Материал к экзамену по химии. Основные понятия термодинамики
 Скачать 1.97 Mb.
|
|
Прогнозирование смещения химического равновесия. Смещение равновесия – изменение равновесных концентраций всех реагирующих веществ, вызванное изменение какого-либо условия. Смещение может быть обеспечено: • Изменением концентрации одного из компонентов: При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции. При повышении концентрации продукта – в направлении к исходным веществам • Изменением температуры (если реакция с тепловым эффектом). Пример 2SO2+O22SO3+Q При повышении температуры равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, при понижении – в направлении экзотермической реакции • Изменением давления (в реакциях, протекающих в газовой фазе) При повышении давления равновесия сдвигается в направлении, в котором уменьшается суммарное количество молей газов и наоборот. Принцип Ле-Шателье—Брауна Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо внешнее воздействие, то она ответить суммой действий, противоположных по направлению. Понятие о стационарном состоянии живого организма. Состояние системы, при котором ее параметры со временем не меняются, но происходит обмен веществом и энергией с окружающей средой называется стационарным. Для живых организмов характерно постоянство параметров стационарного состояния во времени, которое называется – гомеостаз. Сходство химического равновесия со стационарным состоянием заключается в неизменности во времени (сохраняет свои параметры), а отличие между ними заключается в двух признаках: ∆G ≠ 0 – для стационарного состояния. Энтропия при стационарных состояниях минимальна, а при химическом равновесии – максимальна. Билет 10. Роль воды и растворов в жизнедеятельности. Физико-химические свойства воды, обусловливающие ее уникальную роль как биорастворителя. Диаграмма состояния воды. Зависимость растворимости веществ в воде от соотношения гидрофильных и гидрофобных свойств; влияние внешних условий, на растворимость. Термодинамика растворения. Понятие об идеальном растворе. Роль воды и растворов в жизнедеятельности Растворы – гомогенные (однородные) системы, состоящие минимум из 2 компонентов (растворённое вещество и растворитель), соотношения которых могу меняться в широких пределах и продуктов их взаимодействия. Роль: важнейшие биологические жидкости – кровь, лимфа, слюна и т.д. являются растворами солей белков, углеводов и липидов в воде; биохимические реакции в организме протекают в растворах; усвоение пищи происходит с переходом пищеварительных веществ в растворенное состояние; в жидких средах организма поддерживается постоянство кислотности, концентраций солей и органических веществ. Вода – универсальный растворитель, состоит из 42 веществ (соединение 3 изотопов атома кислорода и водорода). Роль: Дееспособность всех живых клеток связана с присутствием воды. Рассматривая значение воды для человека, мы находим, что его организм – это совокупность водных растворов, коллоидов, суспензий и других сложных по составу водных систем. Вода доставляет в клетки организма питательные вещества (витамины, минеральные соли) и уносит отходы жизнедеятельности (шлаки) . Кроме того, вода участвует в процессе терморегуляции (потоотделение) и в процессе дыхания (человек может дышать абсолютно сухим воздухом, но не долго) Для нормальной работы всех систем человеку необходимо как минимум 1,5 литра воды в день. Возможность к участию в качестве структурных единиц в макромолекулах Основа мембранного транспорта Основа транспорта веществ Физико-химические свойства воды, обусловливающие ее уникальную роль как биорастворителя Уникальная теплоёмкость Способность к образованию множества упорядоченных водородных связей Необычно высокая диэлектрическая проницаемость = 78 (величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия между двумя зарядами в данном веществе меньше, чем в вакууме). Данное свойство способствует диссоциации ионов в растворах электролитов Вода способна к диссоциации с образованием протонов H3O+ и OH- Химически стойкое вещество Твёрдая фаза имеет меньшую плотность, чем жидкая Кислотно-щелочное равновесие Полярность молекул (вызывает гидролиз веществ) Высокое поверхностное натяжение Низкая вязкость Высокие температуры плавления и кипения. Диаграмма состояния воды.  Точка T (точка пересечения) обозначает параметры давления-температуры, при которых вода существует одновременно в трёх фазах, причём массы этих фаз не изменяются. T – точка существования фаз. Условия: 4,6 мм. рт. ст. ; 0,010С . Кривая АТ – кривая возгонки (сублимация) Кривая ВТ – лёд сосуществует с жидкостью (кривая плавления либо кривая замерзания) Кривая ТС – кривая кипения или кривая конденсации. Зависимость растворимости веществ в воде от соотношения гидрофильных и гидрофобных свойств; влияние внешних условий, на растворимость. Растворимость – способность вещества растворяться в том или ином растворителе, количество граммов вещества на 100 г воды. В зависимости от сродства к воде функциональные группы растворяемых веществ подразделяются на гидрофильные (притягивающие воду): -OH, -NH2, -COOH и др, легко сольватируемые водой; гидрофобные (отталкивающие воду): углеводородные радикалы; и дифильные: аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты и др. Чем выше гидрофильные свойства вещества, тем лучше оно растворяется в воде, чем выше гидрофобные – тем хуже идёт растворение. Влияние внешних условий на растворимость: Температура. С увеличением температуры растворимость твердого вещества увеличивается. Растворимость газов с повышением температуры, уменьшается. Давление. Растворимость большинства газов растет с ростом давления Наличие в растворителе других веществ может сильно влиять на растворимость. Термодинамика растворения  Понятие об идеальном растворе. Идеальными при любых концентрациях являются растворы, компоненты которых близки по физическим и химическим свойствам и образование которых не сопровождается объёмными и тепловыми эффектами. В этом случае силы межмолекулярного взаимодействия между однородными и разнородными частицами примерно одинаковы, и образование раствора обусловлено лишь энтропийным фактором. Билет 11. Растворимость газов в жидкости. Законы Генри и Генри—Дальтона их медико-биологическое значение. Растворимость газов в жидкости. Растворение газов в жидкостях почти всегда сопровождается выделением теплоты, поэтому растворимость газов с повышением температуры согласно принципу Ле Шателье понижается. При растворении газа в жидкости происходит значительное уменьшение объёма системы. Поэтому повышение давления, согласно принципу Ле Шателье, должно приводить к смещению равновесия вправо, т.е. к увеличению растворимости газа. Если газ малорастворим в данной жидкости и давление невелико, то растворимость газа пропорциональная его давлению. Эта зависимость выражается законом Генри. Закон Генри является частным случаем общего закона Генри-Дальтона. Если речь идёт о растворении не одного газообразного вещества, а смеси газов, то растворимости каждого компонента подчиняется закону Генри-Дальтона. Законы Генри и Генри—Дальтона их медико-биологическое значение. Закон Генри (1802): масса газа, растворяющегося при постоянной температуре в данном объеме жидкости, прямо пропорциональна давлению газа m=KH*P где KH – коэффициент Генри, Р – давление газа, m-масса газа, растворенного в данном объеме жидкости при постоянной температуре. Закон Генри справедлив лишь для сравнительно разбавленных растворов, при невысоких давлениях и отсутствии химического взаимодействия между молекулами растворяемого газа и растворителем. Закон Генри-Дальтона: растворимость каждого из компонентов газовой смеси при постоянной температуре пропорциональна парциальному давлению компонента над жидкостью и не зависит от общего давления смеси и индивидуальности других компонентов.  , где  – парциальное давление компонента  ,  - общее давление газовой смеси,  - молярная доля i-го компонента (из учебника взято)Биологическое значение: Изменение растворимости газов в крови при изменении давления может вызвать тяжёлые заболевания. Кессонная болезнь от которой обычно страдают водолазы – проявление закона Генри. На глубине, например, 40 м ниже уровня моря общее давление повышается примерно в 4 раза и составляет около 400 кПа. Растворимость азота в плазме крови при таком давлении в соответствии с законом Генри в 4 раза больше, чем на поверхности моря. Если поднимать водолаза слишком быстро на поверхность, то давление в лёгких резко понижается и, следовательно, значительно понижается растворимость газов в плазме крови. Вследствие этого часть газов выделяется из крови в виде пузырьков. Эти пузырьки закупоривают мелкие сосуды в различных органах и тканях (газовая эмболия), что может привести к тяжёлому поражению тканей и даже гибели человека. Аналогичная картина может возникнуть и результате резкого уменьшения давления при разгерметизации скафандров лётчиков-высотников, кабин самолётов и спускаемых аппаратов. В последнее время при лечении газовой гангрены и ряда других заболеваний, при которых накапливаются микробы в омертвевших тканях, применяют гипербарическую оксигенацию, т.е. помещают больных в барокамеры с повышенным давлением кислорода в воздухе. При этом улучшается снабжение тканей кислородом, и во многих случаях такой способ лечения даёт хорошие результаты. Билет 12. Коллигативные свойства разбавленных растворов неэлектролитов. Закон Рауля и следствия из него: понижение температуры замерзания раствора, повышение температуры кипения раствора. Эбулиометрия и криометрия. Коллигативные свойства разбавленных растворов неэлектролитов Коллигативными называют такие свойства растворов, которые зависят только от количества частиц и не зависят от их качества. Коллигативные свойства растворов: 1) Понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором. 2) Повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания раствора 3) Осмотическое давление. Закон Рауля и следствия из него: понижение температуры замерзания раствора, повышение температуры кипения раствора. Закон Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворённого вещества. Насыщенный пар – пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью или твёрдым телом того же состава.   где  - давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем.- давление насыщенного пара над раствором.  – мольная доля растворённого вещества. =  , где  – число моль растворённого вещества,  - число моль растворителя Явление понижения давления насыщенного пара над раствором вытекает из принципа Ле-Шателье. Причина –часть молекул жидкости растворителя уходит на гидратацию (создание гидратированных оболочек вокруг частиц растворённого вещества), поэтому, чтобы восполнить недостающее количество молекул, часть молекул воды из газовой фазы переходит в жидкость. Следствия закона Рауля 1) Повышение температуры кипения раствора пропорционально его моляльности Cm (кол-во моль в 1000г раствора) ΔTкип=E*Cm 2) Понижение температуры замерзания раствора пропорционально моляльности раствора Cm ΔTзам=K*Cm Е и К – эбулиоскопическая и криоскопическая константы соответственно. Зависят только от природы растворителя. [K*моль-1*кг] |