Темы рефератов и докладов:

1. Энтальпийный профиль реакции.

2. Неравновесная термодинамика и синергетика.

3. «Тепловая смерть Вселенной».

4. Термодинамические функции состояния системы.

5. Низкотемпературные процессы в химии технологии.

Семинарское занятие №6 Реакционная способность веществ.

Вопрос о реакционной способности имеет два аспекта. Термодинамика формулирует необходимые условия протекания процесса, позволяет точно указать возможное направление реакции и состав равновесной смеси, но ничего не говорит о скоростях химических реакций. Опыт показывает, что это две разные задачи.

Если значение ΔG⁰ какого-нибудь превращения отрицательна, то можно утверждать, что реагенты неустойчивы относительно данного превращения. Метан термодинамически устойчив относительно разложения на элементы:

СН₄(г.) → С(г.) + 2Н₂(г.) ; ΔG⁰ = +51 кДж,

Но термодинамически неустойчив относительно окисления:

СН₄ (г.) + 2О₂ (г.) → СО₂ (г.) +2 Н₂О (ж.) ; ΔG⁰ = -580 кДж.

Термодинамическая неустойчивость (ΔG < 0) относительно определенного превращения — необходимое, но недостаточное условие для реализации этого превращения.

Если реакция термодинамически "запрещена", ее скорость равна нулю, и реализовываться может только обратный процесс. Однако, если реакция термодинамически "разрешена", скорость ее может быть любой — от очень большой до очень маленькой. Кинетический аспект вопроса требует отдельного рассмотрения.

Скорости и механизмы химических реакций изучает кинетика (от греческого кinema — движение). Основателем школы химической кинетики у нас в стране является Николай Николаевич Семенов. Сейчас кинетики занимаются не только химическими реакциями, но и физическими. Биологическими процессами, горением и взрывами.

С одной стороны, кинетики анализируют механизмы сложных реакций, разделяют их на стадии, чтобы установить их последовательность и влияние друг на друга. Это фундаментальные исследования, позволяющие решать важнейшие задачи химии: моделирование химических процессов, предсказание свойств продуктов, хода реакции.

С другой стороны, кинетики могут рассчитать, как лучше вести химические процессы в промышленности, чтобы повысить скорости реакций, увеличить выход продуктов, получить материалы с требуемой структурой. Здесь скрещиваются интересы кинетиков и технологов.

Важно найти такие условия, при которых процесс идет наиболее экономично: стоимость потребляемой энергии, если нужна высокая температура; дорогостоящее оборудование, если нужно высокое давление; временные параметры, если скорость низкая.

Химическое равновесие состоит в том, что не наблюдается изменение реакционной системы.

Это может достигаться двумя способами:

1. скорость изменений столь мала, что реакция практически не идет. Например, пластмассы, стекла, другие природные и синтетические полимеры мы используем в обычных условиях в неустойчивом с точки зрения термодинамики состоянии. Но это не значит, что в один "прекрасный" момент они развалятся у нас на глазах.

Или другой пример: термодинамически все реакции окисления разрешены при обычных температурах. Воздуха вокруг достаточно, однако, одни вещества окисляются с приличной скоростью (коррозия железа), другие, например полимерные покрытия, столь медленно, что проходят годы, прежде, чем они разрушатся.

Состояние, когда реакция термодинамически разрешена, но не идет с заметной скоростью, мы называем метастабильным. А вещества, реагирующие медленно из-за высокой энергии активации при низкой температуре, — нереакционноспособными (неподвижными, инертными, нелабильными).

Второй вариант сделать изменения в системе незаметными — это осуществлять противоположный процесс со скоростью равной скорости прямого процесса.

Многие реакции не протекают до конца. По мере накопления продуктов реакции (увеличения их концентрации) возрастает скорость обратного процесса. Т.о.наступит рано или поздно момент, когда скорости выровняются — это состояние истинного динамического равновесия.

Воздействие факторов внешней среды на систему, находящуюся в равновесии, соответствует принципу Ле Шателье. (французский химик-технолог Анри Луи Ле Шателье 1850-1931):

Если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается воздействие извне, то равновесие сместится в сторону той реакции, которая уменьшит данное воздействие.

Литература:

1. Браун, Т. Химия — в центре наук: в 2-х частях.-Пер с англ./ Т. Браун, Г.Ю. Лемей. - М.: Мир, 1983.

2. Коровин, Н.В. Общая химия: Учебник для вузов /Н.В. Коровин.- М.: Высшая школа, 2002.-558 с.

3. Общая химическая технология и основы промышленной экологии / Ксензенко В.И., Кувшинников И.М., Скоробогатов В.С.и др.- М.: Колос, 2003.-328 с.

4. Рэмсден, Э.Н. Начала современной химии: Справ. Изд.:Пер с англ. / Э.Н.Рэмсден.-Л.: Химия, 1989.-784 с.

5. Семенов, И.Н. Химия: Учебник для вузов/ И.Н Семенов, И.Л.Перфилова.-СПб.: Химиздат, 2000.-470 с.

6. Угай, Я.А. Общая и неорганическая химия: Учебник для вузов/ Я.А. Угай. - М.: Высшая школа, 2002.-519 с.

7. Зайцев, О.С. Химия. Краткий современный курс: Учебное пособие /О.С.Зайцев.-М.: АГАР,1997.-300 с.