Уравнение состояния газов.

Для каждой однородной системы справедливо соответствующее уравнение состояния, которое связывает между собой ее объем, давление и температуру. Для идеальных газов, для которых расстояние между образующими их частицами (молекулы, атомы) гораздо больше размеров самих частиц и можно пренебречь взаимодействием между ними в виду его малости, такое уравнение имеет вид:

.

Так как отношение массы вещества m к его молярной массе М представляет собой количество вещества n, то последнее уравнение несколько упрощается

Это уравнение называется уравнение Менделеева – Клапейрона. Менделеев вывел его чисто теоретически. Отметим, что Р – давление, создаваемое газом или суммарное давление всех компонентов газовой смеси, V – объем, Т - температура по шкале Кельвина и R – универсальная газовая постоянная, равная в Международной системе единиц 8,31 Дж  моль^1  К^1.

Ели давление измеряется в Па, то объем – в м³, или, соответственно, давление в кПа, а объем – в л.

Периодический закон (пз) и периодическая система (пс) д.И. Менделеева.

Открытие Менделеевым ПЗ и построение ПС элементов явились вершиной развития химии в XIX веке. Обширная сумма знаний о 63 элементов, известных к тому времени, была приведена в строгий порядок. Попытки классифицировать химические элементы были и до Менделеева. Но все эти классификации ограничивались констатацией сходств и закономерностей изменения свойств элементов в отдельных рядах и группах. Менделеев считал, что основной характеристикой элементов являются их атомные веса, и в 1869 г. впервые сформулировал ПЗ: Свойства простых тел, а также форма и свойства соединений, находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

Однако физическое обоснование ПЗ оказалось возможным лишь в результате развития физики XX века – открытие электрона, радиоактивности и последовавшей затем разработки теории строения атома. В 1912 году английский физик Мозли установил закон, сущность которого заключалась в том, что величина зарядов ядер атомов последовательно возрастает от элемента к элементу на единицу.

На основании закона Мозли можно было однозначно определить заряд ядра любого элемента и тем самым его порядковый номер в ПС Менделеева. Закон Мозли подтвердил гениальную интуицию Менделеева, который в определенных местах ПС отошел от возрастающей последовательности атомных весов. Это объясняется существованием изотопов. Например: масса атома K меньше, чем атома Ar, т.к. в природе существует три изотопа ³⁹K, ⁴⁰K, ⁴¹K и наиболее распространен самый легкий из них – ³⁹K.

Т.о. современная формулировка ПЗ такова: Свойства химических элементов, а также форма и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов.

На основании ПЗ и ПС Менделеев пришел к выводу о существовании новых не открытых еще в то время элементов: экабор, экаалюминий, экасилициум (галлий, скандий, германий).

В настоящее время известно более 500 вариантов изображения ПС. Менделеев предложил 3:

1) Короткопериодный.

2) Полудлинный – все элементы 4-го и 5-го периодов вытянуты в одну линию (по 18 элементов).

3) Длиннопериодный – в одну линию вытянуты все s, p, d и f элементы (по 32 элемента).

Короткий вариант ПС состоит из периодов, рядов и групп. Всего – 7 периодов и 10 рядов. Первые 3 периода называются малыми. Они имеют по одному ряду. 1-й период состоит из 2 элементов, 2-й и 3-й – из 8 элементов. Каждый большой период (4, 5, 6, 7) состоит из двух рядов: четного (верхний) и нечетного (нижний). 4-й и 5-й периоды содержат по 18 элементов. В 6-м периоде 32 элемента, 7-й – незаконченный.

В четных рядах больших периодов находятся одни металлы, и свойства элементов слева направо меняются мало. В нечетных рядах больших периодов свойства элементов в ряду слева направо изменяются от металлических к неметаллическим. Четный ряд большого периода заканчивается тремя сходными между собой элементами: это триады. Элементы триад очень похожи между собой по физическим и химическим свойствам, легко образуют друг с другом различные сплавы и соединения. Основным признаком, по которому элементы больших периодов разделены на 2 ряда, является степень окисления (на примере 4-го периода).

Лантаноиды обладают сходными химическими свойствами: все они – реакционноспособные металлы,реагируют с водой с образованием гидроксида и водорода. У них сильно выражена горизонтальная аналогия.

У актиноидов горизонтальная аналогия выражена слабо. Изучение их химических свойств крайне сложни из-за неустойчивости их ядер.

Группы. Всего в ПС 8 групп, которые делятся на 2 подгруппы: главную и побочную, или A и B. Главную подгруппу составляют типические элементы (2-го и 3-го периодов) и сходные с ними по химическому составу элементы больших периодов. Побочную подгруппу составляют только металлы – элементы больших периодов. 8-я группа отличается от остальных. Кроме главной подгруппы гелия она содержит три побочные подгруппы: подгруппы Fe, Co, Ni. Химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются у некоторых групп (7 группа).

Для элементов одной группы характерны следующие закономерности:

1) Все элементы, кроме He, Ne, Ar, образуют кислородные соединения.

2) Высшая валентность элементов в соединении с кислородом и высшая положительная степень окисления элементов соответствует номеру группы.

Исключения:

I группа: Cu⁺¹ и Cu⁺²

VI группа: O^-2 (в F₂O⁺²; H₂O₂^-1)

VII группа: F^-1

VIII группа: только у рутения и осьмия валентность равна 8.

3) Элементы главной подгруппы с 4 по 7 группы образуют летучие соединения с водородом. Валентность их в соединениях с водородом равна разности между числом 8 и номером группы (RH₄, RH₃, RH₂, RH). Например, азот 8-5=3 NH₃.