Физическая и коллоидная химия

Учебная литература

это наука, изучающая скорость химических реакций, факторы, влияющие на них, механизм и закономерности рассматриваемых химических процессов.
Химические реакции можно подразделять на два вида: гомогенные и гетерогенные.
Гомогенными называют реакции, протекающие в одной фазной системе.
3H2 (г)+ N2 (г)= 2NH3 (г)
Гетерогенными– реакции в системах, состоящих из двух или большего количества фаз.
Cu(OH)2 (т)+ H2SO4 (р)= CuSO4 (р)+ 2H2O (ж)
Фазой называют совокупность всех частей системы, одинаковых во всех «точках» своего объема по составу и физико- химическим свойствам и отделенных от других частей поверхностью раздела.
Гомогенные реакции протекают во всем объеме системы, а гетерогенные– на поверхности раздела фаз, где частицы реагирующих веществ могут соприкасаться друг с другом.
Химическая кинетика-

Природа реагирующих веществ
Концентрация реагентов
Давление (для газов)
Температура
Катализаторы
Площадь поверхности( для гетерогенных реакций)
Факторы, влияющие на скорость химической реакции:
Основной закон химической кинетики – закон действующих масс:
Открыли К. Гульдберг и П. Вааге, 1864-1867гг
Скорость простой (одностадийной) химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ (в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам).
Для одностадийной реакции
aA + bB = cC + ...
По закону действующих масс
υ= k[A]a[B]b
Данное уравнение определяет зависимость скорости реакции от концентраций реагентов (исходных веществ), называется кинетическим уравнением реакции

Коэффициент пропорциональности k в кинетическом уравнении, показывающий, с какой скоростью протекает реакция при концентрациях реагирующих веществ, равных единице (1 моль/л), называется константой скорости. Константа скорости не зависит от концентраций реагирующих веществ, но зависит от температуры, катализатора и др.
Показатель степени, с которым концентрация данного вещества входит в кинетическое уравнение, называется порядком реакции по этому веществу. Порядком реакции в целом называют сумму порядков реакции по всем реагирующим веществам.
Таким образом, кинетическое уравнение относится к реакции порядка a по веществу A и порядка b по веществу B; порядок реакции в целом равен (a + b).
Лишь в редких случаях экспериментально установленный кинетический порядок совпадает со стехиометрическим коэффициентом вещества в уравнении химической реакции. Это связано с тем, что в большинстве случаев реакция протекает не путем одностадийного прямого перехода частиц исходных веществ в частицы продуктов реакции, а состоит из нескольких простых (элементарных) стадий.

Совокупность элементарных стадий, из которых складывается химическая реакция, называется механизмом химической реакции. Скорость сложной химической реакции в целом определяется скоростью наиболее медленной элементарной реакции; ее называют лимитирующей стадией химического процесса.
Кинетический порядок сложной реакции может быть нулевым (скорость не зависит от концентрации данного реагирующего вещества), первым, вторым , третьим (реакции более высокого порядка, чем третий, неизвестны) и даже дробным . Например, порядок реакции
H2 (г)+ Br2 (г)= 2HBr(г)
По брому равен 1/2 (при малых концентрациях HBr).
Из сказанного следует, что порядок и кинетическое уравнение химической реакции следует устанавливать экспериментально. Классификация химических реакций
Химические реакции бывают простые (состоящие из одного элементарного акта взаимодействия реагирующих частиц) и сложные (состоящие из нескольких отдельных элементарных актов)
Число взаимодействующих в данной реакции частиц (молекул, атомов, ионов) определяет ее молекулярность.
Различают:
Мономолекулярные
I2 =2I
Бимолекулярные
Н2+I2=2HI
Тримолекулярные
2NO+O2=2NO2

Классификация химических реакций
Химические реакции бывают простые (состоящие из одного элементарного акта взаимодействия реагирующих частиц) и сложные (состоящие из нескольких отдельных элементарных актов)
Число взаимодействующих в данной реакции частиц (молекул, атомов, ионов) определяет ее молекулярность.
Различают:
Мономолекулярные
I2 =2I
Бимолекулярные
Н2+I2=2HI
Тримолекулярные
2NO+O2=2NO2

Влияние температуры на скорость химической реакции

Энергию активации находят графическим или аналитическим способом:
Графический метод определения энергии активации. Необходимо иметь несколько значений k при разных T, чтобы построить график ln k = f(T).

Раствор- это однофазная гомогенная система (твердая, жидкая или газообразная), состоящая из двух и более компонентов.
Растворитель – это составная часть раствора, которая преобладает, не изменяющее своего агрегатного состояния в процессе растворения.
Растворенное вещество присутствует в растворе в меньшем , чем растворитель количестве и может изменять свое агрегатное состояние при растворении.
По физико-химической природе растворенного вещества все растворы подразделяют на 2 большие группы:
1. электролиты- растворы, проводящие электрический ток
2. неэлектролиты –растворы, не способные проводить электрический ток.
Коллигативные свойства растворов-
свойства, которые определяются только числом растворенных частиц, а не их природой.
К ним относят:
1.Давление пара над раствором
2. Повышение температуры кипения раствора
3. Понижение температуры замерзания раствора
4. Осмотическое давление
РАСТВОРЫ

Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным паром.
Давление пара, находящегося в равновесии с жидкостью (или твердым телом) называется давлением насыщенного пара.
РА0 - давление насыщенного пара над чистым растворителем,
РА - давление насыщенного пара растворителя над раствором
Растворяя вещество в данном растворителе, мы понижаем концентрацию молекул последнего в единице объема и уменьшаем этим число молекул, вылетающих в единицу времени из жидкой среды в парообразную. В результате этого равновесие между жидкостью и паром установится при меньшей концентрации пара, т.е. при меньшем его давлении. Следовательно, давление пара растворителя над раствором всегда меньше, чем над чистым растворителем. При этом понижение давления пара будет тем больше, чем больше концентрация растворенного вещества в растворе.
Давление насыщенного пара над раствором.
Законы Рауля

15

Осмос
Диффузия – это самопроизвольный процесс выравнивания концентрации растворенного вещества в результате хаотического теплового движения частичек раствора
Односторонняя диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану ( целлофан, пергамент, стенки живых клеток, стенки кишечника) в сторону более концентрированного раствора называется осмосом.
Сила, заставляющая растворитель переходить через полупроницаемую мембрану в раствор называется осмотическим давлением.
Осмотическое давление определяется в осмометрах, основной частью которого является полупроницаемая перегородка из материала, способного пропускать только молекулы растворителя, но не растворенного вещества

Анализируя результаты изучения осмотического давления разных растворов голландский химик Вант Гофф , пришел к выводу: в разбавленных растворах растворитель и растворенное вещество ведут себя подобно газам. Поэтому к разбавленным растворам применимо уравнение состояния идеальных газов в следующей форме:
Росм ·V = nRT
где Росм– осмотическое давление, n – число молей растворенного вещества. Решив это уравнение относительно Росм и произведя замену n/V = C, получают выражение, называемое законом Вант-Гоффа:
Росм = CRT
С – концентрация растворенного вещества, моль/л.
Закон Вант Гоффа: Осмотическое давление разбавленного раствора равно газовому давлению, которое создало бы растворенное вещество, если бы оно в виде газа при той же температуре занимало бы тот же объем, что и раствор.
С увеличением концентрации в растворе увеличивается вероятность процессов ассоциации и диссоциации, влияющих на осмос. Поэтому в данное уравнение Вант Гофф ввел изотонический коэффициент (i),который показывает во сколько раз реально наблюдаемое давление выше теоретического.
Росм = iCRT
Растворы , обладающие одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими.