рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Характеристики некоторых веществ

Характеристики некоторых веществ - раздел Химия, По дисциплине Химия. Курс лекций     Вещество   ...

 

  Вещество     Вид кристалла   Энергия кристаллической решетки, кДж/моль   Температура плавления, °С   Электрическая проводимость при 298 К, См.м-1  
СН4 Молекулярный 10,0 -182 -
НСI Молекулярный 21,3 -112 -
Н2О Молекулярный 50,2 -
С (алмаз) Атомно-ковалентный 1.10-13
Ge Атомно-ковалентный 1-2
NaCl Ионная 1.10-15
Na Металлический 108,3 2,4.107
Al Металлический 3,8.107
Zn Металлический 1,7.107
Mo Металлический 1,3.107

 

Аморфные тела могут переходить в кристаллическое состояние с течением времени. Это связано с тем, что с энергетической точки зрения аморфные вещества по сравнению с кристаллическими обладают большим запасом энергии, так как при кристаллизации твердого вещества происходит заметное выделение тепла, а при застывании расплавленного аморфного вещества никакого выделения тепла не наблюдается. Поскольку аморфное состояние вещества является энергетически менее устойчивым, возникает тенденция к переходу вещества из аморфного состояния в кристаллическое. Этот процесс является длительным во времени. Для перехода стекла в кристаллическое состояние необходимо время в сто и более лет. При этом стекло мутнеет. В процессе кристаллизации внутреннее напряжение в стекле может настолько увеличиться, что оно разрушается без видимых внешних причин.

 

3.5. Типы кристаллических решёток

 

По природе частиц в узлах кристаллической решетки и химических связях между ними можно все кристаллы разделить на молекулярные, атомно-ковалентные, ионные и металлические. Кроме того, существуют кристаллы со смешанными химическими связями.

Молекулярные кристаллы (Аr, О2, N2, СО2, Н2О). В узлах решеток находятся молеку­лы, между которыми действуют вандерваальсовы и водородные силы, имеющие не­высокую энергию. Это и определяет свойства молекуляр­ных кристаллов: невысокую энергию связей, низкую температуру плавления, по механическим свойствам они мягкие и являются диэлектриками. Вещества с молекулами сфериче­ской формы имеют структуру плотной упаковки. Кристаллы с поляр­ными молекулами в узлах имеют более высокую прочность и темпе­ратуру плавления, чем кристаллы с неполярными молекулами в узлах. Значительное упрочнение кристаллов обусловливают во­дородные связи, например, кристаллов льда. Из-за направ­ленности водородных связей координационное число и плотность упаковки кристаллов снижаются (табл. 3). Например, координационное число воды в кристаллах льда равно четырем и, соответственно, плотность льда относительно невысока (меньше плотности жидкой воды).

Атомно-ковалентные кристаллы (C, Ge, Si, SiO2, SiC). В узлах кристаллов распола­гаются атомы, образующие друг с другом прочные ковалентные связи. Это обусловливает высокую энергию решетки, температуру плавления, они очень твердые, могут быть и диэлектриками и полупроводниками. Из-за направленности ковалентных связей координационные числа и плотность упаковки в атомно-ковалентных кристаллах обычно невелики. Так, например, в кристалле алмаза углерод имеет sp3-гибридизацию и, соответственно, координа­ционное число 4 (рис. 4).

 

       
   
 

 


 

Рис. 4. Структура алмаза: а – решетка;

б – схема направлений химических связей

Ионные кристаллы(KCl, CaF2, Na2CO3). Структурными единицами кристаллов этого типа являются положительно и отрицательно заряженные ионы, меж­ду которыми происходит электростатическое взаимодействие, харак­теризуемое достаточно высокой энергией. Этим объясняются свойства веществ с ионными кристаллами: высокая температура плавления, такие вещества твердые и хрупкие, являются диэлектриками. Из-за ненаправленности и ненасыщенности связей и сферической формы частиц координационные числа у ионов могут быть высокими, как, например, в решетках NаС1 (рис. 5) и КС1. У соединений со сложными ионами форма кристаллической решетки искажается.

       
   
 

 


Рис. 5. Кристаллическая структура хлорида натрия

и упаковка сферических ионов: большие шары – С1-;

шары меньших размеров – Nа+.

Металлические кристаллы и связь(К, Са, Zn, Ni). Большинство элементов периодической таблицы Д. И. Менделеева относятся к металлам, которые характеризуются рядом особых свойств: высокой электри­ческой проводимостью, высокой теплопроводно­стью, ковкостью и пластично­стью, металлическим блеском и высокой отражательной способно­стью по отношению к свету. Эти специфические свойства металлов можно объяснить особым типом химической связи, получившей на­звание металлической.

У большинства металлов на внешней электронной оболочке име­ется значительное число вакантных орбиталей и малое число элек­тронов. Поэтому энергетически более выгодно, чтобы электроны не были локализованы, а принадлежали всему металлу. Согласно теории свободных электронов в узлах решетки металла находятся положи­тельно заряженные ионы, которые погружены в электронный «газ», распределенный по всему металлу. Таким образом, валентные элек­троны у металлов не локализованы. Между положительно заряжен­ными ионами металла и нелокализованными электронами существует электростатическое взаимодействие, обеспечивающее устойчивость вещества.

Энергия этого взаимодействия является промежуточной между энергиями ковалентных и молекулярных кристаллов. Поэтому элементы с чисто металлической связью (s и p-металлы) характеризуются относительно невысокими температурами плавления и твер­достью. Наличие электронов, которые могут свободно перемещаться по объему кристалла, обеспечивает высокие электрическую проводи­мость и теплопроводность, а также ковкость и пластичность метал­лов. Металлический блеск обусловлен отражением световых лучей от электронного газа, который несколько выходит за границу положи­тельно заряженных ионов. Из-за ненаправленности связей, сфериче­ской формы и одинакового размера ионов металлы кристаллизируются, как правило, в плотноупакованные гексагональные или кубические гранецентрованные структуры.

Кристаллы со смешанными связями.Тот или иной вид хими­ческой связи или взаимодействия в чистом виде в кристаллах встре­чается редко. Обычно между частицами существуют сложные взаи­модействия, которые можно описать наложением двух или более ви­дов связей друг на друга. Например, в некоторых молекулярных кристаллах (H2O, Н2О2, НF) наряду с вандерваальсовыми силами возникают водородные связи, которые значительно упрочняют кристаллы. Ионная связь в чистом виде практически не существует, так как между частицами в ионных кристаллах также действует ковалентная связь, поэтому можно лишь говорить о той или иной степени ионности, которая возрастает с увеличением разности ЭО частиц в кристаллах. У d- и f-металлов наряду с нелокализованной металлической связью могут действовать также локализованные ковалентные связи между соседними атомами, имеющими неспаренные d- и f-электроны. В этих случаях возрастает энергия кристаллов, температура плавления и прочность металлов. В атомных кристаллах наряду с ковалентной связью могут суще­ствовать вандерваальсовы силы, например у одной из аллотропных модификаций углерода – графита.

При образовании кристаллов гра­фита у углерода происходит sp2-гибридизация с образова­нием двумерных (плоских) структур, у которых валентные углы свя­зей равны 120° (рис. 6). Длина связи С-С в плоскости равна 0,142 нм. Четвертый валентный электрон (p-электрон) каждого атома вступает в p-связь между соседними атомами. Эти p-электроны очень подвижны и обеспечивают электронную проводимость. Между плоскими слоя­ми графита возникает слабое вандерваальсово взаимодействие, длина связи составляет 0,35 нм.

 

 

 

 

Прочные ковалентные связи (716 кДж/моль) обеспечивают графиту высокую температуру плавления и химическую стойкость, наличие подвижных электронов p-связи – элек­трическую проводимость и тепло­проводность. Из-за слабых вандерваальсовых сил (энергия связи 17 кДж/молъ) между слоями графит очень мягок, легко расслаивается, что позволяет использовать его как смазку и как наполнитель стержней карандашей.

Вследствие большого расстояния между плоскостями и низкой энергии связи между плоскостями графита могут внедряться атомы других элементов, например фтор или щелочные металлы, ионы или молекулы, например IС1, FеС13. В результате получаются соединения графита, например С6Li, С8К, СFx, СxIСly. Такие соединения называются интеркалятами или слоис­тыми соединениями. Процесс вхождения молекул, ионов или атомов в решетку называется интеркалированием:

C + xF = CFx

Интеркалирование характерно не только для графита, но и для многих других простых веществ и соединений, например ТiS2, V3О5, МпО2. При включении атомов, ионов или молекул в графит изменяются межплоскостные расстояния кристалла графита и его свойства. На­пример, электрическая проводимость некоторых интеркалятов гра­фита приближается к проводимости металлов, а иногда и ее превос­ходит. Интеркиляты уже находят применение для изготовления проводов, соединения графита со фтором и литием. Используются в качестве электродов новых энергоёмких химических источников тока.

Слоистые соединения являются разновидностью особого класса соединений, называемых клатратами или соединениями включения, которые образованы включением молекул («гостей») в полости кристаллического каркаса, состоящего из частиц другого вида («хозяев»), Кроме слоистых соединений (интеркалятов), к клатратам относятся газовые гидраты, клатраты мочевины и др.

В газовых гидратах в полостях кристаллов льда могут находиться молекулы, размеры которых лежат в пределах 0,38 ÷ 0,92 нм (N2, О2, СгН4, С02, Сl2, Аг, Хе, Н2S, СH4, Вг2 иди др.). Например, известны клатраты примерного состава СН4.2О, в которых на 46 молекул воды имеется 8 полостей, занятых молекулами метана.

По теории Л. Полинга образование газовых гидратов в жидкости мозга является причиной анестезии, например ксеноном. Клатраты существуют в природе. Например, на значительной глубине в земле в районах вечной мерзлоты существуют твердые клатраты метана. Это источ­ник ценного сырья, с другой стороны - это пополнение парниковых газов за счет метана при таянии клатратов. Оценки показывают, что запасы углеводородного сырья в газовых гидратах заметно превы­шают запасы топлива на Земле во всех других видах. Клатраты ис­пользуются для разделения газов, особенно благородных,опреснения морской воды. При подаче пропана под давлением образуются твёрдые газовые клатраты, после их отделения и нагревания получают чистую воду и пропан, который снова используется в процессе. Процесс опреснения можно выразить с помощью следующих уравнения:

В то же время образование газовых гидратов доставляет большие неприятности работникам нефтяной и газовой промышленности, по­скольку они могут забивать трубопроводы и аппаратуру.

Таким образом, твердые вещества могут находиться в аморфном и кристаллическом состояниях. Носителем свойств твердых тел явля­ется фаза. Существует 14 типов кристаллических решеток. Свойства кристаллических систем, прежде всего, определяются типом химиче­ских связей и взаимодействием частиц. В большинстве случаев в кристаллах существует несколько видов связи между частицами.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. В чем заключается характеристика четырех агрегатных состояний вещества?

2. Что такое идеальный газ?

3. Какие параметры описывают состояние идеального газа? Написать уравнение Клапейрона–Менделеева.

4. В чем заключается закон Бойля-Мариотта?

5. В чем заключается закон Гей-Люссака?

6. В чем заключается закон Шарля?

7. В чем заключается закон Авогадро.

8. Каковы свойства реальных газов и уравнение Ван-дер-Ваальса, описывающие их?

9. Каковы особенности жидкого состояния вещества?

10. Каковы свойства жидкостей?

11. Каковы свойства жидких кристаллов?

12. Каковы основные свойства твердых тел?

13. Каковы особенности аморфного состояния вещества?

14. Каковы особенности кристаллического состояния вещества?

15. Каковы особенности молекулярного типа кристаллической решетки?

16. Каковы особенности атомно-ковалентного типа кристаллической решетки?

17. Каковы особенности ионного типа кристаллической решетки?

18. Каковы особенности металлического типа кристаллической решетки?

19. В чем состоят особенности кристаллов со смешанными связями?

20. Каковы свойства плазменного состояния?

Литература:

1. Коровин Н.В. Общая химия. - М.: Высш. шк. – 1990, 560 с.

2. Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Высш. шк. – 1983, 650 с.

3. Глинка Н.Л. Сборник задач и упражнений по общей химии. – М.: Высш. шк. – 1983, 230 с.

4. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.:Высшая шк. – 2003, 743 с.

5. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк. – 1997, 550 с.

 

Лекции 5-6 (4 ч)

 

Тема 4. Энергетика химических процессов

 

Вопросы:

4.1. Общие понятия термодинамики.

4.2. Первый закон (начало) термодинамики. Внутренняя энергия системы. Энтальпия системы.

4.3. Термохимия. Тепловые эффекты химических реакций.

4.4. Закон Гесса и следствия из него.

4.5. Основные формулировки второго закона (начала) термодинамики.

4.6. Принцип работы тепловой машины. КПД системы.

4.7. Свободная и связанная энергии. Энтропия системы.

4.8. Энергия Гиббса, энергия Гельмгольца и направленность химических реакций.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

По дисциплине Химия. Курс лекций

Факультет заочного обучения.. Е В Семенова..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Характеристики некоторых веществ

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Воронеж 2011
  Лекция № 1 (2ч)   Введение   Вопросы: 1. Предмет химии. Значение химии в изучении природы и развитии техники. 2. Осно

Основные количественные законы химии
  К основным количественным законам химии относятся:закон постоянства состава, закон кратных отношений и закон эквивалентов. Эти законы были открыты в конце XIII – начале XIX веков, и

Современная модель строения атома
В основе современной теории строения атома лежат работы Дж. Томсона (который в 1897 г. открыл электрон, а в 1904 г. предложил модель строения атома, согласно которой атом – это заряженная сфера с в

Орбитальное квантовое число 0 1 2 3 4
Каждому значению l соответствует орбиталь особой формы, например s-орбиталь имеет сферическую форму, р-орбиталь – гантель. В одной и той же оболочке энергия подуровней возрастает в ряду E

Строение многоэлектронных атомов
  Подобно любой системе, атомы стремятся к минимуму энергии. Это достигается при определенном состоянии электронов, т.e. при определенном распределении электронов по орбиталям. Запись

Периодические свойства элементов
Так как электронное строение элементов изменяется периодически, то, соответственно, периодически изменяются и свойства элементов, определяемые их электронным строением, такие как энергия ионизации,

Периодическая система элементов Д.И.Менделеева
В 1869 г. Д. И. Менделеев сообщил об открытии периодического закона, современная формулировка которого следующая: свойство элементов, а также формы и свойства их соединений

Общая характеристика химической связи
Учение о строении вещества объясняет причины многообразия структуры веществ в различных агрегатных состояниях. Современные физические и физико-химические методы позволяют экспериментально определят

Типы химической связи
К основным типам химической связи относят ковалентную (полярную и неполярную), ионную и металлическую связи. Ковалентной связью называют химическую связь, образованную

Типы межмолекулярных взаимодействий
Связи, при образовании которых перестройка электронных оболочек не происходит, называются взаимодействием между молекулами. К основным видам взаимодействия молекул следует о

Пространственная структура молекул
  Пространственная структура молекул зависит от пространственной направленности перекрывания электронных облаков числом атомов в молекуле и числом электронных пар связей за счет непод

Общая характеристика агрегатного состояния вещества
Почти все известные вещества в зависимости от условий находятся в газообразном, жидком, твердом или плазменном состоянии. Это и называется агрегатным состоянием вещества. Аг

Газообразное состояние вещества. Законы идеальных газов. Реальные газы
Газы распространены в природе и находят широкое применение в технике. Их используют в качестве топлива, теплоносителей, сырья для химической промышленности, рабочего тела для выполнения механическо

Характеристика жидкого состояния вещества
Жидкости по своим свойствам занимают промежуточное положение между газообразными и твердыми телами. Вблизи точки кипения они проявляют сходство с газами: текучи, не имеют определенной формы, аморфн

Общие понятия термодинамики
  Термодинамика – наука, изучающая превращения различных форм энергии друг в друга и устанавливающая законы этих превращений. Как самостоятельная дисциплин

Термохимия. Тепловые эффекты химических реакций
  Любые химические процессы, а также ряд физических превращений веществ (испарение, конденсация, плавление, полиморфные превращения и др.) всегда сопровождаются изменением запаса внут

Закон Гесса и следствия из него
  На основе многочисленных экспериментальных исследований русским академиком Г. И. Гессом был открыт основной закон термохимии (1840 г.) – закон постоянства сумм теплот реа

Принцип работы тепловой машины. КПД системы
Тепловой машинойназывается такое устройство, которое преобразует теплоту в работу. Первая тепловая машина была изобретена в конце XVIII века (паровая). Сейчас существуют дви

Свободная и связанная энергии. Энтропия системы
  Известно, что любая форма энергии может полностью преобразовываться в теплоту, но теплота преобразуется в другие виды энергии лишь частично, условно запас внутренней энергии системы

Влияние температуры на направление химических реакций
  DH DS DG Направление реакции DH < 0 DS > 0 DG < 0

Понятие о химической кинетике
  Химической кинетикой называется учение о скорости химических реакций и ее зависимости от различных факторов – природы и концентрации реагирующих веществ, давления,

Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Закон действующих масс
  На скорость химических реакций оказывают влияние следующие факторы: природа и концентрации реагирующих веществ; температура, природа растворителя, присутствие катализатора и т.д.

Теория активизации молекул. Уравнение Аррениуса
  Скорость любой химической реакции зависит от числа столкновений реагирующих молекул, так как число столкновения пропорционально концентрациям реагирующих веществ. Однако не все стол

Особенности каталитических реакций. Теории катализа
  Скорость химической реакции можно регулировать с помощью катализатора. Вещества, которые участвуют в реакциях и изменяют (чаще всего увеличивают) ее скорость, оставаясь к концу реак

Обратимые и не обратимые реакции. Признаки химического равновесия
Все реакции можно поделить на две группы: обратимые и необратимые. Необратимые реакции сопровождаются выпадением осадка, образованием малодиссоциирующего вещества или выделением газа. Обратимые реа

Константа химического равновесия
  Рассмотрим обратимую химическую реакцию общего вида, в которой все вещества находятся в одном агрегатном состоянии, например, жидком: аA + вB D сC + dD, где

Правило фаз Гиббса. Диаграмма состояния воды
Качественная характеристика гетерогенных равновесных систем, в которых не происходит химического взаимодействия, а наблюдается лишь переход составных частей системы из одного агрегатного состояния

Правило фаз для воды имеет вид
С = 1+ 2 – Ф = 3 – Ф если Ф = 1, то С = 2 (система бивариантна) Ф = 2, то С = 1 (система одновариантна) Ф = 3, то С = 0 (система безвариантна) Ф = 4, то С = -1 (

Понятие о химическом сродстве веществ. Уравнения изотермы, изобары и изохоры химических реакций
Под термином «химическое сродство» понимают способность веществ вступать в химическое взаимодействие друг с другом. У различных веществ оно зависит от природы реагирующих ве

Сольватная (гидратная) теория растворения
  Растворами называются гомогенные системы, состоящие из двух или более веществ, состав которых может меняться в довольно широких пределах, допустимых раст

Общие свойства растворов
  В конце XIX века Рауль, Вант-Гофф, Аррениус установили весьма важные закономерности, связывающие концентрацию раствора с давлением насыщенного пара растворителя над раствором, темпе

Типы жидких растворов. Растворимость
Способность к образованию жидких растворов выражена в различной степени у различных индивидуальных веществ. Одни вещества способны растворяться неограниченно (вода и спирт), другие – лишь в огранич

Свойства слабых электролитов
При растворении в воде или других растворителях, состоящих из полярных молекул, электролиты подвергаются диссоциации, т.е. в большей или меньшей степени распадаются на положительно и отрицательно з

Свойства сильных электролитов
Электролиты, практически полностью диссоциирующие в водных растворах, называются сильными электролитами. К сильным электролитам относятся большинство солей, которые уже в кр

При соблюдении этих условий коллоидные частицы приобретают электрический заряд и гидратную оболочку, что препятствует выпадению их в осадок.
К дисперсионным методам получения коллоидных систем относятся: механические – дробление, растирание, размол и т. д.; электрический – получение золей металлов под действ

Устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция. Пептизация
  Под устойчивостью коллоидного раствора понимают постоянство основных свойств этого раствора: сохранение размеров частиц (агрегативная устойчивость

Свойства коллоидно-дисперсных систем
Все свойства коллоидно-дисперсных систем можно разделить на три основные группы: молекулярно-кинетические, оптические и электрокинетические. Рассмотрим молекулярно-кинетические

Особенности обменных процессов
Химические реакции разделяются на обменные и окислительно-восстановительные (Ox-Red). Если в реакции не происходит изменение степени окисления, то такие реакции называются обменными. Они возможны п

Особенности окислительно-восстановительных процессов
  При окислительно-восстановительных реакциях происходит изменение степени окисления вещества. Реакции можно разделить на те, которые проходят в одном реакционном объеме (например, в

Общие понятия электрохимии. Проводники первого и второго рода
Электрохимия – это раздел химии, занимающийся изучением закономерностей взаимных превращений электрической и химической энергии. Электрохимические процессы можно разде

Понятие об электродном потенциале
Рассмотрим процессы, протекающие в гальванических элементов, т. е. процессы превращения химической энергии в электрическую. Гальваническим элементомназывают электрохим

Гальванический элемент Даниэля-Якоби
Рассмотрим систему, в которой два электрода находятся в растворах собственных ионов, например, гальванический элемент Даниэля-Якоби. Он состоит из двух полуэлементов: из цинковой пластины, погружен

Электродвижущая сила гальванического элемента
  Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента, называется электродвижущей силой (ЭДС) элемента.

Поляризация и перенапряжение
  При самопроизвольных процессах устанавливается равновесный потенциал электродов. При прохождении электрического тока потенциал электродов изменяется. Изменение потенциала электрода

Электролиз. Законы Фарадея
Электролизом называют процессы, протекающие на электродах под действием электрического тока, подаваемого от внешнего источника тока через электролиты. При элект

Коррозия металлов
Коррозия – это разрушение металла в результате его физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Это процесс самопроизвольный, идущий с уменьшением энергии Гиббса сист

Методы получения полимеров
  Полимеры – высокомолекулярные соединения, которые характеризуются молекулярной массой от нескольких тысяч до многих миллионов. Молекулы полимеров, называ

Строение полимеров
Макромолекулы полимеров могут быть линейными, разветвленными и сетчатыми. Линейные полимеры – это полимеры, которые построены из длинных цепей одномерных элементов, т.

Свойства полимеров
  Свойства полимеров условно можно разделить на химические и физические. И те, и другие свойства связаны с особенностями строения полимеров, способом их получения, природой вводимых в

Применение полимеров
На основе полимеров получают волокна, пленки, резины, лаки, клеи, пластмассы и композиционные материалы (композиты). Волокна получают путем продавливания растворов или

Некоторые реагенты для идентификации катионов
  Реагент Формула Катион Продукт реакции Ализарин C14H6O

Инструментальные методы анализа
В последние годы все более широкое применение получают инструментальные метода анализа, обладающие многими достоинствами: быстротой, высокой чувствительностью, возможностью одновременного определен

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги