Значение Ксхарактеризует состояние равновесия в данной реакции при Т= сопз! и определяется соотношением кон центраций реагентов и продуктов. Другими словами, ве личина Кс не зависит от каждой в отдельности равновесной концентрации ([А], [В], Ц>], [Е]).
Химическое равновесие не означает состояния покоя; прямая и обратная реакции протекают и в состоянии равновесия, но с равной скоростью. Поэтому оно называется подвижным (динамическим) равновесием.
Подвижное химическое равновесие можно нарушить, изменяя условия протекания реакции (температуру, давле ние, концентрацию). При любом нарушении (сдвиге) хи мического равновесия система перейдет в другое состояние равновесия.
Направление сдвига химического равновесия определяет ся принципом Ле Шателье (1884 г.).
Если на .систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие, то в системе произойдет смещение равновесия, которое ослабит, эффект внешнего воздействия.
1. Влияние температуры. Повышение температуры смещает равновесие обратимой реакции в сторону, идущую
споглощением теплоты (эндотермическое направление),
апонижение температуры^в сторону, идущую с выде-‘ лением теплоты (экзотермическое направление).
Например, для экзотермической обратимой реакции
аА + Ь& |
(Ю + еЕ + <2 |
увеличение температуры сместит равновесие в сторону реагентов («-), а уменьшение температуры будет способст вовать протеканию прямой реакции (->).
Аналогично для эндотермической реакции имеем:
повышение Т -
аА 4- 6В |
|
(Ю + еЕ —<?. |
|
|
понижение Т |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
Значение |
Кс обязательно |
изменится при |
увеличении |
|
и уменьшении температуры, |
так как значения |
к прямрй |
||
и обратной реакций зависят от температуры по-разному (ведь это реакции между разными реагентами). Следова тельно, константа равновесия-это функция температуры:
к с= № - |
. . |
2. Влияние |
давления. Изменение давления оказывает |
влияние только на те системы, где хотя бы одно вещество
30
находится в газообразном состоянии. Увеличение дав ления в обратимой реакции смещает равновесие в сторону, идущую с уменьшением количества газообразных ве ществ, т.е. с уменьшением объема, а уменьшение давления - в сторону увеличения количества газообразных
веществ, т.е. с увеличением объема. |
/ |
|
Например, для реакции |
||
2 А (г) + 4 В (г) ^ |
3 ° г |
|
при увеличении давления равновесие сместится в сторону прямой реакции (->), так как количества веществ слева
-больше, чем справа (2 моль А + 4 моль В > 3моль О); при уменьшении давления равновесие сместится в сторону об
ратной реакцци («-). |
, |
~ |
|
Аналогично для реакции |
|
||
^ 2Н0 2(г) |
2Н0 (г) + |
0 2(г) |
|
влияние давлейия будет обратным: при увеличении давления наблюдается смещение равновесия влево (<-), а при умень шении давления-вправо
Изменение давления не вызывает смещения равновесия
всистемах с равным количеством газообразных веществ
влевой и правой частях уравнения. Например, в реакции ч_
Рез04(т) + 4Н2(г) <-т |
ЗРе(Т) + 4Н20 (г) |
|
давление но влияет |
на |
равновесие, так как 4 моль Н2 = |
= 4 моль Н20 (твердые |
вещества не учитываются, поскольку |
|
их собственный объем весьма мал щ>,сравнению с объемом газа Н2 и паров Н20).
3. Влияние концентрации. При увеличении концентрации одного из газообразных веществ (реагента или продукта), находящегося в равновесной системе, равновесие смещается в сторону расхода данного вещества. При уменьшении концентрации этого вещества’равновесце смещается в сто рону образования данного вещества. Этот вывод следует непосредственно из закона действующих масс.
Так, для реакции
Ш2(г;+ З Н 2(г) ^ |
2МН3(г) |
. |
\ |
константа равновесия имеет вид: |
|
|
|
Кс = [ИН3] 2/ РЧ2] [Н2]3 '= сопз1 (при Т = сот!). |
\ |
||
При добавлении в., систему дополнительного количества аммиака МН3 равновесие смещается влево (<-), т.е. будет протекать реакция разложения аммиака >Щ3 на азот 1Ч2
31 /
/
и водород Н2. Поскольку Кс = соп81, увеличение числителя (концентрации ]ЧН3) должно сопровождаться увеличением знаменателя (концентраций Ы2 и Н2).
~ Концентрации твердых веществ не входят в выражение константы равновесия, т. е. твердые, вещества не влияют на состояниё равновесия. Например, для реакции
СаС 03(т) |
СаО(т) + С 02(Г) |
Кс —[С 02]. Следовательно, добавление в ‘систему допол нительного количества карбоната кальция СаСОэ или ок сида кальции СаО не повлияет на состояние равновесия этой реакции.
Упражнения
4.1. Напишите выражение кинетического закона действующих мао: для следующих реакций:
. а) Н2 + О = Н20, |
в) 2Ж)2 = И20 4, |
|
||||
б) |
СО 4- С12 = |
СОС12, |
г) С(т) 4- С 02 = 2СО; |
|||
|
4.2. Для следующих реакций |
|
||||
а) 4НС1 |
4- 0 2 |
<=* |
2С12 4- 2НгО, |
{ |
||
б) 2Н23 4- 302 |
2Н20 |
4“ 2802, |
||||
в) 2ЫН3 |
<=± И2 4- ЗН2, |
|
|
|||
г) |
ЗРе(т) |
4- 4Н20 |
|
Ре30 4(т) 4- 4Н2 . |
|
|
напишите выражение закона действующих масс, для химического
равновесия. |
„ |
_ |
|
4.3. Определите, как повлияет повышение температуры на |
|||
состояние равновесия в следующих реакциях: |
|
||
а) СО 4* Н20 |
- С02 4* Н2 4 О, |
( |
' |
б) М20 4 |
2Ж >2 - <?. |
|
|
4.4. Определите, в. каком направлении сдвинется состояние равновесия в следующих реакциях при понижении давления:
а) 2Ж) 4- 0 2. |
21Ч02, ■ |
^ |
б) Н2 4- Вг2 |
<=± 2НВг, |
|
в) С(т) 4- С02 |
2СО. |
|
4.5ГДля следующей реакции: |
|
|
4ИН'3 + 302 |
2И2 4- 6Н20 - |
<? |
определите, в каком направлении сдвинется состояние равновесия, если произойдет: а) понижение температуры, б) понижение давления,
в) увеличение концентрации И2. |
- |
|
4.6. |
Определите, в какую сторону |
сдвинется состояние рав- |
/ новесия в реакции |
|
|
802 4- 2Н28 |
38(т) 4- 2Н20 |
|
32
если произойдет: а) увеличение концентрации Н28, б) уменьшение концентрации Н20, в) увеличение концентрации 8.
4.7. |
Действием каких факторов |
(температура, давление, кон |
|
центрация) можно сдвинуть состояние равновесия вправо (->) для |
|||
следующей реакции: |
-, |
^ |
|
2803 |
2802 + О2 - < ? ? . . |
|
|
5.' ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И СТРОЕНИЕ АТОМА
Открытие Д. И. Менделеевым Периодического закона. Формулировка Периодического закона. Периодическая система элементов. Элементы, предсказанные Д. И. Менделеевым. Значение Периоди ческого закона.
Периоды и группьГ Периодической системы элементов. Малые
и болыйие периоды, главные и побочные подгруппы. Элементы
сметаллическими и неметаллическими свойствами, их положение в Периодической системе. Короткопериодная и длиннопериоднаяформы Периодической системы.
Основные этапы развития'представлений о строении атома. х Строение электронных оболочек атомов. Энергетические уров ни, подуровни атомные я-, ^ и _^-орбитали. Число атомных
орбиталей на 8-, р- и ^-подуровнях.
Распределение электронов по энергетическим уровням и под-' уровням; принцип минимума энергии, принцип Паули и правило Хунда. Неспаренные электроны, электронные пары. Электронные конфигурации элементов первого-четвертого периодов. Валентные электроны. Секции 8-, р- и ^-элементов в Периодической системе.
Современная формулировка Периодического закона. Физиче ский смысл порядкрвого номера. Характеристика элемента по его положению в Периодической системе и строению атома.
Периодический закон. Основной закон химии-Периоди ческий закон был открыт Д. И. Менделеевым в то время, когда атом считался неделимым и о его внутреннем строении ничего не было известно. В основу Периодического закона . Д. И. Менделеев положил атомные массы (ранее-атомные веса) и химические сврйства элементов. Расположив 63 известных в то время элемента в порядке возрастания их атомных масс, Д. И. Менделеев получил естественный ряд химических элементов, в. котором он обнаружил периоди ческую повторяемость химических свойств. Например, свой ства типичного металла литий Ы повторялись у элементов натрий Ка и калий К, свойства типичного неметалла фтор Р - у элементов хлор С1, бром Вг, иод I и т.д.
У некоторых элементов Д. И. Менделеев не ,обнаружил химических аналогов (например, у алюминия А1 и кремния 5 0 , поскольку такие элементы были еще неизвестны в то время. Для них .он оставил пустые места и на основе периодической гювторяемости предсказал их химические свойства. После, открытия соответствующих элементов, (на пример, аналога алюминия-галлия Оа, аналога кремния-
33
2-1945
германия Се) |
предсказания |
Д. И. Менделеева полностью |
подтвердились. |
; |
* |
Периодический закЬн в формулировке Д. И. Менделеева: Свойства простых тел,'а также формы и свойства сое динений элементов находятся в периодической зависимости от
величины атомных весов элементов, , *На основе Периодического закона Д. И. Менделеев соз
дал Периодическую систему химических элемент овОна состоит цз 7 периодов и 8 групп.
Периоды-это горизонтальные ряды таблицы, они подразделяются на малые и большие. В малых периодах находится 2 элемента (1-й период) или 8 элементов (2-, 3-й периоды), в больших периодах-18 элементов (4-, 5-й пе риоды) или 32 элемента (6-й период), 7-й период пока не закончен. Каждый период начинается с типичного металла, а заканчивается типичным неметаллом и благородным газом. с
^Вертикальные столбцы называются группами элемен
тов. Каждая группа делится на две подгруппы (главную и побочную). Подгруппа-это совокупность элементов, яв ляющихся безусловными химическими аналогами; часто элементы подгруппы обладают высшей степенью окисления, отвечающей номеру группы. Например, элементам подгрупп
бериллия и цинка (главная и побочцая подгруппы II группы) . отвечает высшая степень окисления ( + 11), элементам под группы азота и ванадия (V группа)-высшая степень окис ления (+У).
В главных подгруппах химические свойства элементов могут меняться в широком диапазоне: от неметаллических неметаллическим (например, в главной подгруппе V*группы азот-неметалл, а висмут-металл). В побочных подгруппах свойства элементов меняются не так резко, например,, элементы побочной подгруппы IV группы-титан, цирконий, гафний-весьма схожи по своим свойствам (особенно два последних элемента),
В Периодической системе типичные металлы располо- _ жены в I группе (Ы-Рг), II (М§-Яа) и III (1п, Т1). Неметаллы расположены в группах VII (Р-А 1), VI (О-Те), V (К-Аз), IV (С, 81) и III (В). Некоторые элементы главных подгрупп (бериллий Ве, алюминий А1, германий Се, сурьма 8Ъ, полоний Ро и др.), а также многие элементы побочных подгрупп проявляют' Как металлические, так и неметал лические свойства (явление амфотерности).
Для некоторых главных подгрупп применяют групповые
34