Давление пара над растворами. Первый закон Рауля.

Первый закон Рауля связывает давление насыщенного пара над раствором с его составом; он формулируется следующим образом: Парциальное давление насыщенного пара компонента раствора прямо пропорционально его мольной доле в растворе, причём коэффициент пропорциональности равен давлению насыщенного пара над чистым компонентом. Для бинарного раствора, состоящего из компонентов А и В (компонент А считаем растворителем), удобнее использовать другую формулировку: Относительное понижение парциального давления пара растворителя над раствором не зависит от природы растворённого вещества и равно его мольной доле в растворе. Растворы, для которых выполняется закон Рауля, называются идеальными. Идеальными при любых концентрациях являются растворы, компоненты которых очень близки по физическим и химическим свойствам (оптические изомеры,гомологи и т. п.), и образование которых не сопровождается изменением объёма и выделением либо поглощением теплоты. В этом случае силы межмолекулярного взаимодействия между однородными и разнородными частицами примерно одинаковы, и образование раствора обусловлено лишь энтропийным фактором.

Замерзание и кипение растворов. Второй закон Рауля.

Иначе обстоит дело с растворами. Присутствие растворенного вещества повышает точку кипения и понижает точку замерзания растворителя, и тем сильнее, чем концентрированнее раствор. Поэтому растворы замерзают при более низких, а кипят при более высоких температурах, чем чистые растворители. Нетрудно доказать, что это является прямым следствием понижения давления пара растворов.

Как известно, всякая жидкость начинает кипеть при такой температуре, при которой давление ее насыщенного пара достигает величины внешнею давления. Например, вода под давлением 760 мм рт. ст. кипит при 100° потому, что при этой температуре давление водяного пара как раз равно 760 мм. Если же растворить в воде какое-нибудь вещество, то давление ее пара понизится. Чтобы довести давление пара полученного раствора до 760 мм,очевидно, нужно нагреть раствор выше 100°. Отсюда следует, что точка кипения раствора всегда будет выше точки кипения чистого растворителя. Более низкая температура замерзания раствора, по сравнению с чистым растворителем, объясняется тем, что точка замерзания есть та температура, при которой одновременно могут существовать твердая и жидкая фазы Жданного вещества (стр. 218). Однако для этого необходимо, чтобы давление пара твердой и жидкой фаз было одинаковым, иначе пар будет переходить от одной фазы к другой до полного исчезновения той из них, над которой давление пара больше. Лед и вода могут неограниченно долго существовать вместе при 0° именно потому, что при 0° давление пара льда (4,6 мм) равно давлению пара воды. Эта температура и является точкой замерзания чистой: воды.

Если мы возьмем не чистую воду, а какой-нибудь раствор, то давление его пара при 0° будет меньше 4,6мм;поэтому лед, опущенный в такой раствор, быстро тает. Одновременное существование льда и раствора будет возможно только при температуре ниже 0°, и именно при такой, при которой давление их паров станет одинаковым. Другими словами, раствор будет замерзать при более низкой температуре, чем чистый растворитель. Второй закон Рауля – понижение температуры кипения и повышение температуры замерзания раствора прямо пропорционально моляльной концентрации раствора

Теория строения органических соединений.

Теория химического строения — учение о строении молекулы, описывающее все те её характеристики, которые в своей совокупности определяют химическое поведение (реакционную способность) данной молекулы. Сюда относятся: природа атомов, образующих молекулу, их валентное состояние, порядок и характер химической связи между ними, пространственное их расположение, характерное распределение электронной плотности, характер электронной поляризуемости электронного облака молекулы и т. д.

Изомеры и гомологи в органической химии.

Изомеры — это вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав молекул, но разное строение, и поэтому различные физические и химические свойства. Различают несколько видов изомерии: 1) изомерия карбоновой цепи. Например, нормальный бутан CH3-CH2-CH2-CH3 имеет неразветвленной строение, а его изомер 2-метилпропан. 2) изомерия кратного (двойного или тройного) связи. Например, 1-бутен CH3 = CH-CH2-CH3 и 2-бутен CH3-CH = CH-CH3;

3) изомерия функциональной группы. Например, 1-пропанол CH3-CH2-CH2-OH и 2-пропанол CH3-CH-CH3;

4) межклассовых изомерия. Например, одинаковую молекулярную формулу C2H6O имеют и спирт этанол C2H5OH и диметиловый эфир CH3-O-CH3. Гомологи — это соединения, которые сходны по строению и химическим свойствам, но отличаются по составу молекул на одну или несколько групп CH2, которая называется гомологичной разницей.

Гомологи образуют гомологичные ряды. Гомологический ряд — это ряд соединений, сходных по своему строению и химическим свойствам, которые отличаются друг от друга по составу молекул на одну или несколько гомологичных разниц CH2.

Классификация органических соединений.

Клас­си­фи­ка­ция по со­ста­ву

Ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния под­раз­де­ля­ют по со­ста­ву на: уг­ле­во­до­ро­ды – ве­ще­ства, со­сто­я­щие толь­ко из уг­ле­ро­да и во­до­ро­да; кис­ло­род­со­дер­жа­щие ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния, в со­став ко­то­рых вхо­дят атомы уг­ле­ро­да, во­до­ро­да и кис­ло­ро­да; азот­со­дер­жа­щие ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния – со­дер­жат, кроме ато­мов уг­ле­ро­да, во­до­ро­да (и ино­гда кис­ло­ро­да) еще и атом азота.Од­на­ко при этом в одну груп­пу кис­ло­род­со­дер­жа­щих со­еди­не­ний по­па­да­ют ве­ще­ства с очень раз­ны­ми свой­ства­ми, такие, на­при­мер, как ук­сус­ная кис­ло­та, сахар и цел­лю­ло­за.

 

Классификация химических реакций в органической химии.

Классификацию органических реакций проводят на основе общих для всех реакций признаков: строение и состав исходных и конечных продуктов; изменение степеней окисления реагирующих частиц; тепловой эффект реакции; ее обратимость и т.п.

Наиболее часто органические реакции классифицируют по следующим признакам:

 по конечному результату реакции (на основе сопоставления строения исходных и конечных продуктов);

 по минимальному числу частиц, участвующих в элементарной реакции;

 по механизму разрыва ковалентных связей в реагирующих молекулах.

Тип многостадийных реакций определяют по самой медленной (лимитирующей) стадии. Различные способы классификации часто сочетаются друг с другом.

Классификация реакций по конечному результату

В основе этой классификации лежит сопоставление числа, состава и строения исходных и конечных продуктов по уравнению реакции. В соответствии с конечным результатом различают следующие типы органических реакций:

 замещение;

 присоединение;

 отщепление (элиминирование);

 изомеризация (перегруппировка);

 разложение.

Если процесс сопровождается изменением степени окисления атома углерода в органическом соединении, то выделяют также реакции окисления и восстановления. Окисление и восстановление органических веществ может проходить по какому-либо из названных выше типов реакций.

Реакции замещения: Атом или атомная группировка в молекуле органического соединения замещается на другой атом (или атомную группировку):

АВ + С→ АС + В

Реакции этого типа можно рассматривать как реакции обмена, но органической химии предпочтительней термин "замещение", поскольку в обмене участвует (замещается) лишь меньшая часть органической молекулы.

Реакции присоединения

В реакциях присоединения молекула органического соединения и молекула простого или сложного вещества соединяются в новую молекулу, при этом другие продукты реакции не образуются:

А + В→С

Примеры:

CH₂=CH-CH₃ + Br₂ →CH₂Br-CHBr-CH₃ бромирование пропена

CH₂=CH₂ + H₂O→CH₃CH₂OH гидратация этилена

К реакциям присоединения относятся также реакции полимеризации:

n A → A_n

Например, образование полиэтилена: n CH₂=CH₂→(-CH₂-CH₂-) _n

 

Реакции отщепления

В реакции отщепления (элиминирования) происходит отрыв атомов или атомных групп от молекулы исходного вещества при сохранении ее углеродного скелета.

А→ В + С