Настоящее учебное пособие представляет собой курс лекций по общей химии, изданный отдельной книгой в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова и читаемый студентам нехимических специальностей. Версия, публикуемая на сайте http://www.chem-astu.ru/chair/study/genchem/, содержит основной материал, достаточный для усвоения дисциплины и успешной сдачи экзамена.

В гипертекстовом варианте пособие имеет множество ссылок на внешние интернет-ресурсы, тщательно отобранные авторами. На каждой странице сайта внешние ссылки отображаются на цветном фоне. Они служат для пояснения некоторых понятий и для более детального ознакомления с разделами курса. В совокупности с материалами, представленными на внешних ресурсах, пособие может служить для углубленного изучения дисциплины "Общая химия", в том числе и студентами химических специальностей. Во многих случаях внешние ссылки сопровождаются внутренними, которые ведут к соответствующим параграфам данного учебного пособия. Такие внутренние ссылки показаны в виде звездочек* или подчеркнутого текста на белом фоне. Отдельные пояснения появляются как всплывающий текст в результате наведения курсора мыши на слово или словосочетание, отображенное на цветном фонеПри наведении курсора мыши появляется всплывающий текст, содержащий дополнительные пояснения..

В гипертекстовой версии пособие не содержит разделов "Атомно-молекулярное учение" и "Химический эквивалент", с которыми читатель может ознакомиться по цитируем здесь внешним источникам. Полезным для изучения дисциплины является также дополнительный раздел "Газовые законы".

Авторы будут признательны за любые замечания и предложения, направленные на улучшение пособия и оптимизацию подборки ресурсов Интернет.

1.1 ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ. ЗАКОН ГЕССА

Химическая термодинамика изучает энергетические эффекты, сопровождающие химические процессы, а также возможность и направление самопроизвольного протекания процессов

.

Системой

называется тело или группа тел, находящихся во взаимодействии с окружающей средой и мысленно обособляемых от нее

.

В любом процессе соблюдается закон сохранения энергии:

Q = ΔU + A

В механических системах самопроизвольно протекают процессы, в которых уменьшается потенциальная энергия, т.е. критерием самопроизвольности служит неравенство Δ

E

п

<0. Для химических процессов имеются аналогичные критерии. В XIX веке таким критерием считали выполнимость условия Δ

H

<0 (принцип Бертло). Это казалось правдоподобным, т.к. при Δ

H

<0 (в экзотермической реакции

[4]

) система переходит в состояние с меньшей энергией. Однако впоследствии было обнаружено много нарушений принципа Бертло (невозможность протекания некоторых экзотермических реакций и возможность – некоторых эндотермических

[5]

). Поэтому принцип Бертло в настоящее время не применяется. Его нарушение связано с влиянием энтропии.

Состояние вещества можно охарактеризовать двояко: 1) Указать значения измеряемых свойств, например, температуру и давление. Это характеристики макросостояния. 2) Указать мгновенные характеристики каждой частицы вещества – ее положение в пространстве, скорость и направление перемещения. Это характеристики микросостояния.

Поскольку тела состоят из огромного количества частиц, то данному макросостоянию соответствует колоссальное число различных микросостояний. Это число называется термодинамической вероятностью

W

. С ней связано одно из фундаментальных свойств вещества – энтропия:

S = k ln W,

где

k [6]

– постоянная Больцмана.

2.1 КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Химические реакции протекают с различными скоростями. Некоторые из них полностью заканчиваются за малые доли секунды (взрыв), другие осуществляются за минуты, часы, дни и большие промежутки времени. Кроме того, одна и та же реакция может в одних условиях (например, при повышенных температурах) протекать быстро, а в других (например, при охлаждении) – медленно. При этом различие в скорости одной и той же реакции может быть очень большим.

Раздел химии, изучающий скорости химических реакций, называется химической кинетикой .

При рассмотрении вопроса о скорости реакций необходимо различать гомогенные и гетерогенные реакции. С этими понятиями тесно связано понятие фазы.

Фазой

называется часть системы, отделенная от других ее частей поверхностью раздела, при переходе через которую свойства изменяются скачком.

Гетерогенные реакции

[13]

имеют большое значение в технике (горение твердого топлива, коррозия металлов и т.д.). Любые гетерогенные процессы связаны с переносом вещества, и в них можно выделить три стадии:

1) Подвод реагирующего вещества к поверхности.

2) Химическая реакция на поверхности

[14]

.

3) Отвод продукта реакции от поверхности.

Первая и последняя стадия осуществляется за счет диффузии. Во многих случаях химическая реакция могла бы протекать очень быстро, если подвод реагирующего вещества к поверхности и отвод продуктов от нее тоже происходили бы достаточно быстро. Такие процессы называются диффузионно контролируемыми, т.к. скорость определяется скоростью переноса вещества (диффузией). Для ускорения таких реакций обычно используют перемешивание. Если химическая реакция (вторая стадия) имеет высокую энергию активации *, то эта стадия оказывается самой медленной, и процесс не ускоряется при перемешивании. Такие гетерогенные реакции называются кинетически контролируемыми. Для их ускорения необходимо повысить температуру.