Тема 6. Химическое равновесие. Обратимые и необратимые реакции. Константа химического равновесия и способы её выражения.

Тема 1.

Работа с текстом.

1.1. Задание. Прочитайте текст-обзор существующих определений химии как науки. На каком основании данный текст можно отнести к жанру обзора?

О предмете химии

На вопрос, что такое химия, принято отвечать так: «Это наука о веществах и их превращениях».

Такое определение возникло во времена средневековых алхимиков эпохи Возрождения т оставалось справедливым до тех пор, пока все известные вещества носили чисто химический характер и все их превращения ограничивались лишь чисто химическими. Но когда в 1896 году была открыта радиоактивность, то выяснилось, что существует еще превращение физического характера, а после открытия элементарных частиц стало возможным говорить и о веществах физической природы. По сути дела, с тех пор приведенное выше определение химии перестало адекватно отражать ее предмет.

Другое определение химии гласит, что это учение об элементах; оно тоже зародилось в древности в виде натурфилософских представлений о «стихиях», или «началах». С образованием понятий о простом и сложном веществах понятие «элемент» стало обозначать то, из чего простые и сложные вещества состоят. Понятие об элементах легло в основу трех стехиометрических законов химии (постоянства состава и его определенности; эквивалентов; простых кратных отношений), из которых вытекали понятия сначала атомного веса как фундаментального свойства элементов (в 19 веке), затем валентности и, наконец, общей периодической зависимости свойств элементов от их атомного веса.

Вот почему Д.И.Менделеев совершенно справедливо писал о первом издании своих «Основ химии» (1871 г.): «Вся сущность теоретического учения в химии и лежит в отвлеченном понятии об элементах…Главный интерес химии – в изучении основных качеств элементов…химию в современном ее состоянии можно поэтому назвать учением об элементах».

Это менделеевское определение химии и ее предмета полностью сохранило всю свою силу и сегодня. Разграничение с ядерной физикой вполне ясное и четкое: химия занимается элементами и их соединениями, а ядерная физика – превращениями элементов. Поэтому все явления природы, в которых элементы участвуют, но при этом остаются неизменными, следует считать химическими. Еще одно определение химии, принадлежащее Ф.Энгельсу, гласит, что химия есть наука об атомах, об атомном строении вещества. Но что такое атом? Это мельчайшая частичка элементов, сохраняющая его важнейшие свойства.

Оба последних определения - второе Менделеева и третье (Энгельса) – по существу совпадают друг с другом, поскольку понятие об атоме полностью вытекает из понятия об элементе. Именно эти определения, а не первое – неверное, хотя весьма распространенное, и следует положить в основу современной формулировки предмета химии.

1.2. Назовите имена авторов определений, включенных в текст.

1.3.Передайте содержание определений, данных Д.И.Менделеевым и Ф.Энгельсом. Что объединяет эти определения?

 

Тема 6. Химическое равновесие. Обратимые и необратимые реакции. Константа химического равновесия и способы её выражения.

Цель: усвоение терминологической лексики, профессионально ориентированное чтение, развитие и выработка навыков коммуникативной компетенции.

Занятие 9.

Коммуникативная компетенция. Речевая деятельность.

Профессиональная терминология:

1.Химическое равновесие (химиялық тепе-теңдік) — состояние химической системы, в которой протекает одна или несколько химических реакций, причём скорости в каждой паре прямой-обратной реакции равны между собой. Для системы, находящейся в химическом равновесии, концентрации реагентов, температура и другие параметры системы не изменяются со временем.

А2 + В2 ⇄ 2AB

1) физ. тең салмақтылық; тепе-теңдік

закон равновесия → тепе-теңдік заңы

краткосрочное равновесие → қысқа мерзімді тепе-теңдік

неустойчивое равновесие → орнықсыз тепе-теңдік; тұрақсыз тепе-теңдік

равновесие сил → күштің тепе-теңдігі

равновесие твердого тела → қатты дене тепе-теңдігі

состояние равновесия → тепе-тең күй

 

2. Хими́ческая реа́кция (химиялық реакциялар) — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции), сопровождающееся разрывом и/или образованием химических связей.

3.Концентрация (хим. ерітіндінің қоюлануы; концентрация (ішіндегі ерітуші заттың керегінен артығын алып тастау жолымен)— величина, характеризующая количественный состав раствора. 4) горн. байыту (пайдалы кенді байыту әдісі)

4.Реаге́нт(реагент) — химический термин.

1.Исходное вещество, участвующее в химической реакции.

2.То же, что и химический реактив.

5.Температу́ра (от лат. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние) — скалярная физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы.

Работа по тексту «Реакция химическая»

Предтекстовые задания

Энтропия- жен. энтропия (басқару теориясында жай-күй тұрлаусыздығының не осы жағдайдағы жүйе қылығының өлшемі)- 1. ж. Физическая величина, характеризующая тепловое состояние тела или системы тел и возможные изменения этих состояний.

Растворитель (муж. хим. езгіш; еріткіш)- я,м. -Вещество, растворяющее в себе какое-нибудь другое вещество. Растворитель лака.

Кинетика -жен. только ед. физ. кинетика (күштің қозғалысқа тигізетін әсерін тексеретін динамиканың бөлімі)- -и, ж. Раздел механики, объединяющий в себе статику и динамику.

Катализ -муж. хим. катализ (катализатордың әсерімен химиялық реакцияның шапшаңдануы я баяулауы)- м. Ускорение химической реакции под влиянием некоторых веществ.

Теплота- жен. только ед.- 2. Форма движения материи — беспорядочное движение частиц тела; энергетическая характеристика теплообмена, определяющаяся количеством энергии, которое получает нагреваемое тело (отдает охлаждаемое тело) (спец.). Теплота плавления. Единица теплоты. 3. То же, что тепло (разговорное).

1) физ. жылу; жылулық; жылылық

теплота воздуха → ауаның жылылығы

теплота испарения → кебу жылуы

теплота тела → дененің жылылығы

Мономеры

Текст

Реакция химическая

В переводе с латыни "реакция" означает "противодействие, отпор, ответное действие". Следовательно, термин химическая реакция можно понимать как ответное действие вещества на воздействие извне других веществ и физических факторов - тепла, давления, излучения... Но под такое определение подпадают и физические процессы: плавление, кипение, замерзание и др. Поэтому следует уточнить, что химическая реакция - это такое изменение вещества, при котором разрываются старые и образуются новые связи между атомами.

Химические реакции непрерывно происходят как вокруг нас в природе, так и в клетках нашего организма. Некоторыми химическими реакциями человек овладел тысячи лет назад, когда научился выплавлять металлы из руд, обжигать глину, дубить кожу. Но разумно объяснить суть происходящих при этом химических превращений древние мастера не могли. Прошли многие века, в результате наблюдений были накоплены тысячи фактов, ученые систематизировали эти факты, сформулировали идеи и теории. Так с развитием познания человечество от эмпирического знания перешло к научному исследованию.

Важное значение для понимания сущности химических превращений имеют атомно-молекулярное учение, идеи о химической связи между атомами, об энергии, которую нужно затратить для разрыва связей или получить при образовании новых связей. В химической науке накоплены знания о тысячах химических реакций. Целая армия исследователей в лабораториях всех стран продолжает их расширять и углублять. В школьном курсе химии рассказывается о некоторых типах химических реакций: о реакциях разложения, соединения, замещения, окисления и др. В каждой области химии существует своя классификация по типам химических реакций.

Сумма накопленных знаний столь велика, что химикам в зависимости от характера реакций, которые они изучают, пришлось разделиться на органиков, неоргаников, аналитиков, специалистов в области химического синтеза, катализа, высокомолекулярных соединений, биохимиков, фармацевтов и т. д.

Что значит изучать химическую реакцию? Это значит искать ответы на вопросы: почему она происходит, каков ее механизм, от чего и как зависят ее скорость и степень превращения исходных веществ в продукты, какие катализаторы способны ее ускорить и какие ингибиторы - замедлить?

На вопрос, почему происходит данная химическая реакция, в начале XIX в. ученые отвечали: "Потому что данные вещества имеют химическое сродство друг к другу". Какова природа этого сродства, точно не знали. В 60-70-х гг. было высказано предположение, что движущей силой химической реакции является теплота, выделяемая при ее протекании. По этой гипотезе все химические реакции должны быть экзотермичными (проходящими с выделением тепла) и, чем больше выделяется теплоты, тем быстрее они должны протекать. Но были открыты и эндотермичные реакции, которые идут с поглощением теплоты, и от гипотезы пришлось отказаться.

Правильный ответ на поставленный вопрос был получен только после изучения обратимых химических реакций в условиях химического равновесия.

Химическое равновесие - это устойчивое состояние исходных реагентов и продуктов, при котором реакция в прямом и обратном направлениях протекает с одинаковой скоростью. Уравнение обратимой реакции можно записать так:

А + В ↔ С + D.

Если увеличить концентрацию веществ, обозначенных в левой части уравнения, то равновесие сместится вправо или в направлении течения прямой реакции. Увеличив концентрацию веществ в правой части уравнения, можно сдвинуть равновесие в обратную сторону, заставив реакцию идти преимущественно в обратном направлении. Сдвиг равновесия вызывает также' изменение внешних условий - температуры, давления...

Таким образом, "движущая сила" реакции зависит не только от природы реагентов и образующихся продуктов (их состава, строения), но и от концентраций веществ, температуры и давления.

В конце XIX в. благодаря развитию новой научной дисциплины - химической термодинамики удалось сформулировать количественное представление о движущей силе реакции. Было введено понятие о новой величине - термодинамическом потенциале системы. Эта величина обозначается буквой G и иногда называется свободной энергией системы.

Изменение термодинамического потенциала ΔG (так называемой энергии Гиббса) в ходе химической реакции, протекающей при постоянном давлении и постоянной температуре, определяется уравнением:

ΔG = ΔН - TΔS.

где ΔН-изменение энтальпии (теплосодержания).

Если реакция протекает с выделением теплоты, то теплосодержание ее продуктов меньше, чем теплосодержание исходных реагентов, и величина ΔН отрицательна. Для эндотермичных реакций, наоборот, энтальпия возрастает и ΔН положительна. Т-температура в градусах абсолютной шкалы. ΔS-изменение энтропии системы. Значение энтропии - величины, характеризующей тепловое состояние тела,- зависит от степени упорядоченности системы. Например, при полимеризации хаотически движущиеся маленькие молекулы мономеров превращаются в огромные макромолекулы полимеров, в которых движение отдельных мономерных звеньев затруднено и ограничено только вращением и колебанием вокруг главной оси макромолекулы. Энтропия системы при полимеризации, таким образом, уменьшается. Если же при химической реакции из сложных больших молекул будут получаться маленькие, слабо взаимодействующие друг с другом, то энтропия системы в этом случае будет увеличиваться. При температуре, равной абсолютному нулю градусов, энтропия кристаллического вещества равна нулю. Это означает, что никакого молекулярного движения при таких условиях не происходит.

Для того чтобы реакция шла в прямом направлении, необходимо, чтобы термодинамический потенциал системы уменьшался: ΔG < 0. Если ΔG > 0, то реакция может идти только в обратном направлении. Значение ΔG = 0 соответствует условию химического равновесия.

Термодинамика дала в руки химиков мощное оружие для оценки возможных и невозможных направлений химических реакций. Если расчет показывает, что для планируемой реакции ΔG 0, то химик изменяет ее условия таким образом, чтобы обеспечить уменьшение термодинамического потенциала в ходе реакции. Способы воздействия могут быть самые разные: изменение температуры, давления, концентрации реагируемых веществ. Учитывают также влияние растворителей, соединений, способных образовывать комплексы с реагентами и продуктами, и другие воздействия на ход реакций.

Термодинамические расчеты помогают установить, вероятна ли данная химическая реакция, но ничего не говорят о ее скорости, выходе продуктов. Реакция водорода с кислородом, к примеру, при комнатной температуре термодинамически возможна, но в замкнутом сосуде в темноте смесь этих газов можно держать годы: выход продукта их реакции - воды - будет ничтожным. Ответы на вопросы о том, какова скорость реакции, от чего она зависит и какова степень превращения реагентов в продукты, химик может получить, только изучив кинетику протекания данной реакции.

Для записи химических реакций используют уравнения, молекулы реагирующих веществ и продуктов изображаются с помощью химических формул. Чтобы написать уравнение химической реакции, нужно знать точные химические формулы молекул всех реагирующих веществ и продуктов. Числовые коэффициенты для каждой формулы подбираются так, чтобы число атомов всех элементов в левой части уравнения было равно числу атомов этих же элементов в правой части.

По уравнениям химических реакций можно рассчитать массы реагирующих веществ и продуктов реакции.

Послетекстовые задания:

1.Ответить на вопросы по тексту

1.Какие химические реакции приведены в тексте? Дополните этот ряд.

2.Каким уравнением передается изменение термодинамического потенциала ΔG (так называемой энергии Гиббса) в ходе химической реакции?

Вопросы для самопроверки

1.Что такое химическая реакция?

2.Как протекают химические реакции?

 

Занятие 13.

Работа по тексту

Растворы

Растворы, однофазные системы, состоящие из двух или более компонентов. По своему агрегатному состоянию растворы могут быть твердыми, жидкими или газообразными. Так, воздух – это газообразный раствор, гомогенная смесь газов; водка – жидкий раствор, смесь нескольких веществ, образующих одну жидкую фазу; морская вода – жидкий раствор, смесь твердого (соль) и жидкого (вода) веществ, образующих одну жидкую фазу; латунь – твердый раствор, смесь двух твердых веществ (меди и цинка), образующих одну твердую фазу. Смесь бензина и воды не является раствором, поскольку эти жидкости не растворяются друг в друге, оставаясь в виде двух жидких фаз с границей раздела. Компоненты растворов сохраняют свои уникальные свойства и не вступают в химические реакции между собой с образованием новых соединений. Так, при смешивании двух объемов водорода с одним объемом кислорода получается газообразный раствор. Если эту газовую смесь поджечь, то образуется новое вещество – вода, которая сама по себе раствором не является. Компонент, присутствующий в растворе в большем количестве, принято называть растворителем, остальные компоненты – растворенными веществами.

Однако иногда бывает трудно провести грань между физическим перемешиванием веществ и их химическим взаимодействием. Например, при смешивании газообразного хлороводорода HCl с водой H2O образуются ионы H3O+ и Cl–. Они притягивают к себе соседние молекулы воды, образуя гидраты. Таким образом, исходные компоненты – HCl и H2O – после смешивания претерпевают существенные изменения. Тем не менее ионизация и гидратация (в общем случае – сольватация) рассматриваются как физические процессы, происходящие при образовании растворов.

Задания к тексту.

1.Подберите к существительному раствор глаголы действия: вступает в реакцию, сохраняет, приобретает,………………….

2.Определите значения придаточных частей СПП в предложениях

1.Смесь бензина и воды не является раствором, поскольку эти жидкости не растворяются друг в друге, оставаясь в виде двух жидких фаз с границей раздела. 2. Если эту газовую смесь поджечь, то образуется новое вещество – вода, которая сама по себе раствором не является.

3. Определите вид сложного предложения.

Компоненты растворов сохраняют свои уникальные свойства и не вступают в химические реакции между собой с образованием новых соединений.

4.Выведите химическую формулу

1. При смешивании двух объемов водорода с одним объемом кислорода получается газообразный раствор. 2. При смешивании газообразного хлороводорода HCl с водой H2O образуются ионы H3O+ и Cl–.

5. Определите, чем осложнено предложение

Компонент, присутствующий в растворе в большем количестве, принято называть растворителем, остальные компоненты – растворенными веществами.

Текст

Закон Рауля.

В 1887 французский физик Ф.Рауль, изучая растворы различных нелетучих жидкостей и твердых веществ, установил закон, связывающий понижение давления пара над разбавленными растворами неэлектролитов с концентрацией: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества. Из закона Рауля следует, что повышение температуры кипения или понижение температуры замерзания разбавленного раствора по сравнению с чистым растворителем пропорционально молярной концентрации (или мольной доле) растворенного вещества и может быть использовано для определения его молекулярной массы.

Раствор, поведение которого подчиняется закону Рауля, называется идеальным. Наиболее близки к идеальным растворы неполярных газов и жидкостей (молекулы которых не меняют ориентации в электрическом поле). В этом случае теплота растворения равна нулю, а свойства растворов можно прямо предсказать, зная свойства исходных компонентов и пропорции, в которых они смешиваются. Для реальных растворов сделать такое предсказание нельзя. При образовании реальных растворов обычно выделяется или поглощается тепло. Процессы с выделением тепла называются экзотермическими, а с поглощением – эндотермическими.

Те характеристики раствора, которые зависят в основном от его концентрации (числа молекул растворенного вещества на единицу объема или массы растворителя), а не от природы растворенного вещества, называют коллигативными. Например, температура кипения чистой воды при нормальном атмосферном давлении равна 100° С, а температура кипения раствора, содержащего 1 моль растворенного (недиссоциирующего) вещества в 1000 г воды, составляет уже 100,52° С независимо от природы этого вещества. Если же вещество диссоциирует, образуя ионы, то температура кипения увеличивается пропорционально росту общего числа частиц растворенного вещества, которое благодаря диссоциации превышает число молекул вещества, добавленных в раствор. Другими важными коллигативными величинами являются температура замерзания раствора, осмотическое давление и парциальное давление паров растворителя.

Растворимость данного вещества – это его способность образовывать растворы с другими веществами. Количественно растворимость газа, жидкости или твердого тела измеряется концентрацией их насыщенного раствора при данной температуре. Это важная характеристика вещества, помогающая понять его природу, а также влиять на ход реакций, в которых это вещество участвует.

Послетекстовые задания:

1.Истолкуйте данное определение

Растворимостьданного вещества – это его способность образовывать растворы с другими веществами.

2. Объясните значения глаголов

При образовании реальных растворов обычно выделяется или поглощается тепло.

3.Какими знаками передаются данные физические (химические)величины?

Другими важными коллигативными величинами являются температура замерзания раствора, осмотическое давление и парциальное давление паров растворителя.

Вопросы для самопроверки

1.Что представляют собой растворы?

2.Какие растворы принято относить к идеальным?

Литература: ОЛ -3, ДЛ-7

Занятие 14.

Профессиональная терминология:

Работа по тексту

Текст

Химическая теория растворов

Процесс образования растворов самопроизволен. Всякое чистое вещество самопроизвольно загрязняется за счет поглощения посторонних веществ. Одна из причин процесса растворения - химическое взаимодействие частиц растворенного вещества с молекулами растворителя с образованием сольватов (или гидратов, если растворителем является вода). Также причиной самопроизвольности процессов растворения является увеличение степени беспорядка системы (энтропии) при переходе от чистых веществ к раствору.

Гидратная вода настолько прочно связана с растворенным веществом, что при выделении его из раствора входит в состав кристаллов, образуя кристаллогидраты, а входящая в их состав вода называется кристаллизационной.

Сольваты обычно менее прочны, чем большинство химических соединений. Однако когда тепловой эффект сольватации превышает теплоту разрушения кристаллической решетки растворяемого вещества, растворение сопровождается выделением теплоты.

Прочность сольватов определяется силами взаимодействия между растворителем и растворенным веществом. Сольваты образуются за счет ион-дипольного, диполь-дипольного и донорно-акцепторного взаимодействия, а также за счет образования водородных связей.

Д. И. Менделеев разработал химическую теорию растворов, в основе которой лежат представление об определяющей роли сольватации при растворении веществ.

Растворение многих веществ сопровождается не выделением, а поглощением теплоты. Это значит, что на разрушение кристаллической решетки затрачивается больше энергии, чем выделяется при сольватации. Тепловой эффект процесса растворения - это сумма теплоты, необходимой для разрушения кристаллической решетки вещества и теплоты, выделяющейся в процессе сольватации.

Вещества, находящиеся в чистом состоянии, самопроизвольно стремятся перейти в раствор. Исследования свойств растворов, предпринятые на рубеже XIX - XX вв. привели к созданию так называемой физической теории растворов, построенной на аналогии между растворами и смесями газов. При этом предполагалось, что молекулы растворенного вещества и растворителя в известной мере индифферентны (безразличны) по отношению друг к другу.

Физическая теория растворов является противоположностью химической теории Д. И. Meнделеева. Однако, хотя физическая теория хорошо описывала поведение растворов неэлектролитов - веществ, растворы которых не проводят электрический ток, все попытки применения найденных закономерностей по отношению к растворам электролитов - веществ, растворы которых проводят электрический ток, были безуспешными.

В настоящее время выяснилось, что обе теории были в равной степени правы и сейчас процесс растворения рассматривается как физико-химический процесс, а растворы - как физико-химические системы.

Послетекстовые задания

1.Объясните сущность химического процесса.

Всякое чистое вещество самопроизвольно загрязняется за счет поглощения посторонних веществ

2.Определите значение придаточной части СПП, виды союзов, причастий.

1. Д. И. Менделеев разработал химическую теорию растворов, в основе которой лежат представление об определяющей роли сольватации при растворении веществ. 2. Тепловой эффект процесса растворения - это сумма теплоты, необходимо й для разрушения кристаллической решетки вещества и теплоты, выделяющейся в процессе сольватации.3. Вещества, находящиеся в чистом состоянии, самопроизвольно стремятся перейти в раствор.4. Исследования свойств растворов, предпринятые на рубеже XIX - XX вв. привели к созданию так называемой физической теории растворов, построенной на аналогии между растворами и смесями газов.5. Исследования свойств растворов, предпринятые на рубеже XIX - XX вв. привели к созданию так называемой физической теории растворов, построенной на аналогии между растворами и смесями газов.

Из курса химии

Основные понятия.

Два вещества, растворяющиеся друг в друге в любых пропорциях с образованием истинных растворов, называют полностью взаиморастворимыми. Такими веществами являются все газы, многие жидкости (например, этиловый спирт – вода, глицерин – вода, бензол – бензин), некоторые твердые вещества (например, серебро – золото). Для получения твердых растворов необходимо сначала расплавить исходные вещества, затем смешать их и дать затвердеть. При их полной взаиморастворимости образуется одна твердая фаза; если же растворимость частичная, то в образовавшемся твердом веществе сохраняются мелкие кристаллы одного из исходных компонентов.

Если два компонента образуют одну фазу при смешивании только в определенных пропорциях, а в других случаях возникают две фазы, то они называются частично взаиморастворимыми. Таковы, например, вода и бензол: истинные растворы получаются из них только при добавлении незначительного количества воды к большому объему бензола или незначительного количества бензола к большому объему воды. Если же смешать равные количества воды и бензола, то образуется двухфазная жидкая система. Нижний ее слой – это вода с небольшим количеством бензола, а верхний – бензол с малой примесью воды. Известны также вещества, совсем не растворяющиеся одно в другом, например, вода и ртуть. Если два вещества лишь частично взаиморастворимы, то при данных температуре и давлении существует предельное количество одного вещества, которое способно образовать истинный раствор с другим в равновесных условиях. Раствор с предельной концентрацией растворенного вещества называют насыщенным. Можно приготовить и так называемый пересыщенный раствор, в котором концентрация растворенного вещества даже больше, чем в насыщенном. Однако пересыщенные растворы неустойчивы, и при малейшем изменении условий, например при перемешивании, попадании частичек пыли или добавлении кристалликов растворяемого вещества, избыток растворенного вещества выпадает в осадок.

Всякая жидкость начинает кипеть при той температуре, при которой давление ее насыщенного пара достигает величины внешнего давления. Например, вода под давлением 101,3 кПа кипит при 100° С потому, что при этой температуре давление водяного пара как раз равно 101,3 кПа. Если же растворить в воде какое-нибудь нелетучее вещество, то давление ее пара понизится. Чтобы довести давление пара полученного раствора до 101,3 кПа, нужно нагреть раствор выше 100° С. Отсюда следует, что температура кипения раствора всегда выше температуры кипения чистого растворителя. Аналогично объясняется и понижение температуры замерзания растворов.

Вопросы для самопроверки

1.Что представляют собой растворы?

2.Какие различают виды растворов?

Литература: ОЛ -3, ДЛ-7

 

Занятие 15.

Использование термина

В естественных науках

В биологии и медицине - водный раствор, содержащий те или иные ионы.

Слово электролит широко используется в науке и технике, в разных отраслях оно может иметь различающийся смысл.

В электрохимии - многокомпонентный раствор для электроосаждения металлов, а также травления и др. (технический термин, например, электролит золочения).

В источниках тока -электролиты являются важной частью химических источников тока: гальванических элементов и аккумуляторов. Электролит участвует в химических реакциях окисления и восстановления с электродами, благодаря чему возникает ЭДС. В источниках тока электролит может находиться в жидком состоянии (обычно это — водный раствор), или загущённым до состояния геля.

Электролитическая диссоциация — процесс распада электролита на ионы при его растворении или плавлении.

Классификация электролитов

Исходя из степени диссоциации все электролиты делятся на две группы

Сильные электролиты — электролиты, степень диссоциации которых в растворах равна единице (то есть диссоциируют полностью) и не зависит от концентрации раствора. Сюда относятся подавляющее большинство солей, щелочей, а также некоторые кислоты (сильные кислоты, такие как: HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4).

Слабые электролиты — степень диссоциации меньше единицы (то есть диссоциируют не полностью) и уменьшается с ростом концентрации. К ним относят воду, ряд кислот (слабые кислоты, такие как HF), основания p-, d-, и f- элементов.

Между этими двумя группами чёткой границы нет, одно и то же вещество может в одном растворителе проявлять свойства сильного электролита, а в другом — слабого.

Работа по тексту

Электролиты

Электролиты - вещества, обладающие ионной проводимостью. Их называют проводниками второго рода – прохождение тока через них сопровождается переносом вещества. К электролитам относятся расплавы солей, оксидов или гидроксидов, а также растворы солей, кислот или оснований в полярных растворителях, например в воде. Известны и твердые электролиты. Чтобы пропустить электрический ток через раствор электролита, в него опускают две металлические или угольные пластины – электроды – и соединяют их с полюсами источника постоянного тока. Положительный электрод называют анодом, отрицательный – катодом. Прохождение тока через электролит сопровождается химическими реакциями на электродах. Так, на катоде, погруженном в расплав соли или оксида либо в раствор соли, обычно осаждается металл, входящий в состав электролита. На катоде, погруженном в водный раствор кислоты, основания либо соли щелочного или щелочноземельного металла, выделяется газообразный водород. На аноде, изготовленном из инертного материала, например платины или угля, в водном растворе выделяется газообразный кислород, а в концентрированных водных растворах хлоридов или в расплавленных хлоридах – хлор. Цинковые, медные или кадмиевые аноды под действием электрического тока сами постепенно растворяются; газ в этом случае не образуется.

Послетекстовые задания

1.Ответить на вопросы по тексту

1.Что такое электролит?

2.Какие вещества относят к электролитам?

3.Как можно пропустить электрический ток?

Вопросы для самопроверки

1.Какие вещества относят к электролитам?

2.Какие бывают электорды?

Литература: ОЛ -3, ДЛ-7

 

 

Занятие 16.

Работа по тексту

Текст

Диссоциация электролитов

Предположив, что электрический ток в электролитах переносят ионы, Фарадей ничего не сказал об их происхождении. Некоторые соображения по этому поводу были высказаны немецким физиком Р.Клаузиусом в 1857, а первое наиболее полное описание процесса образования ионов принадлежит шведскому физикохимику С.Аррениусу (1883–1897). Аррениус предположил, что соли, кислоты и основания при растворении в подходящем растворителе (например, в воде) распадаются (диссоциируют) на ионы. Например, хлорид натрия NaCl диссоциирует на ионы натрия Na+ и хлора Cl–. Электрический ток в самом процессе диссоциации никак не участвует, он лишь направляет ионы к соответствующим электродам. Теория электролитической диссоциации не только объясняет образование ионов в растворе, но и проливает свет на многие ранее непонятные явления. Так, в 1887 нидерландский физикохимик Я.Вант-Гофф обнаружил, что температура замерзания растворов электролитов значительно ниже, а температура кипения намного выше, чем рассчитанные исходя из их молекулярных масс. Природа этих отклонений становится ясной, если учесть, что свойства разбавленных растворов зависят не от природы растворенных частиц, а от их числа. При диссоциации из одной молекулы электролита образуются два и более иона, а число частиц в растворе становится гораздо больше, чем в случаях, когда электролитическая диссоциация по каким-то причинам не происходит.

Послетекстовые задания

Текст

Константа диссоциации

Согласно Аррениусу, степень диссоциации, т.е. доля молекул, распавшихся на ионы, возрастает по мере разбавления раствора. Предположив, что скорости перемещения ионов через электролит не зависят от концентрации раствора, и измерив электропроводность, Аррениус рассчитал степень диссоциации нескольких электролитов при разных концентрациях. В.Оствальд в 1888 использовал этот метод для расчета концентрации свободных ионов и недиссоциированных молекул в растворе, а отсюда – константы равновесия (константы диссоциации) реакции диссоциации. Обратимая диссоциация электролита CA на ионы C+ и A– описывается уравнением CA C+ + A–, а константа диссоциации равна K = [C+][A–]/[CA] (величины в квадратных скобках – концентрации). Последнее соотношение удовлетворительно описывает поведение только растворов слабых электролитов – слабых кислот и оснований. Сильные электролиты, т.е. водные растворы сильных кислот, оснований и большинства солей, ведут себя иначе; оказалось, что фундаментальный постулат Аррениуса о постоянстве скоростей перемещения ионов и независимости их от концентрации неприменим к сильным электролитам.

Текст

Ионы

В 1833 М.Фарадей предположил, что ток через электролит переносят электрически заряженные частицы – ионы. Положительно заряженные ионы (например, ионы металлов и водорода), движущиеся через электролит по направлению к катоду, были названы катионами, а отрицательно заряженные, перемещающиеся к аноду, – анионами. Предполагалось, что на электродах ионы теряют заряд, при этом на катоде из катионов образуются атомы металла или водорода, а на аноде из анионов – галогены или кислород.

Эти представления – с незначительными изменениями – считаются справедливыми и сегодня. Положительным ионом (катионом) называют атом или группу атомов, утративших один или несколько электронов, а отрицательным ионом (анионом) – атом или группу атомов с одним или более избыточным электроном. На катоде катионы электролита приобретают недостающие электроны и нейтрализуют свой положительный заряд. Аналогично анионы отдают избыточные электроны, достигая анода. Если материал анода реакционноспособен, он может сам служить источником электронов, поскольку его атомы отдают электроны легче, чем анионы. Образующиеся катионы переходят при этом в раствор.