Химия ответы на вопросы. 1. Строение вещества и реакционная способность. Строение атома
 Скачать 352.12 Kb.
|
|
1. Строение вещества и реакционная способность. Строение атома. Вещество - это то, из чего состоит тело. Пример: резина-вещестро, резиновый мячик-тело. Строение вещества. Вещество состоит из молекул, а молекулы состоят из атомов. Простые вещества состоят из атомов одного элемента. Например, кислород, водород, хлор и железо - простые вещества. Сложные вещества состоят из атомов разных элементов. Например, вода - она состоит из двух атомов элемента водорода и из одного атома элемента кислорода. Реакционная способность – склонность веществ вступать с большей или меньшей скоростью в различные реакции. Большое влияние на реакционную способность веществ оказывают условия реакции: реакционная среда, наличие или отсутствие катализатора, температура, давление и т.д. 2.Квантовые числа. Ква́нтовое число́ в квантовой механике — численное значение какой-либо квантованной переменной микроскопического объекта (элементарной частицы, ядра, атома и т. д.), характеризующее состояние этого объекта. 3. Атомные орбитали. Порядок заполнения атомных орбиталей. Принцип Паули. Принцип минимальной энергии. Правило Хунда. Два правила Клечковского. Электронные формулы многоэлектронных атомов. Атомная орбиталь — одноэлектронная волновая функция, полученная решением уравнения Шрёдингера для данного атома; задаётся: главным n, орбитальным l, и магнитным m — квантовыми числами. Атомные орбитали заполняются электронами в соответствии с 3-мя принципами: 1.Принцип устойчивости (принцип min энергии): Каждая новая орбиталь заполняется только после того, как будут заполнены все предыдущие, т.е. более устойчивые (с min энергией) орбитали. Энергия атомных орбиталей возрастает следующим образом: Правило Клечковского: заполнение электронами атомных орбиталей происходит в соответствии с увеличением суммы главного  и побочного квантовых чисел; если одинакова, то атомная орбиталь заполняется от больших и меньших к меньшим и большим .орбитали могут находиться не более 2-х электронов, отличающихся друг от друга значением спинового квантового числа. Отсюда следует, что максимальное количество электронов на энергетическом уровне  , на энергетическом подуровне .3.Правило Хунда: электроны располагаются на орбиталях равной энергии таким образом, чтобы их суммарный спин был максимальный. Это означает, что первоначально электроны заполняют все свободные орбитали данного подуровня по 1-му, имея при этом параллельные спины, и только потом происходит заполнение этих орбиталей 2-ми электронами. Количество неспаренных электронов на внешнем уровне определяет валентность элемента, т.е. способность образовывать химические связи с другими атомами. В большинстве случаев, но не всегда. 4. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева, систематика элементов по электронному строению. Физическая сущность периодического закона. Существуют две формулировки периодического закона химических элементов: классическая и современная. Классическая, в изложении его первооткрывателя Д.И. Менделеева: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов. Современная: свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера). Итак, физический смысл периодического закона состоит в том, что периодическое изменение свойств элементов находится в полном соответствии с периодически возобновляющимися на все более высоких энергетических уровнях сходными электронными структурами атомов. С их закономерным изменением закономерно изменяются физические и химические свойства элементов. 5. Электроотрицательность химических элементов . Эле́ктроотрица́тельность (χ) (относительная электроотрицательность) — фундаментальное химическое свойство атома, количественная характеристика способности атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары, то есть способность атомов оттягивать к себе электроны других атомов. Самая высокая степень электроотрицательности у галогенов и сильных окислителей (p-элементов, F, O, N, Cl), а низкая — у активных металлов (s-элементов I группы). 6. Химическая связь и строение простейших молекул. Ковалентная связь. Энергия, длина, направленность связи. Химическая связь - это взаимное сцепление атомов в молекуле и кристаллической решетке в результате действия между атомами электрических сил применения. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ — из различных атомов. Ковалентная связь (от лат. co — «совместно» и vales — «имеющий силу») — химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары валентных (находящихся на внешней оболочке атома) электронных облаков. Энергия связи — это энергия, которая выделяется при образовании молекулы из атомов. Длина химической связи — среднее расстояние между ядрами атомов, образующих химическую связь. Преимущественно ковалентные связи являются направленными. Направленность связей характеризуется углами между связями (валентными углами).Любые ковалентные соединения имеют строго определённые углы между связями. 7. Типы гибридизации атомных орбиталей и пространственная конфигурация молекул. Поляризуемость связи и степень окисления. Насыщаемость ковалентной связи. Гибридизация атомных орбиталей – процесс, позволяющий понять, как атомы видоизменяют свои орбитали при образовании соединений. Существует несколько видов гибридизации: sp-гибридизация. Этот вид гибридизации происходит, когда смешиваются одна s-орбиталь и одна p-орбиталь. В результате образуются две полноценных sp-орбиталей. Эти орбитали расположены к атомному ядру таким образом, что угол между ними составляет 180 градусов. sp2-гибридизация. Этот вид гибридизации происходит, когда смешиваются одна s-орбиталь и две p-орбитали. В результате происходит образование трех гибридных орбиталей, которые расположены в одной плоскости под углом 120 градусов друг к другу. sp3-гибридизация. Этот вид гибридизации происходит, когда смешиваются одна s-орбиталь и три p-орбитали. В результате происходит образование четырех полноценных sp3-орбиталей. Эти орбитали направлены к вершине тетраэдра и располагаются друг к другу под углом 109,28 градусов. Пространственная конфигурация молекулы: линейная треугольная тетраэдрическая Степень окисления (с.о.) – это условный заряд, который приписывается атому в предположении, что все связи в молекуле или ионе предельно поляризованы. Поляризуемость – способность электронной плотности становится полярной в результате действия на молекулу внешнего электрического поля – в частности поля других молекул, вступающих в реакцию. Насыщаемость ковалентной связи (валентные возможности атома, максимальная валентность) характеризует способность атомов участвовать в образовании определенного ограниченного числа ковалентных связей и определяет стехиометрический состав молекул. Насыщаемость – особенность образования ковалентных связей прежде всего по обменному механизму. 8. Ионная связь как предельно поляризованная ковалентная связь. Ионная связь — крайний случай поляризации ковалентной полярной связи. Образуется между типичными металлом и неметаллом. При этом электроны у металла полностью переходят к неметаллу. Образуются ионы. Ионная связь — прочная химическая связь, образующаяся между атомами с большой разностью (>1,7 по шкале Полинга) электроотрицательностей, при которой общая электронная пара полностью переходит к атому с большей электроотрицательностью. 9. Донорно-акцепторное взаимодействие. Комплексные соединения. Комплексообразователи, лиганды, заряд и координационное число комплексов. Донорно-акцепторное взаимодействие — перенос заряда между молекулами донора и акцептора без образования между ними химической связи (обменный механизм); или передача неподеленной электронной пары от донора к акцептору, приводящая к образованию связи (донорно-акцепторный механизм). Ко́мплексные соединения (лат. complexus — сочетание, обхват) или координационные соединения (лат. co — «вместе» и ordinatio — «упорядочение») — это соединения (нейтральные молекулы или ионы), которые образуются в результате присоединения к данному иону (или атому), называемому комплексообразователем, нейтральных молекул или других ионов, называемых лигандами. КС – сложные соединения, внутренняя сфера которых образована за счет донорно-акцепторного взаимодействия, способные к самостоятельному существованию как в растворах и расплавах, так и в узлах кристаллической решетки. КС обычно Строение КС. 1) КО – это нейтральный атом или катион, обладающий большим числом вакантных орбиталей, является акцептором неподеленных электронных пар. Акцепторная способность тем выше, чем выше харяд и меньше размер КО. Типичные КО – катионы d- или f-металлов (большие заряды, маленькие размеры) d-Ме: Cu2+,Fe3+,Th4+,U6+,Ni2+ f-Ме: Ce4+ , Eu2+ , U+6 , U+4 , Pu+4 Реже – p-элементы (Al,Ga,S,N) и s-Ме (Ве) 2) L (лиганды) – нейтральные молекулы или анионы, имеющие в своем составе донорные атомы (атомы с неподеленной электронной парой) По числу донорных атомов: Дентатность - число донорных атомов лиганда -Монодентантные (1 электронная пара, 1 донорный атом)  , , , , , ,F- , Е--Бидентантные (2 дон атома) CO32-, SO4, C2O42- -Полидентантные По заряду: - катионные [Cu(NH3)4]2+ ; - анионные [Fe(CN)6]4- ; - нейтральные [Ni(CO)4]0 КЧ – число донорных атомов, скоординированных вокруг КО; - число сигма связей КО во вну сфере. КЧ = 2–15, но чаще 4,6,8 У Hg2+ КО=4 КЧ > Степ окисл КО. КЧ = 2*СОКО 10. Энергетика химических процессов. Энергетика химических процессов. Химическая термодинамика изучает переходы химической энергии в другие формы — тепловую, электрическую и т. п., устанавливает количественные законы этих переходов, а также направление и пределы самопроизвольного протекания химических реакций при заданных условиях. 11. Внутренняя энергия, теплота, работа. Внутренняя энергия(U) – это энергия всех видов движения микрочастиц, составляющих систему, и энергия их взаимодействия между собой. Внутренняя энергия складывается из энергии поступательного, вращательного и колебательного движения частиц, энергии межмолекулярного и внутримолекулярного, внутриатомного и внутриядерного взаимодействий и др. Теплота (тепловой эффект) реакции - это количество тепловой энергии, выделившееся или поглощенное системой в результате протекающих в ней химических превращений. рабо́та, 1) одна из форм обмена энергией (наряду с теплотой) термодинамической системы (физического тела) с окружающими телами; 2) количественная характеристика преобразования энергии в физических процессах, зависит от вида процесса; работа системы положительна, если она отдает энергию, и отрицательна, если получает. 12. Энтальпия В химии чаще всего рассматривают изобарические процессы (P = const), и тепловой эффект в этом случае называют изменением энтальпии системы или энтальпией процесса. энтальпия — это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенных температуре и давлении. 13. Закон Гесса как частный случай 1 закона термодинамики. Термохимические расчеты. тепловой эффект химической реакции не зависит от пути и числа промежуточных стадий, а определяется лишь природой и состоянием исходных веществ и конечных продуктов. Тепловым эффектом химической реакции называется теплота, выделяемая (поглощаемая) в результате реакции при соблюдении определенных условий: 1. Давление или объем постоянны (р = const или V = const) 2. Не совершается никакой работы, кроме работы расширения (А' = 0) 3. Температуры исходных веществ и продуктов реакции одинаковы (Т1 = Т2) В основе термохимии лежит закон Гесса (закон постоянства сумм теплот реакций), открытый русским ученым, академиком Гессом, на основе анализа экспериментальных данных, в 1836-1840 гг. Закон Гесса гласит: Согласно первому следствию из закона Гесса: тепловой эффект любой химической реакции равен разности между суммами теплот образования конечных и исходных веществ, умноженных на соответствующие стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции. В общем случае для любой химической реакции при р = const (изобарный процесс)  14. Энтропия и её изменения при химических процессах, в процессе нагревания (охлаждения) и фазовых переходов Фазовое превращение (фазовый переход) – процесс, связанный с изменением агрегатного состояния вещества. Характерной особенностью этих процессов является то, что они протекают при постоянной температуре – температуре фазового перехода Тф.п.. (Т=const, изотермический процесс) Изменение энтропии в различных изопроцессах рассчитывается: Изобарный процесс: ∆S = nCp*ln(T2/T1) Изохорный процесс: ∆S = nCv*ln(T2/T1) Изотермический процесс: ∆S = nR*ln(V2/V1) Адиабатный процесс: ∆S = 0 2.Расчет изменения энтропии при нагревании жидких или твердых веществ от Т1 до Т2 а) процесс протекает при постоянных значениях объема и теплоемкости (V, CV = const):  , (4.3)б) процесс протекает при постоянных значениях давления и теплоемкости (р, Cр = const):  , (4.4)в) процесс протекает при постоянном давлении (р = const), теплоемкость зависит от температуры (Cр = а+bT+cT2):  15. Условия самопроизвольного протекания химических реакций.
|