) 150, 2) 10, 3) 200, 4) 50.
21. Швидкість реакції при 20°С дорівнює 0,2моль/л×с. Визначте швидкість реакції при 60°C (моль/л×с), якщо коефіцієнт температури швидкості реакції дорівнює 3.
1) 16,2, 2) 32,4, 3) 8,1, 4) 4,05.
22. Емпіричну залежність швидкості реакції від температури вірновідображає рівняння:
23. Швидкість реакції при 20°С дорівнює 0,08 моль/л×с. Обчисліть швидкість реакції при 0°С (моль/л×с), якщо коефіцієнт температури швидкості реакції дорівнює 2.
1) 0,16, 2) 0,04, 3) 0,02, 4) 0,002.
24. У скільки разів зросте швидкість реакції у разі підвищення температури на 40°С, якщо температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 3?
1) 64, 2) 243, 3) 81, 4) 27.
25. На скільки градусів слід підвищити температуру, щоб швидкість реакції зросла у 64 рази, якщо температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 4?
1) 60, 2) 81, 3) 27, 4) 30.
26. Обчисліть температурний коефіцієнт швидкості реакції, якщо відомо, що при підвищенні температури на 50 о С швидкість реакції зростає в 32 рази.
1) 3, 2) 2, 3) 4, 4) 2,5.
27. Причиною зростання швидкості реакції зі зростанням температури є збільшення:
1) швидкості руху молекул,
2) числа зіткнень між молекулами,
3) частки активних молекул,
4) стабільність молекул продуктів реакції.
28. Вкажіть номер чи суму умовних номерів, під якими наведено реакції, для яких MnO 2 є каталізатором:
1) 2KClO 3 ® 2KCl + 3O 2 ,
2) 2Al + 3I 2 ® 2AlI 3 ,
4) 2H 2 O 2 ® 2H 2 O + O 2 ,
8) 2SO 2 + O 2 ® 2SO 3 .
29. Вкажіть номер чи суму умовних номерів, під якими наведено правильні відповіді. За допомогою каталітичних реакцій у промисловості отримують:
1) соляну кислоту,
2) сірчану кислоту,
4) аміак,
8) азотну кислоту.
30. Вкажіть номер чи суму умовних номерів, під якими наведено правильні відповіді. Каталізатор:
1) бере участь у реакції,
2) використовується тільки у твердому стані,
4) не витрачається в ході реакції,
8) у своєму складі обов'язково містить атом металу.
31. Вкажіть номер чи суму умовних номерів, під якими наведено правильні відповіді. Як каталізатори використовуються:
32. Речовини, що зменшують активність каталізатора, називаються:
1) промоторами,
2) регенераторами,
3) інгібіторами,
4) каталітичними отрутами.
33. Каталітичної не єреакція:
1) (C 6 H 10 O 5) n + n H 2 O ® n C 6 H 12 O 6 ,
целюлоза
2) 2SO 2 + O 2 ® 2SO 3 ,
3) 3H 2 + N 2 ® 2NH 3 ,
4) NH 3 + HCl ® NH 4 Cl.
34. Під яким номером наведено рівняння гомогенного каталізу:
35. Механізм впливу каталізатора чітко відбиває висловлювання. Каталізатор:
1) збільшуючи кінетичну енергію вихідних частинок, збільшує кількість їх зіткнень,
2) утворює з вихідними речовинами проміжні сполуки, що легко перетворюються на кінцеві речовини,
3) не взаємодіючи з вихідними речовинами, спрямовує реакцію по новому шляху,
4) зменшуючи кінетичну енергію вихідних частинок, збільшує кількість їх зіткнень.
36. Роль промотора в каталітичній реакції полягає в тому, що він:
1) зменшує активність каталізатора,
2) збільшує активність каталізатора,
3) веде реакцію у бажаному напрямку,
4) захищає каталізатор від каталітичних отрут.
37. Ферменти:
1) біологічні каталізатори,
2) мають білкову природу,
4) не відрізняються специфічністю дії,
8) прискорюють біохімічні процеси у живих організмах.
38. Гетерогенною є реакція:
39. Вкажіть номер чи суму умовних номерів, під якими наведено правильні відповіді. Щоб збільшити швидкість горіння вугілля: З + O 2 ® СО 2 необхідно:
1) збільшити концентрацію О 2 ,
2) збільшити концентрацію вугілля,
4) подрібнити вугілля,
8) збільшити концентрацію вуглекислого газу.
40. Якщо реагуюча речовина А взята в реакцію: А т + Х газ у твердому стані, то на швидкість реакції впливає:
1) концентрація А,
2) площа поверхні зіткнення А з Х,
4) молярна маса А,
8) концентрація речовини Х.
41. Розмірністю швидкості гетерогенної реакції є:
1) моль/л, 2) моль/см 3 ×с,
3) моль/л×с 4) моль/см2×с.
42. Вкажіть номер чи суму умовних номерів, під якими наведено правильні відповіді. Принцип киплячого шару використовують:
1) для збільшення поверхні дотику реагентів,
2) при випаленні колчедану,
4) у ході каталітичного крекінгу нафтопродуктів,
8) для регенерації активності каталізатора.
43. Найменшу
1) Na + H 2 O ® 2) Ca + H 2 O ®
3) K + H 2 O ® 4) Mg + H 2 O ®
44. На графіку наведено енергетичні діаграми некаталітичної та каталітичної реакції розкладання йодоводороду. Зміна енергії активації відображає енергетичний відрізок:
1) b, 2) c, 3) d, 4) b-c.
45. Найбільшуенергію активації має реакція, що описується схемою:
1) AgNO 3 + KCl ® AgCl + KNO 3 ,
2) BaCl 2 + K 2 SO 4 ® BaSO 4 + 2KCl,
3) 2Na + 2H 2 O ® 2NaOH + 2H 2 ,
6.2. Хімічна рівновага.
Поряд із практично незворотними хімічними реакціями:
СaCl 2 + 2AgNO 3 = Ca(NO 3) 2 + 2AgCl↓ та ін.
відомі численні процеси, коли хімічне перетворення не доходить до кінця, а виникає рівноважна суміш усіх учасників та продуктів реакції, що знаходяться як у лівій, так і у правій частинах стехіометричного рівняння реакції. Так, за стандартних умов оборотною є система:
Розглянемо особливості перебігу оборотних процесів на прикладі системи, яка, загалом, має вигляд:
За умови, що пряма → та зворотна ← реакції протікають в одну стадію, згідно із законом діючих мас значення швидкостей для прямої ( Vпрямий) і зворотній ( Vобр) реакцій описуються такими кінетичними рівняннями:
де kпрям і kобр - константи швидкості, відповідно, прямої та зворотної реакцій.
У початковий час (див. рис. 6.2) концентрації вихідних речовин [A] і [B], отже, і швидкість прямої реакції мають максимальне значення. Концентрації продуктів реакції [З] і [D] та швидкість зворотної реакції в початковий момент дорівнюють нулю. У результаті реакції концентрації вихідних речовин зменшуються, що призводить до зниження швидкості прямої реакції. Концентрації продуктів реакції, а, отже, і швидкість зворотної реакції зростають. Нарешті, настає момент, у якому швидкості прямої і зворотної реакцій стають рівними.
Стан системи, за якого V прям = V обр називається хімічною рівновагою. Ця рівновага є динамічним , оскільки у системі має місце двостороння реакція – у прямому ( Aі B– реагенти, Cі D– продукти) та у зворотному ( Aі B– продукти, C та D- Реагенти) напрямках.
V обр.
Час реакції
Мал. 6.2. Залежність швидкостей прямої та зворотної реакцій
від часу їхнього протікання.
У оборотній системі, яка перебуває у стані рівноваги, концентрації всіх учасників процесу називаються рівноважними концентраціями, тому що при цьому постійно і з однаковою швидкістю протікають як пряма, так і зворотна реакція.
Кількісну характеристику хімічної рівноваги можна вивести, використовуючи відповідні кінетичні рівняння :
Оскільки константи швидкостей реакцій при фіксованій температурі постійні, буде постійним і ставлення
зване константою хімічної рівноваги. Прирівнюючи праві частини кінетичних рівнянь для прямої та зворотної реакцій можна отримати:
де K р- Константа хімічної рівноваги, виражена через рівноважні концентрації учасників реакції.
Константа хімічної рівноваги є відношенням твору рівноважних концентрацій продуктів реакції до твору рівноважних концентрацій вихідних речовин у ступенях їх стехіометричних коефіцієнтів.
Наприклад, для оборотної реакції
вирази для константи рівноваги має вигляд:
Якщо у процесі хімічного перетворення беруть участь дві чи кілька фаз, то виразі для константи рівноваги слід враховувати лише ті, у яких відбуваються зміни концентрацій реагентів. Наприклад, для константи рівноваги для системи
загальна кількість моль газоподібних речовин до і після реакції залишається постійним та тиск у системі не змінюється. Рівновага в даній системі при зміні тиску не зміщується.
Вплив зміни температури на усунення хімічної рівноваги.
У кожній оборотній реакції один із напрямків відповідає екзотермічному процесу, а інший – ендотермічному. Так було в реакції синтезу аміаку пряма реакція – екзотермічна, а зворотна реакція – эндотермическая.
1) концентрації H 2 , N 2 і NH 3 не змінюються з часом,
3) число молекул NH 3 , що розпадаються в одиницю часу, дорівнює половині загального числа молекул H 2 і N 2 , що утворюються за цей час,
4) загальна кількість молекул H 2 і N 2 , що перетворюються на одиницю часу в NH 3 , дорівнює числу молекул NH 3 , що утворюються за цей же час.
49. Вкажіть номер чи суму умовних номерів, під якими наведено правильні відповіді. Хімічну рівновагу в системі: 2SO 2 + O 2 2SO 3 ∆Н ˂0 порушить:
1) зменшення тиску в системі,
2) нагрівання,
4) збільшення концентрації кисню.
50. Вкажіть номер чи суму умовних номерів, під якими наведено правильні відповіді. Щоб змістити рівновагу в системі N 2 + 3H 2 2NH 3 ∆Н ˂0 вліво, треба:
1) ввести в систему H 2
2) видалити із системи NH 3 ,
4) підвищити тиск,
8) збільшити температуру.
51. Для усунення рівноваги реакції 2SO 2 + O 2 2SO 3 ∆Н ˂0 вправо, необхідно:
1) нагріти систему,
2) ввести в систему O 2
4) ввести в систему SO 3 ,
8) зменшити тиск у системі.
52. Правилу (принципу) Ле Шательє не відповідаєтвердження:
1) підвищення температури зміщує рівновагу у бік ендотермічної реакції;
2) зниження температури зміщує рівновагу у бік екзотермічної реакції;
3) підвищення тиску зміщує рівновагу у бік реакції, що веде до збільшення обсягу;
N 2 + O 2 ∆Н ˂0,2H 2 O (пар) , 2NH 3 кат. 3H 2 + N 2 . B,
2) k 1 год = k 2 2 ,
67. На константу рівноваги ( K p) впливає:
1) тиск,
2) температура,
3) концентрація,
4) каталізатор.
