Тема №2. Химическая термодинамика и кинетика.

Основные понятия и определения термохимии. Функции состояния системы.

Термохи́мия — раздел химической термодинамики, в задачу которой входит определение и изучение тепловых эффектов реакций, а также установление их взаимосвязей с различными физико-химическими параметрами. Ещё одной из задач термохимии является измерение теплоёмкостей веществ и установление их теплот фазовых переходов.

Важнейшей величиной в термохимии является стандартная теплота образования (стандартная энтальпия образования). Стандартной теплотой (энтальпией) образования сложного вещества называется тепловой эффект (изменение стандартной энтальпии) реакции образования одного моля этого вещества из простых веществ в стандартном состоянии. Стандартная энтальпия образования простых веществ в этом случае принята равной нулю.

Основными экспериментальными методами термохимии являются калориметрия, дифференциальный термический анализ, дериватография.

Закон Кирхгофа устанавливает зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры: температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции равен изменению теплоёмкости системы в ходе реакции. Закон Кирхгофа лежит в основе расчёта тепловых эффектов при разных температурах.

Химическая термодинамика изучает состояния системы, которые характеризуются ее физическими и химическими свойствами (V, p, T, химический состав и т.д.). В термодинамике систему характеризуют при помощи функций состояния.Функция состояния – величина, определяемая параметрами состояния, однозначно характеризующая систему и не зависящая от пути достижения данного состояния данной системой.Свойства функций состояния:

1. Функция состояния системы не зависит от предыстории, т.е.пути достижения данного состояния (температура, объем и т.д.) данной системой (состав, количество).2. Функция состояния есть величина аддитивная: функция состояния целого (системы) равна сумме функций состояния ее частей.3. Абсолютное значение функции состояния f определить, как правило, нельзя, но ее изменение (Df) при переходе системы из одного состояния в другое - величина определенная и измеряемая.

Энтальпия. Закон Гесса. Термохимические расчёты.

Энтальпи́я, также тепловая функция и теплосодержание — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц

Закон Гесса - Тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути ее протекания

Термохимические расчёты производятся, используя или закон Гесса, согласно которому тепло­вой эффект процесса не зависит от его пути, а определяется лишь природой и состоянием исход­ных веществ и продуктов процесса, или,чаще всего, следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции равен сумме теплот (энтальпий ) образования продуктов за вычетом суммы теплот ( эн­тальпий ) образования реагентов.

Кинетика химических процессов. Основные понятия и определения. Гомогенные и гетерогенные реакции.

Химическая кинетика или кинетика химических реакций — раздел физической химии, изучающий закономерности протекания химических реакций во времени, зависимости этих закономерностей от внешних условий, а также механизмы химических превращений.

Предметом химической кинетики является изучение всех факторов, влияющих на скорость как суммарного процесса, так и всех промежуточных стадий.

Основные понятия

Гомогенная реакция — реакция, в которой реагирующие вещества находятся в одной фазе.

Гетерогенная реакция — реакция, происходящая на границах раздела фаз – между газообразным веществом и раствором, между раствором и твёрдым веществом, между твёрдым и газообразным веществами.

Реакция называется простой, если продукт образуется в результате непосредственного взаимодействия молекул (частиц) реагентов.

Реакция называется сложной, если конечный продукт получается в результате осуществления двух и более простых реакций (элементарных актов) с образованием промежуточных продуктов

Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость реакции.

Ско́рость хими́ческой реа́кции — изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства

Для гомогенных, гетерогенных реакций:1) концентрация реагирующих веществ;2) температура;3) катализатор;4) ингибитор.

Только для гетерогенных:1) скорость подвода реагирующих веществ к поверхности раздела фаз;2) площадь поверхности.

Главный фактор – природа реагирующих веществ – характер связи между атомами в молекулах реагентов.

Химическое равновесие. Принцип Ле-Шателье.

Химическое равновесие — состояние химической системы, в которой протекает одна или несколько химических реакций, причем скорости в каждой паре прямой-обратной реакции равны между собой

При́нцип Ле Шателье́ — Бра́уна (1884 г.) — если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные в сторону противодействия изменениям.

Цепные реакции. Фотохимические процессы.

Цепная реакция в химии — реакция, в ходе которой исходные вещества вступают в цепь превращений с участием промежуточных активных частиц (интермедиатов) и их регенерацией в каждом элементарном акте реакции.

Фотохи́мия — часть химии высоких энергий, раздел физической химии — изучает химические превращения (химия возбужденных состояний молекул, фотохимические реакции), протекающие под действием света в диапазоне от дальнего ультрафиолета до инфракрасного излучения

Гомогенный и гетерогенный катализ. Автокатализ. Ферментативный катализ

Катализом называют явление изменения скорости химической реакции под воздействием катализаторов. Реакции, протекающие с участием катализаторов, называют каталитическими.

Гомогенный – это такой катализ, когда катализатор и все реагирующие вещества находятся в одной фазе.

Автокатализ — катализ химической реакции одним из её продуктов или исходных веществ. Одним из наиболее широко известных примеров автокатализа является окисление щавелевой кислоты перманганатом

Ферментативный катализ – каталитические реакции, протекающие с участием ферментов – биологических катализаторов белковой природы