Учебное пособие Новокузнецк 2009

1

2

3

4

5

6

7

8Предисловие

Учебное пособие содержит три раздела: химическая термодинамика, химическая кинетика и равновесие, истинные растворы неэлектролитов и электролитов. Каждый раздел включает теоретическую часть (термины, определения, понятия), примеры расчетов типовых задач и контрольные задания, содержащие по 8 задач.

Пособие предназначено для практических аудиторных занятий и самостоятельной подготовки студентов технических специальностей. Необходимость издания данного учебного пособия обусловлена дефицитом учебной литературы в этом направлении.

Авторы надеются, что пособие позволит студентам не только успешно освоить предложенный материал по дисциплинам «Химия», «Неорганическая химия», но и станет для них полезным в учебном процессе при освоении дисциплин технических направлений и специальностей.

В пособии использовалась, главным образом, Международная система единиц (СИ). Однако, в ряде случаев читатели встретятся с такими единицами, как атмосфера, мм.рт.ст., литр. Это обусловлено умышленно, т.к. указанные единицы до сих пор часто встречается в учебной и научно-технической литературе.

Авторы с благодарностью примут все замечания и пожелания по настоящему изданию, присланные читателями-преподавателями и студентами в адрес издательства.

9Введение

Вещества могут находиться в газообразном, жидком или твердом агрегатных состояниях. Состояние вещества, условия перехода из одного состояния в другое определяются величиной и природой сил, действующих между его частицами, а также характером движения самих частиц. Чем выше энергия межмолекулярного взаимодействия в веществе, тем большая энергия должна быть затрачена на удаление частиц друг от друга, на разрыв связи между ними, тем выше температура плавления и кипения. При этом надо иметь в виду, что переход из одного агрегатного состояния в другое может сопровождаться изменением типа связи. Жидкое и твердое состояние вещества называют конденсированным.

Газообразное состояние вещества характеризуется большими расстояниями между частицами по сравнению с их размерами. Поэтому взаимодействие между частицами газа практически отсутствует, проявляясь только при столкновении частиц. Чем больше давление газа, тем чаще происходят столкновения, тем больше межмолекулярное взаимодействие и тем сильнее различается поведение газа. Различие определяется природой частиц газа. В газообразном состоянии вещества заполняют весь объем сосуда, в котором находятся, и принимают его форму.

Жидкое состояние вещества является промежуточным между газообразным и твердым состояниями. Жидкости, отличаясь по строению и природе межмолекулярного взаимодействия, имеют некоторые общие черты. Переход из газообразного состояния в жидкое сопровождается уменьшением кинетической энергии. Это обуславливает возрастание сил притяжения между частицами, в результате чего образуются относительно прочно связанные их ассоциаты. Таким образом, каждая частица оказывается окруженной одинаковым числом ближайших соседних частиц. В таком случае говорят, что в жидкости имеется ближний порядок. Однако размеры этих ассоциатов, как правило, невелики и они могут достаточно свободно перемещаться один относительно другого. Это свойство жидкости называется текучестью. Степень текучести зависит от интенсивности теплового колебания частиц и от характера связи между ними. Количественной характеристикой текучести жидкости служит ее вязкость.

Возможность смещения частиц друг относительно друга и прочность связей между частицами, с одной стороны, определяет наличие объема у жидкости, как и у твердых тел, а с другой – отсутствие определенной формы. Доля свободного объема в жидкости невелика, частицы расположены компактно. Это обеспечивает высокую плотность и малую сжимаемость.

Твердое состояние вещества. Понижение температуры жидкости приводит к переходу ее в твердое состояние. Характерной особенностью этого состояния вещества является постоянство его формы.

Если частицы вещества не слишком большого размера, то, как правило, в момент затвердевания они успевают принять оптимальную ориентацию относительно своих ближайших соседей, обеспечивающую минимальную энергию всей системы. При этом возникает периодическая структура – кристалл. В кристаллических телах реализуется, в отличие от жидкостей, дальний порядок.

В некоторых жидкостях, чаще всего при охлаждении жидкости, состоящей из полимерных молекул, переходу в твердое состояние предшествует сильное увеличение вязкости, и затвердевание происходит постепенно, без упорядочивания структуры. Такие застывшие жидкости называют аморфными твердыми телами.

Химические процессы могут протекать с изменением химического состава вещества (химические реакции) и без изменения, например, в фазовых переходах.

Совокупность веществ, находящихся во взаимодействии и мысленно выделенных из окружающей среды, называется системой. Примерами систем могут быть различные объекты: смеси газов, водные растворы различных электролитов и т.д.

Компонентом системы называется вещество, которое может быть выделено из системы и существовать вне ее. Известно, что при растворении в воде многие соли (электролиты) распадаются на ионы, например, хлорид натрия распадается на катион Na⁺ и анион Cl^-. Однако эти ионы не могут считаться компонентами системы – раствора соли в воде, так как они не могут быть выделены из данного раствора и существовать по отдельности. Компонентами системы будут вода и хлорид натрия.