Питання і задачі

1. Сформулюйте перший закон термодинаміки для ізольованої та для закритої систем.

2. Фізичний зміст внутрішньої енергії і ентальпії системи.

3. Закон Гесса та наслідки з нього.

4. Способи розрахунку теплових ефектів реакцій.

5. Стандартні теплоти (ентальпії) утворення і згоряння.

6. Що характеризує ентропія, чому вона дорівнює, як якісно можна оцінити її зміну в процесі?

7. Другий закон термодинаміки для ізольованої і для закритої систем.

8. Що характеризує енергія Гіббса і енергія Гельмгольца?

9. Як можна розрахувати DН, DS, DG, i DF процесу?

10. Чому цілий ряд хімічних процесів, неможливих при кімнатній температурі, стає можливим при високих температурах?

11. Визначити стандартну ентальпію утворення 2-метилбутану DH^о (С₅Н₁₂) у газовому стані, якщо стандартна ентальпія реакції його згоряння до СО₂ та Н₂О – DH^о _реак дорівнює 3528,2 Дж, а стандартні ентальпії утворення CO₂(г.) і Н₂О(г.) складають відповідно –393,5 і –285,8 кДж/моль.

12. Скільки теплоти необхідно витратити, щоб розкласти 200 г Na₂CO₃ до натрій оксиду і карбон (IV) оксиду, якщо відомо:

Na₂CO₃(кр.) + SiO₂(кр.) = Na₂SiO₃(кр.) + CO₂(г.); DH^о _реак = 819,3 кДж;

Na₂O(кр.) + SiO₂(кр.) = Na₂SiO₃(кр.); DH^о _реак = -213,5 кДж.у

13. Чи можна за стандартних умов використовувати для отримання амоніаку реакцію NH₄Cl(кр.) + NaOH(кр.) = NaCl(кр.) + H₂O(г.) + NH₃(г.)? Дані взяти з таблиць.

14. Розрахувати тепловий ефект реакції

FeО(кр.) + CO(г.) = Fe(кр.) + CO₂(г.)

за стандартними умовами, користуючись значеннями DG^о _реак i DS^о_реак. Дані взяти з таблиць.

Лабораторна робота № 4 комплексні сполуки

Сполуки, в яких елемент виявляє свою звичайну можливу валентність, називаються валентнонасиченими сполуками або сполуками першого порядку. При взаємодії цих сполук утворюються сполуки вищого порядку. Наприклад, можлива взаємодія таких валентнонасичених сполук:

CuSO₄ + 4NH₃ ®[Cu(NH₃)₄]SO₄, або CuSO₄ + 4NH₄ОН ®[Cu(NH₃)₄]SO₄ + 4Н₂О;

Ag₂ S₂O₃ + 3Na₂ S₂O₃ ® 2Na₃ [Ag(S₂O₃)₂];

Fe(CN)₃ + 3KCN ® K₃[Fe(CN)₆ ].

Швейцарський хімік А.Вернер запропонував основи теорії цих сполук і назвав їх комплексними сполуками. Основні положення цієї теорії у сучасному вигляді такі:

1. Комплексні сполуки мають зовнішню і внутрішню сфери. Внутрішню сферу, як правило, записують у квадратних дужках. В наших прикладах внутрішні сфери - [Cu(NH₃)₄]²⁺, [Ag (S₂O₃)₂]^3-, [Fe(CN)₆]^3-, зовнішні сфери - SO₄^2-, Na⁺, K⁺.

2. Внутрішня сфера складається з комплексоутворювача і лігандів або адендів. Заряд внутрішньої сфери чисельно дорівнює заряду зовнішньої сфери і має протилежний знак. Є і нейтральні комплекси, які мають тільки внутрішню сферу, наприклад [Co(NH₃)₃Cl₃].

3. Комплексоутворювачем (КУ) або ядром комплексу може бути будь-яка частина, у якої є вакантні електронні орбіталі. Найчастіше це іони d-елементів, але можуть бути іони s- і р-елементів, деякі нейтральні молекули і атоми. В наших прикладах комплексоутворювачами є іони купруму, аргентуму та феруму. КУ характеризується координаційним числом (КЧ) - кількістю місць у внутрішній сфері комплексу, які можуть бути зайняті лігандами. Найчастіше зустрічаються КЧ 2, 4, 6. Ці числа відповідають найбільш стійким конфігураціям комплексів: октаедричній (6), тетраедричній (4) і лінійній (2). Для деяких іонів координаційні числа такі:

2 – Cu ⁺, Ag⁺;

4 – Cu ²⁺, Au³⁺, Cd²⁺ , Bi³⁺ , In³⁺ , Pb²⁺ , Al³⁺ , Pt²⁺ ;

6 - Fe²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Mg²⁺, Co²⁺, Co³⁺, Pt⁴⁺, Ni²⁺, Аl³⁺ тощо.

Зустрічаються також КЧ 1, 3, 5, 7, 8, 9, 12. КЧ залежить від природи комплексоутворювача, лігандів і їх розмірів. Чим вище ступінь окислення комплексоутворювача , тим більше КЧ. Нейтральні ліганди звичайно приєднуються у більшої кількості, ніж заряджені ([Co(H₂O)₆]²⁺, [CoCI₄]^2-).

Заряд КУ дорівнює алгебраїчній сумі зарядів всіх інших іонів і має протилежний знак.

4. Ліганди або аденди – це молекули або іони, які координуються навколо комплексоутворювачів. Вони завжди мають неподільні електронні пари. Це можуть бути нейтральні молекули H₂O, NH₃, СО, NO або іони Cl^-, Br ^-, F^-, I^-, NO₂^-, NO₃^-, SO₄^2-, CN^- та ін. Ліганди можуть бути монодентатні, вони здатні утворювати тільки один зв’язок з комплексоутворювачем, бідентатні – здатні утворювати з комплексоутворювачем два зв’язки, та полідентатні. Наприклад, Н₂О – монодентатний ліганд, в якому одна з неподілених електронних пар Оксигену бере участь у зв’язку (друга електронна пара не утворює зв’язку внаслідок стеричних перешкод); оксалатна кислота СООН - СООН – най-простіший бідентатний ліганд, має дві неподільні пари електронів, які утворюють координаційні зв’язки:

. . :О О:

Н – О – Н; С – С .

^-О О^-

Приклад 1. Записати формули п’яти координаційних сполук, які скла- даються з Со³⁺, Сl^-, NH₃, Na⁺.

Розв’язок:

З цих іонів комплексоутворювачем може бути тільки Со³⁺. Його координаційне число дорівнює 6. Лігандами можуть бути Сl^- та NH₃. Формули координаційних сполук такі: [Co(NH₃)₆]Cl₃, [Co(NH₃)₄Cl₂]Cl, Na₃[CoCl₆], Na₂[CoCl₅(NH₃)], [Co(NH₃)₃Сl₃].

Номенклатура комплексних сполук

Називаючи комплексний катіон, спочатку вказують числа ( ді-, три-, тетра- і т.п.) і назви лігандів – аніонів з закінченням – о (Сl^- -хлоро, ОН^- - гідроксо- і т.ін.), причому замість назв "вода" і "амоніак" вказуються префікси аква- та амін‑, і останнім вказують комплексоутворювач, показуючи його ступінь окислення. Наприклад: [Pt(NH₃)₃Cl]Cl – хлоротриамінплатина (ІІ) хлорид, [Co(NH₃)₅Br]SO₄ – бромопентаамінкобальт (ІІІ) сульфат.

Назва комплексного аніона складається аналогічно і закінчується суфік-сом -ат. Наприклад: Ba[Cr(NH₃)₂(CNS)₄]₂ - барій тетрароданодіамінхромат (ІІІ).

При назві нейтрального комплексу комплексоутворювач вказують у називному відмінку, не означаючи ступеня його окиснення: [Pt(NH₃)₂Cl₂] –дихлородіамінплатина.