ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 7       

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 9

1. Гипотеза Дж. Томсона о структуре атома — первая попытка объединить имевшиеся научные данные о сложном составе атома в «модель» атома. В 1904 г. в работе «О структуре атома» Дж. Томсон дал описание своей модели, получившей образное название «сливового пудинга». В этой модели атом уподоблен сферической капле пудинга с положительным зарядом. Внутрь сферы вкраплены отрицательно заряженные «сливины»-электроны. Электроны совершают колебательные движения, благодаря которым атом излучает электромагнитную энергию. Атом в целом нейтрален.

Планетарная модель атома Э. Резерфорда (1911 г.), согласно которой атом состоит из положительно заряженного ядра и электронов, вращающихся вокруг ядра по замкнутым орбитам подобно движению планет вокруг Солнца. Э. Резерфорд — основоположник современного учения об атоме — построил наглядную теоретическую модель атома, которой формально мы пользуемся и сейчас. Классическая теория Резерфорда не могла объяснить излучение и поглощение энергии атомом.

Квантовые постулаты Н. Бора (1913 г.) внесли в планетарную модель атома Э. Резерфорда квантовые представления. Постулаты Н. Бора опирались на теоретические идеи М. Планка (1900 г.) и А. Эйнштейна (1905 г.). Первый постулат.

Электрон вращается вокруг ядра по строго определенным замкнутым стационарным орбитам в соответствии с «разрешенными» значениями энергии Е1, Е2, ••., Еп, при этом энергия не поглощается и не излучается. Второй постулат. Электрон переходит из одного «разрешенного» энергетического состояния в другое, что сопровождается излучением или поглощением кванта энергии.

2. Химическое равновесие

Константа равновесия (К) –мера глубины протекания процесса (степени превращения исходных веществ в конечные)

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 10

1. Заселение электронами атомных орбиталей (АО) осуществляется согласно принципу наименьшей энергии, принципу Паули и правилу Гунда. Принцип Паули запрещает в многоэлектронном атоме находиться электронам с одинаковым набором квантовых чисел. Это означает, что два любых электрона в атоме (или молекуле, или ионе) должны отличаться друг от друга значением хотя бы одного квантового числа, то есть на одной орбитали может быть не более двух электронов с различными спинами (спаренных электронов). Каждый подуровень содержит 2l + 1 орбитали, на которых размещаются не более 2(2l + 1) электронов. Отсюда следует, что емкость s-орбиталей – 2, p-орбиталей – 6, d-орбиталей – 10 и f-орбиталей – 14 электронов. Орбитали с одинаковыми энергиями (вырожденные) заполняются в соответствии с правилом Хунда(Гунда): наименьшей энергией обладает электронная конфигурация с максимальным спином. Это означает, что если на p-орбитали три электрона, то они располагаются так: , и суммарный спин S = 3/2, а не так: , S = 1/2.
Правило Ключковского (принцип наименьшей энергии). В основном состоянии каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальной. Чем меньше сумма (n + l), тем меньше энергия орбитали. При заданном значении (n + l) наименьшую энергию имеет орбиталь с меньшим n. Энергия орбиталей возрастает в ряду:1S < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 5d " 4f < 6p < 7s.

2. Коррозия блуждающими токами (электрокоррозия) и защита возникает в земле при протекании токов утечки от источников постоянного тока: вблизи электрифицированных железных дорог (наиболее опасна), линий трамваев, электролизных производств и даже сварочных установок. При прохождении электровоза часть рельсового тока из-за неполной изоляции стекает (ответвляется) в землю. Главное для уменьшения электрокоррозии – борьба с утечками тока: поддержание в хорошем состоянии балласта и отвод от него воды; прочистка зазоров между балластом и рельсами; электроизоляция рельсов неэлектропроводными прокладками от полотна и шпал; повышение проводимости стыков (хорошее состояние стыковых токовых соединителей, затяжка болтов); применение бесстыкового пути; уменьшения расстояния между тяговыми подстанциями.

Для защиты сооружений вблизи дорог используют электродренаж. Коррозию можно практически исключить, если соединить их проводом с рельсом. Тогда ток пойдет не через грунт и ту же трубу, а через проводник обратно в рельс. Чтобы направление тока не влияло на защиту, в дренажную цепь ставят вентили – диоды. В целом дренаж достаточно сложное техническое решение. Можно использовать и другие способы защиты: катодные станции (см. далее), когда защищаемая конструкция находится на большом расстоянии от дороги (свыше 1км); или протекторы.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 11

1. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – реакции, которые идут с изменением с.о. атомов.
Окисли́тельно-восстанови́тельные реа́кции — это химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, реализующихся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем и атомом-восстановителем.
Степень окисления (с.о.) – заряд, который приписывается атому, считая его ионом
Окислитель (Ox) – принимает электроны.
Cu2+ + 2e– → Cu0 окислитель
Zn0 – 2e– → Zn2+ восстановитель

2. Метод валентных связей (МВС) иначе называют теорией локализованных электронных пар, поскольку в основе метода лежит предположение, что химическая связь между двумя атомами осуществляется с помощью одной или нескольких электронных пар, которые локализованы преимущественно между ними. Орбиталь всегда двухэлектронная и обязательно двухцентровая. Число элементарных химических связей, которые способен образовывать атом или ион, равно его валентности. В образовании химической связи принимают участие валентные электроны.

Обменный механизм. К нему относят те случаи образования химической связи, когда каждый из двух связываемых атомов выделяет для обобществления по одному электрону, как бы обмениваясь ими. Для связывания ядер двух атомов нужно, чтобы электроны находились в пространстве между ядрами. Эта область в молекуле называется областью связывания (область наиболее вероятного пребывания электронной пары в молекуле). Чтобы произошел обмен не спаренными электронами у атомов необходимо перекрывание атомных орбиталей. В этом и заключается действие обменного механизма образования ковалентной химической связи. Атомные орбитали могут перекрываться только в том случае, если они обладают одинаковыми свойствами симметрии относительно межъядерной оси. Донорно-акцепторный механизм

связан с передачей неподеленной пары электронов от одного атома на вакантную атомную орбиталь другого атома.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 12

1. Второй закон термодинамики устанавливает существование энтропии как функции состояния термодинамической системы и вводит понятие абсолютной термодинамической температуры, то есть «второе начало представляет собой закон об энтропии» и её свойствах. В изолированной системе энтропия остаётся либо неизменной, либо возрастает (в неравновесных процессах), достигая максимума при установлении термодинамического равновесия (закон возрастания энтропии). Встречающиеся в литературе различные формулировки второго начала термодинамики являются частными следствиями закона возрастания энтропии.

ЭНТРОПИЯ- функция состояния термодинамической системы, изменение которой dS в равновесном процессе равно отношению количества теплоты dQ, сообщенного системе или отведенного от нее, к термодинамической температуре Т системы, т.е. мера беспорядка (и характеристика состояния). Физический смысл этот состоит в том, что изменение энтропии является мерой необратимости процессов в замкнутой системе и характеризует направление естественных процессов в такой системе.
S = R · ln Е (R – Газовая постоянная 8,31 Е - Энергия)
DS > 0 – самопроизвольный процесс

DS = 0 – равновесие

DS < 0 – несамопроизвольный процесс

Увеличение энтропии является критерием самопроизвольного протекания процессов только в изолированных системах, т.е. не обменивающихся энергией с внешней средой, а это довольно редкий случай. В открытых и замкнутых системах, кроме изменения энтропии, на направление процесса влияет еще и изменение энтальпии.

2. Осмос – самопроизвольный процесс перехода молекул растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую растворы с разными концентрациями растворенного вещества
Осмотическое давление (p) равно силе, которую нужно приложить на единицу поверхности мембраны, чтобы предотвратить проникновение молекул растворителя из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией.
Закон Вант-Гоффа: При повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два—четыре раза. Р_осм = С_м ∙ R ∙ Т.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 13

1. Периодический закон Д. И. Менделеева - свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса.

2. Анодные покрытияимеют более отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла. Примером анодного покрытия может служить цинк на стали. (Рис. 1б). В этом случае основной металл будет катодом коррозионного элемента, поэтому он не корродирует. Потенциалы металлов зависят от состава растворов, поэтому при изменении состава раствора может меняться и ха­рактер покрытия. Так, покрытие стали оловом в растворе H₂SO₄ - катодное, а в растворе органических кислот - анодное.

Изменение свойств коррозионной среды.Для снижения аг­рессивности среды уменьшают концентрацию компонентов, опас­ных в коррозионном отношении. Например, в нейтральных сре­дах коррозия обычно протекает с поглощением кислорода. Его удаляют деаэрацией (кипячение, барботаж инертного газа) или восстанавливают с помощью соответствующих восстановителей (сульфиты, гидразин и т. п.). Агрессивность среды может умень­шаться также при снижении концентрации ионов Н⁺, т. е. по­вышении рН (подщелачивании). Для защиты от коррозии широко применяют ингибиторы. Ингибитором называется вещество, при добавлении ко­торого в среду, где находится металл, значительно уменьшается скорость коррозии металла. К анодным замедлителям нужно отнести замедлители окисляю­щего действия, например нитрит натрия NaNО₂, дихромат натрия Na₂Cr₂O₇. К катодным ингибиторам относятся органические вещества, содержащие азот, серу и кислород, на­пример диэтиламин, уротропин, формальдегид, тиокрезол.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 14

1. Химическая связь взаимодействие между атомами в молекулах, ионах, кристаллах, которое обусловливает устойчивость химической частицы.
Длина связи (пм) - расстояние между центрами атомов, образующих данную связь.
Энергия связи Е_{св -} энергия, которую надо затратить на разрыв связи.
Полярность молекулы определяется разностью электроотрицательностей атомов, образующих двухцентровую связь, геометрией молекулы, а так же наличием неподеленных электронных пар, так как часть электронной плотности в молекуле может быть локализована не в направлении связей. Полярность связи выражается через ее ионную составляющую, то есть через смещение электронной пары к более электроотрицательному атому. Полярность связи может быть выражена через ее дипольный момент, равный произведению элементарного заряда на длину диполя μ = e * l. Полярность молекулы выражается через ее дипольный момент, который равен векторной сумме всех дипольных моментов связей молекулы.

Ковалентная связь (атомная связь, гомеополярная связь) — химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары валентных электронных облаков. Обеспечивающие связь электронные облака (электроны) называются общей электронной парой.
Виды:
Простая ковалентная связь. Для ее образования каждый из атомов предоставляет по одному неспаренному электрону. При образовании простой ковалентной связи формальные заряды атомов остаются неизменными.
Донорно-акцепторный механизм. Для образования этого вида ковалентной связи оба электрона предоставляет один из атомов — донор. Второй из атомов, участвующий в образовании связи, называется акцептором. В образовавшейся молекуле формальный заряд донора увеличивается на единицу, а формальный заряд акцептора уменьшается на единицу.
Семиполярная связь. Этот вид ковалентной связи образуется между атомом, обладающим неподелённой парой электронов (азот, фосфор, сера, галогены и т. п.) и атомом с двумя неспаренными электронами (кислород, сера).
Направленность ковалентной связи является результатом стремления атомов к образованию наиболее прочной связи за счет возможно большей электронной плотности между ядрами. Это достигается при такой пространственной направленности перекрывания электронных облаков, которая совпадает с их собственной. Исключение составляют s-электронные облака, поскольку их сферическая форма делает все направления равноценными. Для p- и d-электронных облаков перекрывание осуществляется вдоль оси, по которой они вытянуты, а образующаяся при этом связь называется σ-связью. σ-Связь имеет осевую симметрию, и оба атома могут вращаться вдоль линии связи, т.е. той воображаемой линии, которая проходит через ядра химически связанных атомов.
Насыщаемость ковалентной связи обусловлена ограниченными валентными возможностями атомов, т.е. их способностью к образованию строго определенного числа связей, которое обычно лежит в пределах от 1 до 6. Общее число валентных орбиталей в атоме, т.е. тех, которые могут быть использованы для образования химических связей, определяет максимально возможную валентность элемента. Число уже использованных для этого орбиталей определяет валентность элемента в данном соединении.

2. Анодные покрытияимеют более отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла. Примером анодного покрытия может служить цинк на стали. (Рис. 1б). В этом случае основной металл будет катодом коррозионного элемента, поэтому он не корродирует. Потенциалы металлов зависят от состава растворов, поэтому при изменении состава раствора может меняться и ха­рактер покрытия. Так, покрытие стали оловом в растворе H₂SO₄ - катодное, а в растворе органических кислот - анодное.

Изменение свойств коррозионной среды.Для снижения аг­рессивности среды уменьшают концентрацию компонентов, опас­ных в коррозионном отношении. Например, в нейтральных сре­дах коррозия обычно протекает с поглощением кислорода. Его удаляют деаэрацией (кипячение, барботаж инертного газа) или восстанавливают с помощью соответствующих восстановителей (сульфиты, гидразин и т. п.). Агрессивность среды может умень­шаться также при снижении концентрации ионов Н⁺, т. е. по­вышении рН (подщелачивании). Для защиты от коррозии широко применяют ингибиторы. Ингибитором называется вещество, при добавлении ко­торого в среду, где находится металл, значительно уменьшается скорость коррозии металла. К анодным замедлителям нужно отнести замедлители окисляю­щего действия, например нитрит натрия NaNО₂, дихромат натрия Na₂Cr₂O₇. К катодным ингибиторам относятся органические вещества, содержащие азот, серу и кислород, на­пример диэтиламин, уротропин, формальдегид, тиокрезол.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 15

1. Гибридизация орбиталей — гипотетический процесс смешения разных (s, p, d) орбиталей центрального атома многоатомной молекулы с возникновением того же числа орбиталей, эквивалентных по своим характеристикам.
Концепция гибридизации с успехом была применена для качественного описания простых молекул, но позднее была расширена и для более сложных.
Конфигурация молекул, в стереохимии характеризует пространственное расположение атомов или групп атомов у асимметрического атома, у несимметрично замещенной двойной связи, у малого (жёсткого) цикла, у центрального атома в комплексах.

2. Характерной особенностью процесса химической коррозии является образование продуктов коррозии непосредственно в месте взаимодействия металла в одном акте с неэлектропроводящей агрессивной средой.
Линейный закон роста оксидных пленок: Если образующаяся оксидная пленка имеет большое количество пор, то она не препятствует доступу окислителя к поверхности металла. В этом случае самой медленной стадией является стадия химической реакции металла и окислителя, т.е. наблюдается кинетический контроль процесса роста оксидной пленки. В дифференциальной форме скорость образования пористой оксидной пленки описывается уравнением dh / dt = kcC, где h - толщина оксидной пленки; t - время; kc - константа скорости реакции; С - концентрация окислителя.
Параболический закон роста оксидных пленок: Процесс роста оксидных пленок по параболическому закону сопровождается значительным самоторможением реакции. При отношении молекулярного объема оксида к атомарному объему металла, пошедшего на окисление, более чем 2,5 раза в слое оксида металла возникают большие внутренние механические напряжения, и защитные свойства оксидной пленки ухудшаются.
Контроль качества оксидной пленки осуществляется по установленному эталону. Изделия, неудовлетворительные по интенсивности черного тона оксидной пленки, возвращаются на повторное оксидирование. Коррозионная стойкость оксидированного образца определяется во влажной камере или переменным погружением образца в 3 % - ный раствор поваренной соли.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 16

1. Катализом называется явление изменения скорости реакции под воздействием небольших добавок специфических веществ, количество которых в ходе реакции не изменяется. В каталитических процессах скорость основной реакции может и увеличиваться, и уменьшаться. Вещества, ускоряющие реакцию, называются катализаторами, а замедляющие - ингибиторами.
Отличительные черты катализаторов:
- Вводится в систему в очень небольших количествах по сравнению с массой реагентов.
- Имеет очень высокую эффективность. Например, одна частица мелкодисперсной платины (платиновая чернь) в одну секунду разлагает 10⁵ молекул Н₂О₂.
- По окончании реакции катализатор остается в химически неизменном состоянии и не расходуется, т.е. его участие в реакции не отражается общим стехиометрическим уравнением. Однако физически катализатор изменяется. Например, кристаллический MnO₂ в процессе каталитического разложения хлората калия KClO₃ превращается в мелкодисперсный порошок. Эти изменения свидетельствуют о том, что в ходе реакции на определенных стадиях катализатор вступает во взаимодействие с реагентами, а по окончании ее вновь выделяется.
- Катализатор одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакцию, т.е. не смещает равновесие и не влияет на его константу, а лишь уменьшает время достижения равновесного состояния.
- Действие катализатора сводится к понижению Еа при образовании промежуточных нестойких соединений, которые в дальнейшем распадаются на продукты реакции с выделением катализатора в химически неизменном виде. Следует отметить одну важную особенность катализаторов. Они не влияют на термодинамику реакций, т.е. не изменяют энтальпию и энергию Гиббса реакции. Если DG>0, то в присутствии катализаторов она не станет самопроизвольной.
- Как правило катализаторы обладают специфичностью (селективностью), т.е. способностью изменять скорость и (или) направление только конкретной химической реакции или группы однородных реакций. Это позволяет из одних и тех же исходных веществ в зависимости от вида катализатора получать разные продукты.
механизм:
О₃+NO=NO₂+O::
NO2+O=NO+O2
О3+O=2O2
А2В+К = К…А2…В = АК+АВ
АК+В = В…А…К=К+АВ
А2В+В=2АВ
Виды промышленных катализаторов: шариковые, микросферические, зарубежные.

2. Химические источники тока (ХИТ) – электрохимические устройства, в результате работы которых химическая энергия окислительно-восстановительных процессов превращается в электрическую энергию постоянного тока. К ним относятся гальванические элементы, аккумуляторы, топливные элементы.
Гальванические элементы – устройства, в которых энергия химической окислительно-восстановительной реакции превращается в электрическую. Он состоят из двух электродов, имеющих различный электродный потенциал, электролита, который дает возможность перемещаться ионам от одного электрода к другому, и металлического проводника для перемещения электронов, направленный поток которых приводит к возникновению электрического тока.

Первый тип .Пластины из двух различных металлов находятся в растворах солей, содержащих собственные ионы. К этому типу относится медно-цинковый гальванический элемент (элемент Даниэля – Якоби ).
Аккумуляторы – гальванические элементы, которые на основе обратимых электрохимических реакций могут многократно накапливать химическую энергию и отдавать ее для потребления в виде электрической энергии постоянного тока.
Топливный элемент – это устройство, которое эффективно вырабатывает постоянный ток и тепло из богатого водородом топлива путем электрохимической реакции.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 17

1. Внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии.
Первый закон термодинамики: количество теплоты, полученное системой,
идет на изменение внутренней энергии системы и на совершение работы над внешними телами.

Энтальпия
Энтальпия системы (от греч. enthalpo нагреваю), однозначная функция H состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии S и давлении P, связана с внутренней энергией U соотношением. H = U + PV

В химии чаще всего рассматривают изобарические процессы (P = const), и тепловой эффект в этом случае называют изменением энтальпии системы или энтальпией процесса: 

 

2. Сплавы металлические, макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже металлов и неметаллов),с характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавами называют любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, оксидов, органических веществ и т. д.
Интерметаллидные композиты представляют особый ин­терес как замена никелевых сплавов, т.к. обладают следующими положительными свойствами:
- высокая проч­ность,
- высокое сопротивление ползучести,
- работоспособность в широком интер­вале температур до 900 ... 950 °С.
Использование этих материалов может значительно повысить качест­венные характеристики двигателей новых поколений.
Композиционные материалы (композиты) обладают комплексом свойств, которые предопределяют их успешное применение для совершенствования современных и разработки принципиально новых конструкций. Композитами называют материалы, которые состоят из двух и более компонентов, объединенных различными способами в монолит и сохраняющих при этом индивидуальные особенности.
Современные конструкционные материалы: фуллерен, графен, стеклопластик, углеродные нанотрубки, углепластик, вантаблэк, старлайт, синтетический гранит, карбон, матаматериалы и тп.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 18

1. Ионная связь - электростатическое взаимодействие, которое осуществляется между ионами
Металлическая связь - связь между всеми положительно заряженными ионами металлов и свободными электронами в кристаллической решетке металлов.
Водородная связь - взаимодействие между двумя электроотрицательными атомами одной или разных молекул посредством атома водорода: А−Н ... В
Межмолекулярное взаимодействие:
Ориентационное взаимодействие– это взаимодействие между двумя полярными молекулами (сюда относятся и ионные молекулы).
При сближении полярные молекулы ориентируются друг относительно друга, противоположными концами диполей. Чем больше полярность в молекуле, тем прочнее связь. При увеличении температуры ориентационное взаимодействие уменьшается так как тепловое движение молекул нарушает ориентацию.
Индукционное взаимодействие– осуществляется между полярной и не полярной молекулой. При этом полярная молекула деформирует электронное облако не полярным. В результате у не полярной образуется временный электрический момент диполя, а затем обе молекулы реагируют как диполи. Индукционное взаимодействие не зависит от температуры.
Дисперсное взаимодействие – осуществляется между двумя не полярными молекулами. При движении электронов внутри молекулы в одной из них происходит небольшая мгновенная деформация электронного облака. В результате чего возникает асимметрия в распределении заряда, т.е. возникает диполь который существует очень короткое время. Этот диполь взаимодействует с соседней молекулой, такое взаимодействие и называется дисперсионным. На дисперсионном взаимодействии основан процесс сжижения благородных и элементарных двухатомных газов.

2. Первый закон Фарадея: количество вещества, превращенного на электроде при электролизе, пропорционально количеству электричества, прошедшего через электролит.
Второй закон Фарадея: массы веществ, испытавших превращения на электродах при прохождении одного и того же количества электричества, относятся между собой как молярные массы их эквивалентов.
Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах отношение количества фактическипропущенного через электролит заряда (Q_f) к теоретически необходимому (Q_t) для осуществления фактически наблюдаемого массопереноса (m_f).

 

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 19

1. Термодинамика (ТД) - это наука о переходах энергии, превращениях энергии из одного вида в другой и возможности этих превращений.Законы классической ТД имеют статистический характер, т.е. приложимы к макроскопическим системам из очень большого числа частиц и не применимы к отдельным атомам или молекулам.Объект изучения ТД – система, т.е. тело или совокупность тел, состоящих из множества молекул или атомов, образующих различные химические вещества, мысленно или фактически обособленных от окружающей среды.
Система - это вещество или совокупность веществ, мысленно или реально отграниченных от внешней среды. Пример: колба с реакционной смесью
Разновидности систем:
1. Открытые системы имеют массообмен и теплообмен с окружающей средой
2. Закрытые системы обмениваются энергией, но не обмениваются веществом
3. Изолированная системы - тепло- и массообмена нет.
Фаза - это часть системы с одинаковыми физ.и хим. свойствами и отделенная от других частей системы поверхностью раздела.
Параметры (свойства) системы

ü Изменение свойств системы не зависит от пути изменения системы, а определяется начальным и конечным состоянием системы ü Величины, изменения которых зависят от пути изменения системы, не являются свойствами системы

Термодинамические функции состояния – это любые переменные физиче-

ские величины, значения которых определяются через термодинамические параметры. Ихвеличинызависяттолько отначального иконечногосостояния системы и не зависят от пути перехода из одного состояния в другое.

Наиболее часто для проведения термодинамических расчетов как химических, так и физических процессов используются следующие термодинамические функции состояния системы:

•внутренняя энергия U ,

•энтальпия H : H = U + p V ,

•энтропия S ,

•энергия Гиббса G : G = H – Т S = U + p V – Т S ,

•энергия Гельмгольца A : A = U – Т S
Классификация термодинамических процессов: изохорный, изобарный, изотермический, адиобатный.

2. Коррозия – самопроизвольное окисление металлов, вредное для промышленной практики (уменьшающее долговечность изделий. Среда, в которой металл подвергается коррозии (корродирует), называется коррозионной или агрессивной. При этом образуются продукты коррозии: химические соединения, содержащие металл в окисленной форме.
Причины:
- наличие примесей в металлах, неоднородность;
- наличие во внешней среде агрессивных компонентов;
- прохождение во внешней среде физико-химических процессов;
- адсорбация поверхностно активных веществ;
- воздействие биологических объектов.
Классификация: химическая, электрохимическая, газовая, атмосферная, подземная, биокоррозия, контактная, радиационная, коррозия под напряжением, коррозионная кавитация, фреттинг-коррозия.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 20

1. Фазовыми равновесиями называют равновесия в гетерогенных системах, в которых имеют место только фазовые переходы и отсутствуют химические взаимодействия между компонентами.
Правило фаз Гиббса утверждает, что число степеней свободы Сравновесной термодинамической системы равно разности между числом компонентов К и числом фаз Ф, плюс число факторов п,влияющих на равновесие:

Графическое изображение состояний равновесия фаз при разных Р и Т называется диаграммой состояния, или фазовой диаграммой.
Диаграмма имеет три поля фаз:
АОВ -поле жидкости,
ВОС (под кривой) -поле ненасыщенного пара,
АОС -поле твердой фазы.

 

2. С использованием элект-ролиза в промышленных масштабах получают хлор и фтор, щело- чи, хлораты и перхлораты, химически чистые водород и кислород и т.д.
В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов из руд. Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий, уран, бериллий и другие металлы. Для очистки металлов используют электрохимическое рафинирование.
Гальванотехника – область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Особо необходимо отметить значение гальванических покрытий в высоких технологиях (HiTec) таких, как микроструктурная техника, электроника и другие. Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику. Гальваностегия(от греч. покрывать) – это электроосаждение на поверхность металла другого металла, который прочно связывается с покрываемым металлом (или специально обработанным неметаллическим предметом), служащим катодом электролизера. Гальванопластика – получение путем электролиза точных, легко отделяемых металлических копий (матриц) с различных как неметаллических, так и металлических рельефных предметов.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 21

1. Степень диссоциации (a) - отношение числа распавшихся на ионы молекул (n) к общему числу растворенных молекул (N): a = n / N и выражается в долях единицы или в % ( a = 0,3 – условная граница деления на сильные и слабые электролиты).
Степень диссоциации зависит от концентрации раствора слабого электролита. При разбавлении водой степень диссоциации всегда увеличивается, т.к. увеличивается число молекул растворителя (H₂O) на одну молекулу растворенного вещества.
Константа диссоциации (K_D) - отношение произведения равновесных концентраций ионов в степени соответствующих стехиометрических коэффициентов к концентрации недиссоциированных молекул.
СИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ при растворении в воде практически полностью диссоциируют на ионы.
При написании уравнений диссоциации сильных электролитов ставят знак равенства.
К сильным электролитам относятся:
· Растворимые соли (смотри таблицу растворимости);
· Многие-неорганические-кислоты: HNO3, H2SO4, HClO3, HClO4, HMnO4, HCl, HBr, HI (смотри кислоты-сильные электролиты в таблице растворимости);
· Основания щелочных (LiOH, NaOH,KOH) и щелочноземельных (Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2) металлов (смотри основания-сильные электролиты в таблице растворимости).
СЛАБЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ в водных растворах лишь частично (обратимо) диссоциируют на ионы.
При написании уравнений диссоциации слабых электролитов ставят
знак обратимости.
К слабым электролитам относятся:
· Почти все органические кислоты и вода (Н2О);
· Некоторые неорганические кислоты: H2S, H3PO4, HClO4, H2CO3, HNO2, H2SiO3 (смотри кислоты-слабые электролиты в таблице растворимости);
· Нерастворимые гидроксиды металлов (Mg(OH)2, Fe(OH)2, Zn(OH)2) (смотри основания-cлабые электролиты в таблице растворимости).
Закон разбавления Оствальда — соотношение, выражающее зависимость эквивалентной электропроводности разбавленного раствора бинарного слабого электролита от концентрации раствора:

 

 

2. С использованием элект-ролиза в промышленных масштабах получают хлор и фтор, щело- чи, хлораты и перхлораты, химически чистые водород и кислород и т.д.
В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов из руд. Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий, уран, бериллий и другие металлы. Для очистки металлов используют электрохимическое рафинирование.
Гальванотехника – область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Особо необходимо отметить значение гальванических покрытий в высоких технологиях (HiTec) таких, как микроструктурная техника, электроника и другие. Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику. Гальваностегия(от греч. покрывать) – это электроосаждение на поверхность металла другого металла, который прочно связывается с покрываемым металлом (или специально обработанным неметаллическим предметом), служащим катодом электролизера. Гальванопластика – получение путем электролиза точных, легко отделяемых металлических копий (матриц) с различных как неметаллических, так и металлических рельефных предметов.

 

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 22

1. Энтальпия хим. реакции – тепловой эффект реакции, измеренный при постоянном давлении. Обозначается ∆Н. В экзотермической реакции теплота выделяется, энтальпия системы уменьшается и ∆Н < 0, в эндотермической реакции энтальпия системы повышается и ∆Н > 0.
Тепловой эффект реакции- теплота, выделяющаяся или поглощающаяся при химической реакции.
Закон Гесса - тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состоянийвеществ и не зависит от пути перехода.
Следствия из закона Гесса:
1. Тепловой эффект прямой реакции равен по величине и противоположен по знаку тепловому эффекту обратной реакции (закон Лавуазье – Лапласа)
2. Для двух реакций, имеющих одинаковые исходные, но разные конечные состояния, разность тепловых эффектов представляет собой тепловой эффект перехода из одного конечного состояния в другое.

 

2. Существует несколько способов катодной защиты металла от коррозии:
– присоединить к «плюсу» аккумуляторной батареи защищаемый металл (подземный трубопровод), сделав его катодом;
– прикрепить к днищу корабля (или нефтепроводу) цинковую пластину, которая будет ржаветь, защищая сталь (такая пластина называется протектором, а катодная защита — протекторной);
– покрыть цинком (анодом) защищаемую металлическую поверхность.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 23

1. Законы Рауля не выполняются для растворов электролитов (даже бесконечно разбавленных). Для учета этих отклонений Вант-Гофф внес в эти уравнения для растворов электролитов поправку – изотонический коэффициент (показывает, во сколько раз общее число молекул и ионов в растворе больше числа молекул до диссоциации).
По Вант-Гоффу осмотическое давление раствора численно равно тому газовому давлению, которое имело бы растворенное вещество, будучи переведенным в газообразное состояние в том же объеме и при той же температуре. Если растворы характеризуются одинаковыми осмотическими давлениями, то по Вант-Гоффу такие растворы называются изотоническими. Независимо от природы растворенного вещества, изотоничность является следствием одинакового числа частиц в растворе.
Изотонический коэффициент - показывает, во сколько раз общее число молекул и ионов в растворе больше числа молекул до диссоциации.
Причину отклонения растворов электролитов от законов Рауля и Вант-Гоффа впервые объяснил шведский ученый С. Аррениус. Он показал, что электролиты за счет действия молекул растворителя распадаются на ионы. Этот процесс приводит к увеличению реального числа частиц растворенного вещества.
Максимально значение изотонического коэффициента (i_max) для любого электролита будет при этом равно числу ионов, которые образуются при полной диссоциации его молекулы (или формульной единицы), т.к. именно во столько раз возрастет число частиц электролита в растворе.
В реальных растворах диссоциация часто протекает не полностью, особенно если электролит является слабым.

 

2. Легирование металлов - это эффективный метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава или металла вводят легирующие элементы (хром, никель, молибден и др.), вызывающие пассивность металла. Пассивациейназывают процесс перехода металла или сплава в состояние его повышенной коррозионной устойчивости, вызванное торможением анодного процесса. Пассивное состояние металла объясняется образованием на его поверхности совершенной по структуре оксидной пленки (оксидная пленка обладает защитными свойствами при условии максимального сходства кристаллических решеток металла и образующегося оксида).
Жаростойкость – стойкость по отношению к газовой коррозии при высоких температурах. Жаростойкость обычно обеспечивается легированием металлов и сплавов, например, стали хромом, алюминием и кремнием. Эти элементы при высоких температурах окисляются энергичнее, чем железо, и образуют при этом плотные защитные пленки оксидов, например Al₂O₃ и Cr₂O₃ .
Жаропрочность – свойства конструкционного материала сохранять высокую механическую прочность при значительном повышении температуры.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 24

1. Гидролиз соли - это реакция, обратная реакции нейтрализации. Поэтому каждую соль можно представить себе как соединение, образованное основанием и кислотой. Кислоты и основания бывают сильными или слабыми электролитами.
Сложный (необратимый) гидролиз
В условиях концентраций соли (не очень малых) и комнатной температуре гидролиз ограничивается одной ступенью (одной молекулой воды – простой гидролиз). При очень сильном разбавлении, т.е. уменьшении концентрации соли и увеличении температуры, а также при осуществлении различных добавок, вызывающих сильное возрастание степени гидролиза, могут реализовываться последующие ступени гидролиза, доводящие его до конца (необратимый гидролиз). Примером необратимого гидролиза может служить гидролиз карбоната натрия в присутствии алюминия (двойной гидролиз). Этот случай необратимого гидролиза может быть представлен следующими уравнениями:

Обратимо: только небольшая часть частиц исходного вещества гидролизуется. При гидролизе таких солей в растворе образуется небольшой избыток гидроксид-ионов OH^—. Водородный показатель такого раствора рН>7.
                   CH ₃COONa + HOH ↔ CH ₃COOH + NaOH

2. Коллоидные системы состоят из дисперсионной среды и дисперсной фазы. В дисперсных системах одна из фаз находится в мелко раздробленном состоянии и распределена в другой, имеющей непрерывное строение. Вещество, находящееся в мелко раз­дробленном состоянии, называется дисперсной фазой, а вещество, находящееся в виде сплошной массы -
дисперсионной сре­дой.
Поверхностная энергия - величину можно представить, как произведение её удельного значения (σ) на суммарную поверхность раздела (S). Наличие этого избытка поверхностной энергии (σ•S) является характерной особенностью высокодисперсных систем и определяет ряд присущих им свойств, таких как электрические, поверхностные явления и др.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 25

1. Свободная энергия Гиббса(или просто энергия Гиббса, или потенциал Гиббса, или термодинамический потенциал в узком смысле) — это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции и дающая таким образом ответ на вопрос о принципиальной возможности протекания химической реакции; Энергию Гиббса можно понимать как полную химическую энергию системы (кристалла, жидкости и т. д.)этотермодинамический потенциал следующего вида:

где —внутренняя энергия, —давление, —объём, — абсолютная температура, —энтропия.
Дифференциал энергии Гиббса для системы с постоянным числом частиц, выраженный в собственных переменных — через давление и температуру T:

Для системы с переменным числом частиц этот дифференциал записывается так:

Здесь —химический потенциал, который можно определить как энергию, которую необходимо затратить, чтобы добавить в систему ещё одну частицу.

Направление протекания изохорных процессов (V=const и Т =const) определяется изменением свободной энергии Гельмгольца, которую называют также изохорно-изотермический потенциал (F): DF=DU–TDS. (15)
Знак изменения свободной энергии Гельмгольца DF и ее величина при V=const определяют термодинамическую устойчивость системы:
- если в химическом процессе происходит снижение свободной энергии Гельмгольца, т.е. DF < 0, процесс может протекать самопроизвольно, или говорят: процесс термодинамически возможен;
- если продукты реакции имеют больший термодинамический потенциал, чем исходные вещества, т.е. DF > 0, процесс протекать самопроизвольно не может, или говорят: процесс термодинамически невозможен;
- если DF = 0, то реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлении, т.е. реакция обратима.
Все функции имеют размерность энергии. Поскольку абсолютное значение внутренней энергии (а, следовательно, и других вспомогательных функций) определить нельзя, все отрезки, выражающие их величину, даны с одинаковым разрывом, соответствующим началу отсчета внутренней энергии. График справедлив для определенного состояния системы. При изменении условий величины составляющих отрезков изменяются.

 

2. Адсорбация – это процесс самопроизвольного концентрирования газов или растворенных веществ на поверхности раздела фаз называют. В зависимости от природы контактирующих фаз различают адсорбцию на границах: газ - твердое тело, газ – жидкость, жидкость - твердое тело и жидкость - жидкость.
Адсорбция является следствием снижения ненасыщенности молекулярных, атомных или ионных сил на поверхности раздела фаз и обусловлена накоплением вещества, снижающего свободную поверхностную энергию. Адсорбция – процесс самопроизвольный, т.к. в результате процесса адсорбции происходит уменьшение свободной поверхностной энергии, а по второму закону термодинамики такие процессы являются самопроизвольными. Вещества, которые адсорбируются, называют адсорбатами (иногда - адсорбтивами), а вещества, которые адсорбируют на своей поверхности - адсорбентами.
Поверхностно-активными веществами (ПАВ) называют такие химические соединения, которые адсорбируются на поверхностях раздела жидкостей и твердых тел и влияют на их физико-химические или химические свойства. ПАВ являются, как правило, соединениями, молекулы которых состоят из двух главных частей – радикала и функциональной группы.

Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность — способность веществаснижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз — это производная                 поверхностного натяжения поконцентрации ПАВ при стремлении С к нулю. Однако, ПАВ имеет предел растворимости (так называемую критическую концентрацию мицеллообразования или ККМ), с достижением которого при добавлении ПАВ враствор концентрация на границе раздела фаз остается постоянной, но в то же время происходитсамоорганизация молекул ПАВ в объёмном растворе (мицеллообразование или агрегация). В результатетакой агрегации образуются так называемые    мицеллы. Отличительным признаком мицеллообразованияслужит помутнение раствора ПАВ.     
Водные растворы ПАВ, при мицеллообразовании также приобретают голубоватый оттенок (студенистый оттенок) за счёт преломления света мицеллами.

 

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 26

1. Ио́нное произведе́ние воды́ (K_W) -произведение концентраций ионов водорода Н⁺ и гидроксид-ионов OH⁻ в воде или в водных растворах, константа автопротолиза воды.
Практическое значение ионного произведения воды велико, так как оно позволяет при известной кислотности (щёлочности) любого раствора (то есть при известной концентрации [H⁺] или [OH⁻]) найти соответственно концентрации [OH⁻] или [H⁺]. Хотя в большинстве случаев для удобства представления пользуются не абсолютными значениями концентраций, а взятыми с обратными знаком их десятичными логарифмами — соответственно, водородным показателем (pH) и гидроксильным показателем (pOH).

Так как K_в — константа, при добавлении к раствору кислоты (ионов H⁺), концентрация гидроксид-ионов OH⁻ будет падать и наоборот. При концентрации [H⁺] > 10⁻⁷ моль/л (соответственно, концентрации [OH⁻] < 10⁻⁷ моль/л) среда будет кислой; При концентрации [OH⁻] > 10⁻⁷ моль/л (соответственно, концентрации [H⁺] < 10⁻⁷ моль/л) — щелочной.

Водородным показателем рН называют десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком:
рН = –lg[H⁺] или [Н⁺] = 10^-рН, где [Н⁺] – концентрация ионов водорода, моль/л.
Понятие «водородный показатель» было введено датским химиком Серенсеном в 1909 г.: буква «р» – начальная буква датского слова potenz – математическая степень, буква Н – символ водорода.
С помощью рН реакция растворов характеризуется так:
нейтральная рН=7, кислая рН<7, щелочная рН>7.
гидроксильным показателем рОН называют десятичный логарифм концентрации гидроксильных ионов, взятый с обратным знаком:
рОН = –lg[OH^-] или [ОН^-]=10^-рОН, где [ОН^-] – концентрация гидроксид-ионов, моль/л.
С помощью рОН реакция растворов характеризуется так:
нейтральная рОН=7, кислая рОН>7, щелочная рОН<7.

 

2. Процессы восстановления на катоде.
В первую очередь восстанавливаются катионы малоактивных металлов, расположенных в ряду стандартных электродных потенциалов после водорода Н₂, (например, Au³⁺, Ag⁺, Hg²⁺, Cu²⁺)
Me⁺ⁿ + ne = Me⁰
Катионы металлов средней активности, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов между Аl и Н₂, восстанавливаются совместно с катионами водорода(из молекул Н₂О).
2H₂О + 2e = Н₂+ 2ОН^–
Катионы активных металлов от Li до А1 (включительно) при электролизе водных растворов не восстанавливаются. На катоде в этом случае восстанавливаются только ионы водорода из воды и выделяется водород. 2H₂О + 2e = Н₂+ 2ОН^–
При электролизе растворов сильных кислот, характеризующихся высокими концентрациями ионов водорода, на катоде восстанавливаются ионы водорода Н⁺
2H⁺+ 2e = Н2⁰
Процессы окисления на аноде зависят от материала анода.
Если анод нерастворимый (инертный), то в первую очередь на нем окисляются анионы бескислородных кислот(за исключением ионо фтора F^–) 2Сl^–– 2e = Cl₂
Анионы кислородсодержащих кислот (оксокислот), например, SO₄^2–, NO₃^–, СО₃^2–, РO₄^3–, а также фторид ион (F^–), не окисляются при электролизе водных растворов.При этом на аноде идет процесс окисления молекул Н₂О: 2H₂О – 4e = O₂ + 4H⁺
При электролизе растворов щелочей на аноде окисляются ионы ОН^– и, в результате, выделяется кислород: 4ОН^– – 4e = 2O₂ + 2H₂O
При наличии в растворе различных анионов, они окисляются в порядке возрастания величины их окислительно-восстановительного потенциала:
-сначала окисляются анионы бескислородных кислот;
- затем окисляются молекулы Н₂О (в щелочной среде – ионы ОН^–)
- анионы кислородсодержащих кислот (оксокислот) и ионы фтора F^­– остаются в растворе без изменения.
Если проводится электролиз с активным электродом (растворимым анодом), то на нем протекает процесс окисления материала анода: Me⁰ – ne = Me⁺ⁿ

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 27

1. Активированный комплекс, группировка атомов в решающий момент элементарного акта химической реакции. Понятием об А. к. широко пользуются в теории скоростей химических реакций.
Протекание элементарного акта может быть рассмотрено на примере газовой бимолекулярной реакции образования йодистого водорода из водорода и паров иода: H2+I2 = 2HI
Сильное изменение скорости реакции с изменением температуры объясняется тем, что в химическое взаимодействие вступают только активные молекулы (частицы), обладающие энергией, достаточной для осуществления данной реакции. Неактивные частицы можно сделать активными, если сообщить им необходимую дополнительную энергию, — этот процесс называется активацией. Один из способов активации — увеличение температуры: при повышении температуры число активных частиц сильно возрастает, благодаря чему резко увеличивается скорость реакции.
Энергиея активации - энергия, которую надо сообщить молекулам (частицам) реагирующих веществ, чтобы превратить их в активные. Ее определяют опытным путем, обозначают буквой Eа и обычно выражают в кДж/моль. Так, например, для соединения водорода с иодом (Н2+I2=2HI) Еa=167,4 кДж/моль, а для распада иодоводорода (2HI = Н2 +I2) Еa=186,2 кДж/моль.

Скорость химической реакции – это изменение количества реагирующего вещества или продукта реакции за единицу времени в единице объема (для гомогенной реакции) или на единице поверхности раздела фаз (для гетерогенной реакции).
Правило Вант-Гоффа — эмпирическое правило, позволяющее в первом приближении оценить влияние температуры на скорость химической реакции в небольшом температурном интервале (обычно от 0 °C до 100 °C). Я. Х. Вант-Гофф на основании множества экспериментов сформулировал следующее правило: при повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два — четыре раза.
Уравнение, которое описывает это правило следующее:

где — скорость реакции при температуре , — скорость реакции при температуре , — температурный коэффициент реакции (если он равен 2, например, то скорость реакции будет увеличиваться в 2 раза при повышении температуры на 10 градусов).
Уравнение Аррениуса устанавливает зависимость константы скорости химической реакции от температуры .

 

2. Электрохимия изучает взаимное превращение химической энергии в электрическую и наоборот. Главными проблемами электрохимии являются возникновение электрических явлений при химических реакциях и протекание химических реакций при воздействии электричества. Основателями электрохимии считаются два итальянских врача, Луиджи Гальвани (1737–1798, Болонья) и Алессандро Вольта (1745–1827).
Электродный (электрический) потенциал возникает на границе раздела металл (проводник 1-го рода) – электролит (проводник 2-го рода). Электродный потенциал имеет наибольшее значение в электрохимии, так как на этом явлении основана работа химических источников тока. Система, состоящая из металла и электролита называется электродом. Далее мы будем говорить о целом ряде разновидностей электродов. Сейчас в качестве примера рассмотрим ионно-металлический электрод (электрод 1-го рода) Cu / Cu²⁺. Пластина металлической меди погружается в раствор соли меди, например, CuSO₄. Электрод условно записывается символом Cu|Cu²⁺, где под вертикальной чертой подразумевается поверхность раздела металла и электролита.
Контактный потенциал возникает на границе раздела двух металлов. В случае контакта цинка и меди, цинк, легче отдающий электроны, заряжается положительно, а медь отрицательно. Избыточные заряды концентрируются по поверхности раздела металлов, образуя двойной электрический слой.
Диффузионный потенциал возникает на границе раздела двух жидких электролитов. Это могут быть растворы одного вещества с разными концентрациями, или растворы разных веществ, или раствор и растворитель. Очевидно, что такая граница неустойчива. Происходит диффузия ионов, что и ведет к возникновению разности потенциалов.

 

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 28

1. При химическом равновесии скорость реакции в прямом направлении равна скорости реакции в обратном направлении. В условиях химического равновесия концентрация исходных веществ и продуктов реакции не изменяется во времени и называются равновесными концентрациями. Для характеристики состава химического равновесия было введено понятие константа химического равновесия. Эта величина определяется из закона действующих масс и представляет собой отношение концентраций продуктов реакций и исходных веществ.
Влияние различных факторов на сдвиг химического равновесия:
1) Влияние температуры. С повышением температуры равновесие смещается в сторону эндотермических реакций, т.е. реакций протекание которых обеспечивает поглощение теплоты. Повышение температуры вызывает увеличение константы равновесия, соответственно возрастают отношения концентраций продуктов реакции к концентрации исходных веществ , т.е. равновесие смещается в сторону эндотермической реакции.
2) Влияние общего давления в системе. Если в результате реакции изменяется число молей газообразного вещества, то изменение общего давления в системе вызывает смещение равновесия в соответствии с принципом Ле-Шателье , увеличение общего давления в системе вызывает смещение равновесия в сторону уменьшения числа молей газообразного вещества , т.е. в сторону уменьшения давления.
3) Влияние концентрации компонентов системы. Если в систему добавить Метан, т.е. увеличить концентрацию, то равновесие системы нарушится. При этом ускоряется прямая реакция, что приводит к увеличению концентрации продуктов реакции. В результате происходит уменьшение концентрации газообразной воды и равновесие смещается вправо. Процесс будет протекать до тех пор, пока не установится новое равновесие. Новое равновесие концентрации всех компонентов будет таким, чтобы константа равновесия оставалась постоянной.
Принцип Ле-Шателье: если на систему находящуюся в равновесном состоянии оказывается внешнее воздействие , то равновесие смещается в таком направлении которое ослабляет внешнее воздействие.
Принцип следует из закона действующих масс, если система находится при постоянной температуре , то константа равновесия при внешних воздействиях остается постоянной , поэтому любое изменение равновесных концентраций одного или нескольких веществ должно приводить к такому изменению равновесных концентраций других веществ , чтобы соблюдалась константа равновесия.

 

2. Концентрационный элемент — это гальванический элемент, состоящий из двух одинаковых металлических электродов, опущенных в растворы соли этого металла с различными концентрациями С₁ > С₂. Катодом в этом гальваническом элементе является электрод, погруженный в раствор с большей концентрацией, а анодом соответственно погруженным в раствор с меньшей концентрацией.
В качестве примера концентрационного элемента можно привести концентрационный свинцовый гальванический элемент.

 

Электрохимические генераторы (топливные элементы) — это элементы, в которых происходит превращение химической энергии в электрическую. Окислитель и восстановитель хранятся вне элемента, в процессе работы непрерывно и раздельно подаются к электродам. В процессе работы топливного элемента, электроды не расходуются. Восстановителем является водород (H2), метанол (CH3OH), метан (CH4); в жидком или газообразном состоянии. Окислителем обычно является кислород — из воздуха или чистый.В кислородно-водородном топливном элементе со щёлочным электролитом, происходит превращение химической энергии в электрическую.
ЭДС: ∆Е = Е_{(катода)} – Е_(анода).

 

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 29

1. Лиофильные и лиофобные коллоиды, коллоидные системы, различающиеся по интенсивности молекулярного взаимодействия веществ дисперсной фазы и жидкой дисперсионной среды. В лиофильных коллоидах частицы дисперсной фазы интенсивно взаимодействуют с молекулами окружающей их жидкости. Поверхность частиц сильно сольватирована и удельная свободная поверхностная энергия на границе раздела фаз чрезвычайно мала. При комнатной температуре условие возникновения лиофильных коллоидов реализуется, если межфазное (поверхностное) натяжение не превосходит нескольких сотых долей мн·м-1 (дин·см-1). Лиофильные коллоиды образуются в результате самопроизвольного диспергирования крупных кусков твёрдого тела или капель жидкости на мельчайшие коллоидные частицы, или мицеллы. Лиофильные коллоиды термодинамически устойчивы и поэтому не разрушаются во времени при сохранении условий их возникновения. К лиофильным коллоидам относятся т. н. критические эмульсии, т. е. эмульсии, возникающие вблизи критической температуры смешения двух жидкостей; коллоидные дисперсии мицеллообразующих поверхностно-активных веществ (мыл, некоторых органических пигментов и красителей), водные дисперсии бентонитовых глин. В лиофобных коллоидах частицы дисперсной фазы слабо взаимодействуют с окружающей средой. Межфазное натяжение в таких системах довольно велико [не ниже нескольких десятых долеймн·м^-1 (дин·см^-1) при комнатной температуре]. Вследствие избытка свободной поверхностной энергии они термодинамически неустойчивы, т. е. всегда сохраняют тенденцию к распаду. При распаде лиофобного коллоида происходит укрупнение коллоидных частиц, которое сопровождается уменьшением свободной энергии системы. Агрегативная устойчивость (способность противостоять укрупнению частиц) любого лиофобного коллоида носит временной характер; она обусловлена наличием стабилизатора — вещества, адсорбирующегося на поверхности частиц (капель) и препятствующего их слипанию (слиянию). Типично лиофобные коллоиды — гидро- и органозоли металлов, окисей, сульфидов предельно высокодисперсные эмульсии (кроме критических), латексы.

 

2. Электрохимическая кинетика - учение о скоростях и механизме процессов, протекающих на границе раздела «электрод-электролит» при прохождении через границу постоянного электрического тока.
Поляризация химической связи — асимметрия (смещение) электронной плотности, связывающеймолекулярной орбитали ковалентной связи.
Существует несколько основных видов поляризации: электронная, ионная,
Электронная поляризация это смещение электронных орбит относительно положительно заряженного ядра. Данная поляризация происходит во всех атомах любого вещества и, следовательно, во всех диэлектриках, независимо от наличия в них других видов поляризации.

 

Ионная поляризация представляет смещение друг относительно друга разноименно заряженных ионов в веществах с ионными связями Центры положительных и отрицательных зарядов q ионов ячейки, совпадающие до приложения электрического поля, под действием внешнего поля раздвигаются на некоторое расстояние х в результате смещения разноименно заряженных ионов в противоположных направлениях, вследствие чего элементарная ячейка приобретает индуцированный электрический момент Р_и=qx.

 

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 30

1. Основные свойства коллоидных систем:
- Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света.
- В прозрачных коллоидах наблюдается рассеивание светового луча (эффект Тиндаля).
- Дисперсные частицы не выпадают в осадок за счёт броуновского движения.
Эффект Тиндаля, рассеяние Тиндаля (англ. Tyndall effect) — оптический эффект, рассеяние света при прохождении светового пучка через оптически неоднородную среду. Обычно наблюдается в виде светящегося конуса (конус Тиндаля), видимого на тёмном фоне. Характерен для растворов коллоидных систем (например, золей, металлов, разбавленных латексов, табачного дыма), в которых частицы и окружающая их среда различаются по показателю преломления. На эффекте Тиндаля основан ряд оптических методов определения размеров, формы и концентрации коллоидных частиц и макромолекул. Эффект Тиндаля назван по имени открывшего его Джона Тиндаля
Броуновское движение — тепловое беспорядочное движение микроскопических, видимых, взвешенных в жидкости (или газе) частиц (броуновские частицы) твёрдого вещества (пылинки, крупинки взвеси, частички пыльцы растения и так далее).

 

2. Электрохимическая коррозия - самый распространенный вид коррозии. Электрохимическая коррозия возникает при контакте металла с окружающей электролитически проводящей средой. При этом восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает не одновременно с ионизацией атомов металла и от электродного потенциала металла зависят их скорости. Первопричиной электрохимической коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в окружающих их средах.
Микрокоррозия Причинами возникновения электрохимической коррозии служат различные виды неоднородностей как самой поверхности металла или сплава, так и коррозионной среды. В результате вся поверхность, соприкасающаяся с токопроводящей коррозионной средой, разделяется на катодные и анодные участки, которые имеют очень малые размеры и чередуются друг с другом. В такой среде они представляют собой совокупность огромного числа короткозамкнутых коррозионных гальванических элементов, вследствие чего электрохимическую коррозию часто называют гальванической коррозией.
Макрокоррозия Контактная коррозия – вид коррозионного разрушения, который наблюдается при контакте двух разнородных металлов, т.е. которые обладают разными электрохимическими свойствами. При неправильной компоновке металлов и сплавов данный вид коррозионного разрушения выводит из строя множество сложных металлических конструкций. Контактная коррозия наблюдается, например, в системах алюминий (и сплавы алюминия) - углеродистая сталь или алюминий-цинк, медь-железо, и т.д. Контактная коррозия также может наблюдаться при контакте изделий из одного и того же металла, но соединенных при помощи пайки либо сварки. Сварной (спаечный) шов будет отличаться электрохимическими свойствами от основного металла. Различная механическая обработка стали (металла) также может вызвать контактную коррозию даже у одного и того же метала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

---

Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 17; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!