Тема 2. Термодинамическое равновесие

Химическое равновесие – это такое состояние системы, в которой скорость прямого процесса равна скорости обратного процесса. Характерной чертой химического равновесия является динамичность. Рассмотрим общее термодинамическое условие равновесия.

dF = - pdV – SdT - изохорно – изотермической процесс, энергия Гельмгольца.

dQG = VdV – SdT – изобарно – изотермический процесс, энергия Гиббса.

Для обратимых изобарно – изотермических процессов

dG = 0. Для изохорно – изотермических процессов

dF = 0. Для необратимых процессов, которые протекают в закрытой системе;

dG < 0, т.к dG < - SdT + VdP

dF < 0, т.к dF < - SdT - PdV

Так как самопроизвольные изобарно и изохорно – изотермические процессы сопровождаются уменьшением G и F, то равновесие в таких системах наступит при наименьшим значением этих функций:

( ∂G )_P,T = 0; ( ∂² G )_P,T > 0 условия равновесия

( ∂F )_V,T = 0; (∂² F )_V,T > 0

Для того, чтобы оценить возможность самопроизвольного протекания реакции и охарактеризовать удаленность системы от состояния равновесия (а также найти величину полезной работы, которую можно получить при обратимом проведении реакции), надо рассчитывать для превращения стехиометрических количеств веществ в реакционной смеси данного состава при постоянных Р и Т.

Решение практических примеров и задач

1. Вычислить константу равновесия реакции:

NH₃( ) + HCl( ) = NH₄Cl_(K)

2. Вывести уравнения изобары и изохоры химической реакции.

3. О пределить константу равновесия К_а при 700К реакции: SO₂ +½O₂ ↔ SO₃

4. Д ля реакции CO + H₂O = CO₂ + H₂ определить К_Р как функцию температуры

Вопросы для компьютерного тестирования

1. Характерная черта химического равновесия:

динамичность

постоянность

непостоянность

нединамичность

самопроизвольность

2. Определите условия равновесие для обратимых изобарно-изотермических процессов:

dG = 0

dF = 0

dV = 0

dG = const

dF = const

3. При химическом равновесии:

V_np = V_обр

V_np > V_обр

V_np < V_обр

P = const

V = const

4. Укажите энергию Гиббса:

dG = VdP - SdT

dF = - pdV - SdT

dV = 0

dH = nC_pdT

S =

5. Определите константу равновесия, выраженную через парциальное давление:

К_Р

К_С

К_т

К

К_Р > 0

6. Укажите условие для необратимых процессов:

dG < 0, dF < 0

dG = 0

dF = 0

dG = const

dF = const

Тема 3 Коллоидные состояния

Коллоидами называют особое состояние вещества, с которым связан ряд характерных свойств его. (Колла – по гречески клей). Например, в обычных условиях типичный кристалоид поваренная соль, в бензоле образует коллоидный раствор, или мыло образующее коллоидный раствор в воде, обнаруживает в спирте свойства кристалоида.

Коллоидные системы представляют собой частный вид дисперсных систем. Коллоиды имеют высокую степень дисперсности, размер частиц составляет от 10 до 2000A⁰. Коллоидные системы по степени дисперсности частиц может быть помещены между грубодисперсными системами и истинными растворами. Коллоидные системы являются гетерогенными системами, т.к. частицы дисперсной фазы составляют самостоятельную фазу, обладающую некоторой поверхностью, отделяющей ее от дисперсионной среды. Вследствие малого размера частиц общая поверхность в коллоидных системах очень велика.

В строительном производстве цемент и некоторые вяжущие вещества проходят при твердении через коллоидное состояние.

Существуют три типа внутренней структуры первичных частиц коллоидных размеров.

Первый тип –суспензоиды (лоифобные коллоиды), к ним относятся коллоидные растворы металлов, их оксидов, гидроксидов, сульфидов и других солей.

Второй тип –мицеллярные коллоиды, где мицеллы представляют собой скопление правильно расположенных молекул, удерживаемых преимущественно дисперсионными силами. Образование мицелл характерно для водных растворов моющих веществ, органических красителей с большими молекулами.

Третий тип –молекулярные коллоиды или обратимые лоифильные коллоиды.

К ним относятся природные и синтетические высокомолекулярные вещества с высокой молекулярной массой.

Размеры коллоидных частиц в коллоидно-дисперсных системах настолько велики по сравнению с молекулами дисперсной среды, что между ними образуется поверхность раздела.

То или иное вещество может быть получено в коллоидном состоянии при следующих условиях:

1. Размеры частиц вещества доводят до коллоидных размеров двумя методами: а) раздроблением (дисперсионные меетоды); б) укрупнением молекул, атомов или ионов до частиц коллоидного размера (конденсационные методы);

2. Для воспрепятствования слипанию частиц при их взаимном столкновении в растворе необходимо присутствие стабилизаторов (ионов, электролитов, которые на поверхности коллоидной частички образуют ионно-гидратную оболочку );

3. Коллоидные частицы (дисперсная фаза) должны обладать плохой растворимостью в дисперсной среде, хотя бы в момент их получения.

При соблюдений этих условий коллоидные частицы приобретают электрический заряд и гидратную оболочку, что препятствует выпадению их в осадок.

Решение практических примеров и задач

1. Классификация дисперсных систем, привести примеры.

2. Образование коллоидов в природе, виды коллоидных веществ.

3.Понятие о структурной единице многокомпонентной дисперсной системы.

4.Количественная характеристика дисперсности коллоидных систем.

5.Лиофильность и лиофобность коллоидов.

6.Агрегативная и кинетическая устойчивость коллоидных систем.

Вопросы для компьютерного тестирования

1. Коллоидные системы характеризуются:

степенью дисперсности

степенью чистоты

степенью свободы

количеством веществ

качеством веществ

2. Дисперсными системами называют:

одно вещество распределено в среде другого в виде очень мелких частиц

одно вещество распределено в среде другого в виде крупных частиц

одно вещество не распределено в среде другого

одно вещество не распределено в среде другого в виде очень мелких частиц

одно вещество не распределено в среде другого в виде крупных частиц

3. Дисперсную фазу составляют:

совокупность мелких частиц

совокупность крупных частиц

в) совокупность твердых веществ

г) совокупность газообразных веществ

д) совокупность жидких веществ

4.В коллоидных системах частицы не могут быть обнаружены с помощью:

обычного микроскопа

ареометра

термометра

пикнометра

рефрактометра

5.Коллоидные растворы отличаются от истинных растворов:

особым состоянием вещества

особым составом вещества

по температуре кипения

по внешнему виду

по количественному составу

6.Коллоидные растворы имеют:

сильное развитие поверхности

слабое развитие поверхности

поверхность изменяется

поверхность не изменяется

большое поверхностное натяжение