7 Вопрос: Понятие химическое вещество и химическая реакция. Основные типы химических реакций.

1. Химическое вещество – эта любая совокупность атомов и молекул. Химическое вещество характеризуется составом и строением.

Состав бывает качественный и количественный.

Качественный состав – это те элементы, из которых состоит вещество Н2О→Н и О

Количественный состав – это соотношение между элементами: 2 атома Н и 1 атом О.

Строение вещества– это порядок связей между атомами, характер этих связей и взаимное расположение атомов в пространстве. Например: Н2О – молекулярная формула, Н–О–Н структурная формула

Химические вещества бывают простые и сложные.

Простое вещество состоит из атомов одного элемента. Сложное вещество состоит из атомов различных элементов.

Химическое свойство в-ва – это способность вступать во взаимодействие с другими веществами или претерпевать иные изменения, приводящие к образованию новых веществ с иным составом и строением и свойствами.

Явления , при которых из одних веществ образуются другие, называются химическими явлениями или химическими реакциями.

Химические реакции записываются при помощи уравнения.

А+В=С+Д, А и В – исходные в-ва (реагенты) С и Д – конечные в-ва (продукты реакции)

8 Вопрос: Классификация химических реакций.

I. В зависимости от механизма реакции могут быть отнесены к простым и сложным.

Простые реакции — это реакции, включающие один химический этап. Это крайне редкий случай. Как правило, химический про­цесс - это сложная реакция, причем в ней на промежуточных ста­диях участвуют активированные комплексы, свободные радикалы, ионы.

Сложные реакции — это реакции, включающие более одного химического этапа. К сложным реакциям относятся параллельные, последова­тельные и сопряженные реакции.

1) Если исходное вещество одновременно участвует в нескольких реакциях, приводящих к образованию различных продуктов, то такие реакции называются параллельными.

2) Последовательными реакциями называются реакции, при которых продукт начальной реакции является исходным веще­ством для следующей реакции.

3) Сопряженные реакции, это реакции одна из которых идет самопроизвольно, тогда, как другая имеет место только в присутствии первой. В таком случае говорят, что одна реакция индуцирует протека­ние другой, т. е. имеет место химическая индукция. Идущая самопроизвольно первая реакция называется первичной, инду­цируемая реакция - вторичной.

II. По признаку изменения числа исходных и конечных веществ реакции можно выделить такие типы:

1) реакции соединения, при которых из двух или нескольких веществ получают одно вещество:

в общем виде А + В+. . . → С;

2Mg + О2 → 2MgO;

SO2 + Н2О → Н2SО3

2) реакции разложения, при которых из одного вещества образуется несколько веществ:

в общем виде С → А + В. . . ;

t t

2HgO → 2Hg + O2; Сu (ОН)2 → СuО + Н2О

3) реакции замещения, при которых простое вещество замещает составную часть сложного вещества и в результате образуются новое простое и новое сложное вещества:

в общем виде АВ + С → АС + В;

Н2SО4 + Zn → ZnSO4 + Н2↑

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

4) реакции обмена, при которых молекулы сложных веществ обмениваются своими составными частями:

или в общем виде AB + CD → AD + CB,

HCl + NaOH → NaCl + H2O

BaCl2 +Н2SО4 → BaSO4 ↓ + 2НCl

III. По признаку изменения степеней окисления элементов, которые входят в состав реагирующих веществ, выделяют реакции, идущие без изменения степеней окисления элементов, и на окислительно-восстановительные (идущие с изменением степеней, окисления элементов).

1. Реакции, идущие без изменения степеней окисления элементов:

SO2 + Н2O = H2SO3; СаСО3 = СаО+СО2; A1(ОН)3 + 3HС1 = AlCl3 + 3H2O

2. Окислительно-восстановительные реакции:

Реакции, при которых изменяются степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществу, называются окислительно-восстановительными.

IV. По признаку выделения или поглощения энергии реакции делят на экзотермические и эндотермические.

В ходе всех химических реакций происходит выделение или поглощение энергии, т. е. имеет место обмен энергией между системой и внешней средой. Обмен энергией может про­исходить в разных формах: чаще всего в виде теплоты, а также в виде светового излучения, акустических волн и т. д.

V. По признаку обратимости реакции подразделяются на две группы: необ­ратимые и обратимые.

1) Необратимые реакции могут идти только в одном направлении и протекают до полного завершения.

2) Обратимыми называются реакции, протекающие в двух противоположных направлениях: прямом и обратном.

9 вопрос

Раствором называется твёрдая или жидкая гомогенная физико-химическая система, состоящая из двух или более компонентов, количества которых могут изменяться в широких пределах. Гомогенной называется система, состоящая из одной фазы (например, только жидкой, только твёрдой, или только газообразной фазы). Фаза – это часть системы, отделённая от других частей этой же системы поверхностью раздела, при переходе через которую свойства изменяются скачком. Гетерогенная система состоит из нескольких фаз, отделённых друг от друга поверхностью раздела.

Примеры гомогенных систем: любая газовая смесь, раствор сахара в воде. Примеры гетерогенных систем: вода со льдом, насыщенный раствор с осадком (жидкая фаза и твёрдая фаза), угольная пыль в атмосфере (твёрдая фаза и газовая фаза), смесь песка и мела (твёрдая фаза песка и твёрдая фаза мела), смесь подсолнечного масла и воды (жидкая фаза масла и жидкая фаза воды).

Всякий раствор состоит из растворённых веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены в виде молекул или ионов. Растворителем обычно считают тот компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем является вода). Если оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.

Однородность растворов делает их сходными с химическими соединениями. Выделение теплоты при растворении некоторых веществ также указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом. Отличие растворов от химических соединений состоит в том, что состав раствора может изменяться в широких пределах. Кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения. Непостоянство состава растворов сближает их с механическими смесями, но от смесей они отличаются своей гомогенностью.

Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями. Наиболее важный вид растворов – жидкие растворы, которые рассматриваются далее более подробно.

Растворение кристалла твёрдого вещества в жидкости протекает следующим образом. Когда кристалл вносят в жидкость, в которой он может растворяться, от его поверхности отрываются отдельные молекулы или ионы, которые вследствие диффузии равномерно распределяются по всему объёму растворителя. Отделение молекул или ионов от твёрдого тела вызвано, с одной стороны, их собственным колебательным движением, а с другой – притяжением к молекулам растворителя. Этот процесс должен был бы продолжаться до полного растворения любого количества кристаллов, если бы одновременно не происходил обратный процесс – кристаллизация. Перешедшие в раствор молекулы или ионы, сталкиваясь с поверхностью ещё нерастворившегося вещества, снова притягиваются к нему и входят в состав его кристаллов. Выделение молекул или ионов из раствора будет происходить тем быстрее, чем больше их концентрация в растворе. Так как концентрация по мере растворения увеличивается, то наступит момент химического равновесия, когда скорость растворения равна скорости кристаллизации.

Раствор, находящийся в равновесии с растворяющимся веществом, называется насыщенным раствором.

П ри растворении кристаллов происходит их разрушение, что требует затраты энергии, поэтому растворение должно было бы всегда протекать с поглощением теплоты. Однако, как было ранее отмечено, некоторые вещества, находящиеся в кристаллическом состоянии, растворяются в жидкостях с выделением теплоты. Это позволяет предположить, что одновременно с разрушением кристаллов твёрдого тела при его растворении происходит какое-то химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом, и в результате этого взаимодействия энергии выделяется больше, чем её расходуется на разрушение кристаллической решётки.

Рис. 6.1 – Схема ион-дипольного взаимодействия

В настоящее время установлено, что при растворении многих веществ, их молекулы или ионы связываются с молекулами растворителя, образуя соединения, называемые сольватами. Процесс взаимодействия растворяющегося вещества с растворителем называется сольватацией. В частном случае, когда растворителем является вода, эти соединения называются гидратами, а процесс их образования – гидратацией.

Пример образования гидратированного катиона показан на рис. 6.1.

При растворении веществ с ионной структурой полярные молекулы воды, являющиеся диполями, удерживаются около ионов силами электростатического притяжения (ион-дипольное взаимодействие).

Предположение о существовании в водных растворах гидратов было высказано и обосновано в восьмидесятых годах XIX века Д.И. Менделеевым, который считал, что растворение – не только физический, но и химический процесс.

Гидраты, как правило, – это неустойчивые соединения, во многих случаях разлагающиеся при выпаривании растворов. Но иногда гидраты настолько прочны, что выделяющиеся из раствора кристаллы растворённого вещества содержат определённое количество молекул воды. Этот факт также является подтверждением химизма процессов растворения. Такие вещества, в состав кристаллов которых входят молекулы воды, называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них вода – кристаллизационной. Примеры кристаллогидратов: CuSO4·5H2O, Na2SO4·10H2O, FeSO4·7H2O, Na2CO3·10H2O.

Прочность связи между веществом и кристаллизационной водой в кристаллогидратах различна. Некоторые из них (например, Na2CO3·10H2O) теряют кристаллизационную воду («выветриваются») уже при комнатной температуре. Для обезвоживания других кристаллогидратов (CuSO4·5H2O) требуется более сильное нагревание.