Файл: Атомы и химические элементы. Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева. Изотопы.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.03.2024
Просмотров: 162
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2
Работа процесса (А) - энергия, передаваемая одним телом другому при их взаимодействии и не зависящая от температуры этих тел. Существуют различные виды работы. Которые в химической термодинамике подразделяются на механическую. Когда система выполняет работу, направленную на преодоление сопротивления. Величина механической работы (А) равна произведению силы F на расстояние L на котором эта сила преодолевает сопротивление. А=FL
Или химическую А= nRT
А в случае расширения или сжатия газа, работа А= рΔV расширения газа. Р- внешнее давление ΔV- изменение объема.
Работа, выполняемая самой системой, в термодинамике считается положительной. Если перед работой стоит знак «минус» - это означает, что над системой выполняется работа.
«Полезная» работа – в химическом отношении такая работа при совершении, которой протекают химические реакции (например, электрический ток при электролизе).
Первое начало термодинамики.
Первое начало термодинамики является частью всеобщего закона сохранения энергии. В соответствии с законом сохранения энергии, энергия не возникает из ничего и не может превратиться в ничто. Если же в течение процесса исчезает энергия одного вида, то взамен появляется эквивалентное количество энергии другого вида. Формы обмена энергии с окружающей средой могут быть различными (тепловая, световая, энергетическая, механическая и др.). для упрощения все они разделены на две группы: Теплота Q –передача энергии путём беспорядочного, хаотичного движения частиц составляющих систему.
Работа А – передача энергии путём упорядоченного движения частиц . причём ни Q ни А не являются функциями состояния системы, а только способами передачи энергии, т.е. зависят от пути протекания процесса подобно длина дороги от Москвы до Ингушетии ехать через Смоленск или Ростов. Они эквивалентны друг к другу и связаны с внутренней энергией системы и первым законом термодинамики.
Энергия, сообщаемая любой термодинамической системе извне, расходуется на совершение работы над окружающей средой и изменение внутренней энергии самой системы: Q=ΔU+ А
Математическое выражение первого начала термодинамики показывает соотношение между расходом внутренней энергии, работой совершаемой самой системой (+А) и энергией Q, которая расходуется в виде теплоты Q. Q-А=ΔU
В случае изолированной системы ( ΔU=O Δm=O) согласно закону сохранения энергии ее внутренняя энергия определяется только ее параметрами состояния т.е. внутренняя энергия – есть функция состояния – это одна из формулировок первого закона термодинамики.
В случае закрытой системы ( ΔU/=O Δm=O) ΔU=Q-A на основании закона сохранения энергии, изменение внутренней энергии системы равно разности сообщаемой системе теплоты и совершаемой при этом работы. Это также формулировка первого закона термодинамики.
Если в процессе поглощения или выделения теплоты никакая работа не совершается т.е. А=О, а это возможно если объем системы не изменяется ΔV=O или V=соnst – изохорный процесс то вся теплота расходуется на изменение внутренней энергии QV=ΔU.
Внутренняя энергия возрастает в том случае, если система поглощает теплоту ΔU>0- эндотермический процесс. Внутренняя энергия убывает, если выделяется теплота во внешнюю среду ΔU<0 экзотермический процесс.
46.Термодинамические процессы: изохорный, изобарный (энтальпия), изотермический, адиабатный, термодинамические обратимые и необратимые процессы.
Всякое изменение состояния системы, связанное с изменением хотя бы одного термодинамического параметра. Называется термодинамическим процессом.
В зависимости от условий, при которых протекает процесс, он может быть: 1. Изохорным V=соnst Если в процессе поглощения или выделения теплоты никакая работа не совершается А=0. а это возможно, если объем системы не изменяется V=соnst , то вся теплота расходуется на изменение внутренней энергии. Q=ΔU+PΔV
ΔV=cost PΔV=O Следовательно QV=ΔU- изохорный процесс
ΔUO ΔH>O- эндотермический процесс
Системы в процессе обмена теплотой с внешней средой при постоянном давлении единственным видом работы оказывается работа расширения то
QP=ΔU+PΔV=U2−U1+P(V2−V1)=U2−U1+PV2−PV1 отсюда (U2+PV2)− (U1+PV1)
U+PV=H получаем QP=H2− H1 = ΔH т.к.QP=ΔU то ΔU=ΔH
Величина Н называется энтальпией ее изменением определяется тепловой эффект процесса при р= соnst изобарный.
Также как и в случае изменения внутренней энергии в эндотермическом процессе энтальпия возрастает, т.е. ΔH>O в экзотермическом процессе энтальпия убывает (ΔH
Как и внутренняя энергия , энтальпия является функцией состояния т.е. не зависит от пути, каким система пришла в данное состояние.
Данное равенство QP=ΔH справедливо и при сопоставлении через приращение энтальпии и первого закона термодинамики для изобарного процесса напишем соотношение, определяющее энтальпию:
Н=U+PV Число электронов, отдаваемых восстановителем, равно числу электронов, присоединяемых окислителем.
Если каждый атом окислителя может принять иное количество электронов, чем отдает атом восстановителя, то необходимо так подобрать количество атомов того и другого реагента, чтобы количество отдаваемых и принимаемых электронов стало одинаковым. Это требование положено в основу метода электронного баланса, с помощью которого уравнивают уравнения окислительно-восстановительных реакций. Через приращение ΔH=ΔU+PΔV
Сравнивая его с уравнением первого начала термодинамики, через приращение ΔQ=ΔU+PΔV получаем ΔH=ΔQ
QP=ΔH – изобарный процесс, следовательно, в изобарном процессе количество теплоты измеряется изменением энтальпии т.о. энтальпия – это полная энергия системы в том числе, включая и энергию взаимодействия системы с окружающей средой.
3. Изотермический процесс Т=соnst. При Т=соnst, энергия системы; также величина постоянная ΔU=O, тогда уравнение первого начала термодинамики Q=ΔU+A имеет следующий вид Q=A или QT=PΔV
Следовательно, при изотермическом процессе поглощенная теплота (или энергии) расходуется только на совершаемую системой работу, т.е. вся энергия идет на совершение работы системой.
В этом случае уравнение первого начала термодинамики принимает вид: Q=ΔU+A если Q=0 то -ΔU=A это означает, что в адиабатном процессе работа может совершаться , только за счет убыли внутренней энергии системы ( т.е. когда система не отдает теплоту в окружающую среду и не получает ее из окружающей среды- адиабатный процесс)
В зависимости от энергетических потерь процессы могут быть термодинамически обратимыми или необратимыми.
Термодинамически обратимым называется процесс. После которого система и окружающая среда могут возвратиться в первоначальное состояние. В результате такого процесса в окружающей среде могут возвратиться в первоначальное состояние. В результате такого процесса в окружающей среде не происходят никакие изменения и поэтому, отсутствуют всякие энергетические потери и система совершает максимально возможную работу. Процесс же после проведения, которого система и окружающая среда не могут вернуться в первоначальное состояние т.к. его проведение сопряжено с энергетическими потерями, называется термодинамически необратимыми.
0>
47.Двухатомные частицы О2, [ О2]- , [ О2]+ , [ О2]-2.
48.Связь между ∆Ğ и Кр.. Энергия Гиббса, энтальпия, энтропия.
Ответы на экзаменационные вопросы по общей химии
4. Моль.Химические реакции. Типы химических реакций. Валентность, степень окисления Молярная масса.
С точки зрения атомно-молекулярного учения химическим элементом называется каждый отдельный вид атомов. Важнейшей характеристикой атома является положительный заряд ядра, численно равный порядковому номеру элемента.
Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым положительным зарядом ядра.
Простые вещества – это вещества, состоящие из атомов одного и того же химического элемента.
Сложные вещества – это вещества, состоящие из атомов разных химических элементов.
Атом –электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц состоящая из положительного заряда ядра (образованного протонами и нейтронами) и отрицательно заряженных электронов.
Ядро состоит из протонов и нейтронов, вместе называемых нуклонами. Элемент – совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра, т.е. числом протонов.
Молекула – это электронейтральная наименьшая совокупность атомов, образующих определенную структуру посредством химических связей.
Химия - это наука о веществах и законах, по которым происходят их превращения в другие вещества.
Существование химического элемента в виде нескольких простых веществ называется аллотропией, различные простые вещества, образованные одним и тем же элементом, называются аллотропическими видоизменениями этого элемента. Явление аллотропии обусловлено в одних случаях тем, что молекулы различных аллотропических видоизменений состоят из различного числа атомов, а в других – тем, что их кристаллы имеют различное строение.
Кислород относится к первой категории аллотропных элементов. Кислород в нормальных условиях – газ без цвета и запаха, озон – газ с характерным резким , но приятным запахом.
Примером вторых являются аллотропные модификации углерода С – алмаз и графит Атом может потерять один или несколько электронов или наоборот – захватить чужые электроны. В этом случае атом приобретает положительный или отрицательный заряд и называется ионом.
Кроме протонов, в состав ядра большинства атомов входят нейтроны, не несущие никакого заряда. Масса нейтрона практически не отличается от массы протона. Вместе протоны и нейтроны называются нуклонами (от латинского nucleus – ядро). ЭЛЕМЕНТОМ называется вещество, состоящее из атомов с одинаковым ЗАРЯДОМ ЯДРА.
Сумма тяжелых частиц (нейтронов и протонов) в ядре атома какого-либо элемента называется массовым числом и обозначается буквой А. Из названия этой величины видно, что она тесно связана с округленной до целого числа атомной массой элемента. A = Z + N
Здесь A – массовое число атома (сумма протонов и нейтронов), Z – заряд ядра (число протонов в ядре), N – число нейтронов в ядре.
Изотопами называются вещества, состоящие из атомов с одинаковым зарядом ядра (то есть с одинаковым числом протонов), но с разным числом нейтронов в ядре. Изотопы отличаются друг от друга только массовым числом. Все элементы состоят из одного или нескольких изотопов.
Относительная атомная масса (Аr) – это число, которое показывает, во сколько раз масса данного атома больше 1\12 части массы атома углерода.
Аr = mа/ 1/12 mа (с),
где mа- масса атома данного элемента,
mа (с) – масса атома углерода.
Относительная молекулярная масса вещества – это число, которое показывает, во сколько раз масса молекулы этого вещества больше атомной единицы массы.
Мr == mв-ва/ 1/12 mа (с)
mа- масса молекулы данного элемента,
mа (с) – масса атома углерода.
Поскольку масса любой молекулы равна сумме масс составляющих ее атомов, то относительная молекулярная масса равна сумме соответствующих атомных масс.
Мr(СО2) = Аr(С) + 2 Аr(О) = 12 + 2. 16 = 44
Наряду с единицей массы и объема в химии пользуются единицей количества вещества, называемой молем.
Работа процесса (А) - энергия, передаваемая одним телом другому при их взаимодействии и не зависящая от температуры этих тел. Существуют различные виды работы. Которые в химической термодинамике подразделяются на механическую. Когда система выполняет работу, направленную на преодоление сопротивления. Величина механической работы (А) равна произведению силы F на расстояние L на котором эта сила преодолевает сопротивление. А=FL
Или химическую А= nRT
А в случае расширения или сжатия газа, работа А= рΔV расширения газа. Р- внешнее давление ΔV- изменение объема.
Работа, выполняемая самой системой, в термодинамике считается положительной. Если перед работой стоит знак «минус» - это означает, что над системой выполняется работа.
«Полезная» работа – в химическом отношении такая работа при совершении, которой протекают химические реакции (например, электрический ток при электролизе).
Первое начало термодинамики.
Первое начало термодинамики является частью всеобщего закона сохранения энергии. В соответствии с законом сохранения энергии, энергия не возникает из ничего и не может превратиться в ничто. Если же в течение процесса исчезает энергия одного вида, то взамен появляется эквивалентное количество энергии другого вида. Формы обмена энергии с окружающей средой могут быть различными (тепловая, световая, энергетическая, механическая и др.). для упрощения все они разделены на две группы: Теплота Q –передача энергии путём беспорядочного, хаотичного движения частиц составляющих систему.
Работа А – передача энергии путём упорядоченного движения частиц . причём ни Q ни А не являются функциями состояния системы, а только способами передачи энергии, т.е. зависят от пути протекания процесса подобно длина дороги от Москвы до Ингушетии ехать через Смоленск или Ростов. Они эквивалентны друг к другу и связаны с внутренней энергией системы и первым законом термодинамики.
Энергия, сообщаемая любой термодинамической системе извне, расходуется на совершение работы над окружающей средой и изменение внутренней энергии самой системы: Q=ΔU+ А
Математическое выражение первого начала термодинамики показывает соотношение между расходом внутренней энергии, работой совершаемой самой системой (+А) и энергией Q, которая расходуется в виде теплоты Q. Q-А=ΔU
В случае изолированной системы ( ΔU=O Δm=O) согласно закону сохранения энергии ее внутренняя энергия определяется только ее параметрами состояния т.е. внутренняя энергия – есть функция состояния – это одна из формулировок первого закона термодинамики.
В случае закрытой системы ( ΔU/=O Δm=O) ΔU=Q-A на основании закона сохранения энергии, изменение внутренней энергии системы равно разности сообщаемой системе теплоты и совершаемой при этом работы. Это также формулировка первого закона термодинамики.
Если в процессе поглощения или выделения теплоты никакая работа не совершается т.е. А=О, а это возможно если объем системы не изменяется ΔV=O или V=соnst – изохорный процесс то вся теплота расходуется на изменение внутренней энергии QV=ΔU.
Внутренняя энергия возрастает в том случае, если система поглощает теплоту ΔU>0- эндотермический процесс. Внутренняя энергия убывает, если выделяется теплота во внешнюю среду ΔU<0 экзотермический процесс.
46.Термодинамические процессы: изохорный, изобарный (энтальпия), изотермический, адиабатный, термодинамические обратимые и необратимые процессы.
Всякое изменение состояния системы, связанное с изменением хотя бы одного термодинамического параметра. Называется термодинамическим процессом.
В зависимости от условий, при которых протекает процесс, он может быть: 1. Изохорным V=соnst Если в процессе поглощения или выделения теплоты никакая работа не совершается А=0. а это возможно, если объем системы не изменяется V=соnst , то вся теплота расходуется на изменение внутренней энергии. Q=ΔU+PΔV
ΔV=cost PΔV=O Следовательно QV=ΔU- изохорный процесс
ΔU
-
изобарный (Р= соnst)
Системы в процессе обмена теплотой с внешней средой при постоянном давлении единственным видом работы оказывается работа расширения то
QP=ΔU+PΔV=U2−U1+P(V2−V1)=U2−U1+PV2−PV1 отсюда (U2+PV2)− (U1+PV1)
U+PV=H получаем QP=H2− H1 = ΔH т.к.QP=ΔU то ΔU=ΔH
Величина Н называется энтальпией ее изменением определяется тепловой эффект процесса при р= соnst изобарный.
Также как и в случае изменения внутренней энергии в эндотермическом процессе энтальпия возрастает, т.е. ΔH>O в экзотермическом процессе энтальпия убывает (ΔH
Как и внутренняя энергия , энтальпия является функцией состояния т.е. не зависит от пути, каким система пришла в данное состояние.
Данное равенство QP=ΔH справедливо и при сопоставлении через приращение энтальпии и первого закона термодинамики для изобарного процесса напишем соотношение, определяющее энтальпию:
Н=U+PV Число электронов, отдаваемых восстановителем, равно числу электронов, присоединяемых окислителем.
Если каждый атом окислителя может принять иное количество электронов, чем отдает атом восстановителя, то необходимо так подобрать количество атомов того и другого реагента, чтобы количество отдаваемых и принимаемых электронов стало одинаковым. Это требование положено в основу метода электронного баланса, с помощью которого уравнивают уравнения окислительно-восстановительных реакций. Через приращение ΔH=ΔU+PΔV
Сравнивая его с уравнением первого начала термодинамики, через приращение ΔQ=ΔU+PΔV получаем ΔH=ΔQ
QP=ΔH – изобарный процесс, следовательно, в изобарном процессе количество теплоты измеряется изменением энтальпии т.о. энтальпия – это полная энергия системы в том числе, включая и энергию взаимодействия системы с окружающей средой.
3. Изотермический процесс Т=соnst. При Т=соnst, энергия системы; также величина постоянная ΔU=O, тогда уравнение первого начала термодинамики Q=ΔU+A имеет следующий вид Q=A или QT=PΔV
Следовательно, при изотермическом процессе поглощенная теплота (или энергии) расходуется только на совершаемую системой работу, т.е. вся энергия идет на совершение работы системой.
-
Адиабатный процесс, когда Q=0 не расходуется никакой энергии, но процесс идет.
В этом случае уравнение первого начала термодинамики принимает вид: Q=ΔU+A если Q=0 то -ΔU=A это означает, что в адиабатном процессе работа может совершаться , только за счет убыли внутренней энергии системы ( т.е. когда система не отдает теплоту в окружающую среду и не получает ее из окружающей среды- адиабатный процесс)
В зависимости от энергетических потерь процессы могут быть термодинамически обратимыми или необратимыми.
Термодинамически обратимым называется процесс. После которого система и окружающая среда могут возвратиться в первоначальное состояние. В результате такого процесса в окружающей среде могут возвратиться в первоначальное состояние. В результате такого процесса в окружающей среде не происходят никакие изменения и поэтому, отсутствуют всякие энергетические потери и система совершает максимально возможную работу. Процесс же после проведения, которого система и окружающая среда не могут вернуться в первоначальное состояние т.к. его проведение сопряжено с энергетическими потерями, называется термодинамически необратимыми.
0>
47.Двухатомные частицы О2, [ О2]- , [ О2]+ , [ О2]-2.
48.Связь между ∆Ğ и Кр.. Энергия Гиббса, энтальпия, энтропия.
Ответы на экзаменационные вопросы по общей химии
-
Атомы и химические элементы. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Изотопы -
Простые и сложные вещества. Масса атомов молекул. Агрегатное состояние веществ. Структурные формулы веществ. Аллотропия. -
Энергетические диаграммы и электронные конфигурации атомов бора, углерода, азота. кислорода, фтора и неона
4. Моль.Химические реакции. Типы химических реакций. Валентность, степень окисления Молярная масса.
С точки зрения атомно-молекулярного учения химическим элементом называется каждый отдельный вид атомов. Важнейшей характеристикой атома является положительный заряд ядра, численно равный порядковому номеру элемента.
Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым положительным зарядом ядра.
Простые вещества – это вещества, состоящие из атомов одного и того же химического элемента.
Сложные вещества – это вещества, состоящие из атомов разных химических элементов.
Атом –электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц состоящая из положительного заряда ядра (образованного протонами и нейтронами) и отрицательно заряженных электронов.
Ядро состоит из протонов и нейтронов, вместе называемых нуклонами. Элемент – совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра, т.е. числом протонов.
Молекула – это электронейтральная наименьшая совокупность атомов, образующих определенную структуру посредством химических связей.
Химия - это наука о веществах и законах, по которым происходят их превращения в другие вещества.
Существование химического элемента в виде нескольких простых веществ называется аллотропией, различные простые вещества, образованные одним и тем же элементом, называются аллотропическими видоизменениями этого элемента. Явление аллотропии обусловлено в одних случаях тем, что молекулы различных аллотропических видоизменений состоят из различного числа атомов, а в других – тем, что их кристаллы имеют различное строение.
Кислород относится к первой категории аллотропных элементов. Кислород в нормальных условиях – газ без цвета и запаха, озон – газ с характерным резким , но приятным запахом.
Примером вторых являются аллотропные модификации углерода С – алмаз и графит Атом может потерять один или несколько электронов или наоборот – захватить чужые электроны. В этом случае атом приобретает положительный или отрицательный заряд и называется ионом.
Кроме протонов, в состав ядра большинства атомов входят нейтроны, не несущие никакого заряда. Масса нейтрона практически не отличается от массы протона. Вместе протоны и нейтроны называются нуклонами (от латинского nucleus – ядро). ЭЛЕМЕНТОМ называется вещество, состоящее из атомов с одинаковым ЗАРЯДОМ ЯДРА.
Сумма тяжелых частиц (нейтронов и протонов) в ядре атома какого-либо элемента называется массовым числом и обозначается буквой А. Из названия этой величины видно, что она тесно связана с округленной до целого числа атомной массой элемента. A = Z + N
Здесь A – массовое число атома (сумма протонов и нейтронов), Z – заряд ядра (число протонов в ядре), N – число нейтронов в ядре.
Изотопами называются вещества, состоящие из атомов с одинаковым зарядом ядра (то есть с одинаковым числом протонов), но с разным числом нейтронов в ядре. Изотопы отличаются друг от друга только массовым числом. Все элементы состоят из одного или нескольких изотопов.
Относительная атомная масса (Аr) – это число, которое показывает, во сколько раз масса данного атома больше 1\12 части массы атома углерода.
Аr = mа/ 1/12 mа (с),
где mа- масса атома данного элемента,
mа (с) – масса атома углерода.
Относительная молекулярная масса вещества – это число, которое показывает, во сколько раз масса молекулы этого вещества больше атомной единицы массы.
Мr == mв-ва/ 1/12 mа (с)
mа- масса молекулы данного элемента,
mа (с) – масса атома углерода.
Поскольку масса любой молекулы равна сумме масс составляющих ее атомов, то относительная молекулярная масса равна сумме соответствующих атомных масс.
Мr(СО2) = Аr(С) + 2 Аr(О) = 12 + 2. 16 = 44
Наряду с единицей массы и объема в химии пользуются единицей количества вещества, называемой молем.