Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Билет1.
Принцип минимума энергии: Все ПРИНЦИПЫ взаимосвязаны, дополняют друг друга и образуют нечто целое. Трудно выделить среди них главные. Если все же это сделать, то, скорее всего, главным является ПРИНЦИП МИНИМУМА ЭНЕРГИИ. Все процессы в Природе происходят с выполнением Принципа минимизации энергии, так как это повышает устойчивость системы. Каждая структура имеет минимально возможную для нее энергию, обеспечивающую устойчивость этой структуры. Принцип минимума энергии является своеобразным механизмом преобразования различных форм материи: избыточная энергия «консервируется» в виде вещества, связей новообразованных структур и энергетического поля (энергетической среды, в которой или с помощью которой происходит энергетический обмен в системах и поддержание стабильности). Если бы не было этой энергетической среды, то пришлось бы признать атом «вечным» двигателем. Энергия является носителем универсальной информации. Главным же носителем энергии и информации можно считать сегодня нейтрино – эти всепроникающие частицы, которые обеспечивают энергоинформационный обмен в любых условиях.
В живой Природе вы можете наглядно наблюдать этот принцип на примере животных: практически все животные минимизируют свои затраты энергии (кошки, например, порядка 20 часов спят или неподвижны). В живой Природе процессы окисления протекают медленно с минимальным выбросом энергии (плотность энергетического потока низкая). При этом выделившаяся энергия практически сразу используется следующим звеном системы. Микроорганизмы конечное и начальное звено. Они получают энергию как из живой Природы, так и неживой Природы. Биохимические окислительно-восстановительные процессы идут с минимальным выделением энергии.
Только человек не желает выполнять Принцип минимизации энергии. Все процессы в Техногенной Природе человека происходят с выбросами энергии с высокими плотностями потоков.
Принцип Паули: Принцип Паули, который часто называют еще принципом запрета, ограничивает число электронов, которые могут находиться на одной орбитали. Согласно принципу Паули, на любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют противоположные спины (неодинаковые спиновые числа). Поэтому в атоме не должно быть двух электронов с одинаковыми четырьмя квантовыми числами (n, l, ml, ms).
Атом лития имеет три электрона. Орбиталь с самой низкой энергией - 1s-орбиталь - может быть заселена лишь двумя электронами, причем у этих электронов должны быть разные спины.
Правило Хунда: определяет порядок заселения электронами орбиталей, имеющих одинаковую энергию. Оно было выведено немецким физиком-теоретиком Ф. Гундом (Хундом) в 1927 г. на основе анализа атомных спектров.
Согласно правилу Гунда, заселение орбиталей, относящихся к одному и тому же энергетическому подуровню, начинается одиночными электронами с параллельными (одинаковыми по знаку) спинами, и лишь после того, как одиночные электроны займут все орбитали, может происходить окончательное заселение орбиталей парами электронов с противоположными спинами. В результате суммарный спин (и сумма спиновых квантовых чисел) всех электронов в атоме будет максимальным.
Например, атом азота имеет три электрона, находящиеся на 2р-подуровне. Согласно правилу Гунда, они должны располагаться поодиночке на каждой из трех 2р-орбиталей. При этом все три электрона должны иметь параллельные спины
Расположение электронных облаков: Состояние электрона в атоме зависит от энергии, который обладает данный электрон. Электроны, обладающие примерно одинаковой энергией, образуют один энергетический уровень. Электрону, находящийся в s-состоянии, соответствует только одна сферическая s-орбиталь. В связи с этим электроны этого уровня могут различаться только значением спиновых характеристик. На первом уровне может находиться не более 2х эл-ов.
Заполнение второго от ядра уровня начинается так же как с s-электронов. Теоретические расчеты показывают, что на 2 уровне могут еще быть p-электроны, которым соответствуют р-орбитали. Эти эл-ы обладают несколько более высокой энергией, чем s-эл. Максимальное число эл-ов составит 6. Сл-но макс.чис.на 2уровне 2+6=8. На 3 энергет.уровне кроме s и р эл-ов могут находится d-эл-ы, которым соответствует 5 d-ор-ей. Учитывая различное значение спиновых харк-к,максим.число d-эл-ов =10. 3 уровень состоит из s,p,d а макс.число 2+6+10=18.
Билет2
Периодический закон Д.И.Менделеева. Открытие ПЗ и создание на его основе ПС химических элементов-заслуга Д. И. Менделеева.
За основу классификации химических элементов Д. И. Менделеев взял 2 основных признака :величину атомной массы и свойства элементов и их соединений. Расположив все известные эл-ты(63) по возрастанию атомных масс, он обнаружил, что свойства элементов изменяются в пределах определенных групп линейно, а затем повторяются периодически. На основе этих наблюдений Менделеев сформировал закономерность, которую назвал периодическим законом. Свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от их относительных атомных масс. Датой открытия закона считается 1 марта 1869г. Создавая периодическую систему, Менделеев в 3-х случаях нарушил выявленную им закономерность, расположив элементы не по увеличению их атомных масс, т. к. учитывал и их свойства .Объяснение этого факта было найдено в 1913г.в связи с открытием Г. Мозли : порядковый № элемента численно равен заряду ядра его атома. Т.е. элементы расположены в соответствии с увеличением их ядер, а не атомных масс. Современная формулировка периодического закона : свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер.
Полные эл.аналоги. Полными электронными аналогами называют элементы, в атомах которых содержится одинаковое число электронов на внешнем и предпоследнем квантовых уровнях. Так вторая группа делится на следующие три подгруппы 1. Подгруппа типических элементов - Be, Mg. 2. Подгруппа полных электронных аналогов кальция подгруппа кальция - Ca, Sr, Ba, Ra. 3. Подгруппа полных электронных аналогов цинка подгруппа цинка - Zn, Cd, Hg. Особняком стоит восьмая группа. Неполные эл.аналоги-не одинаковое число электронов на внешнем и предпоследнем квантовых уровнях.
Билет 3
Ковалентная связь. (атомная связь, гомеополярная связь) — химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары валентных электронных облаков. Обеспечивающие связь электронные облака (электроны) называются общей электронной парой.
Обменный механизм. Каждый атом дает по одному неспаренному электрону в общую электронную пару: При использовании обменного механизма образование связи рассматривается как результат спаривания спинов свободных электронов атомов. При этом осуществляется перекрывание двух атомных орбиталей соседних атомов, каждая из которых занята одним электроном. Таким образом, каждый из связываемых атомов выделяет для обобществления пары по электрону, как бы обмениваясь ими. например, при образовании молекулы трифторида бора из атомов три атомные орбитали бора, на каждой из которых имеется по одному электрону, перекрываются с тремя атомными орбиталями трех атомов фтора (на каждой из них также находится по одному неспаренному электрону). В результате спаривания электронов в областях перекрывания соответствующих атомных орбиталей появляется три пары электронов, связывающих атомы в молекулу.
Донорно-акцепторный механизм. Один атом (донор) предоставляет электронную пару, а другой атом (акцептор) предоставляет для этой пары свободную орбиталь; По донорно-акцепторному механизму перекрывается орбиталь с парой электронов одного атома и свободная орбиталь другого атома. В этом случае в области перекрывания также оказывается пара электронов.
Дативный. Атомы, внешняя электронная оболочка которых состоит только из s- и р-орбиталей, могут быть либо донорами, либо акцепторами электронной пары. Атомы, у которых внешняя электронная оболочка включает d-орбитали, могут выступать в роли и донора, и акцептора пар электронов. В этом случае рассматривается дативный механизм образования связи. Примером проявления дативного механизма при образования связи служит взаимодействие двух атомов хлора.
σ-связь(сигма-связь) — ковалентная связь, образующаяся перекрыванием электронных облаков «по осевой линии». Характеризуется осевой симметрией. Связь, образующаяся при перекрывании гибридных орбиталей вдоль линии, соединяющей ядра атома.
Пи-связь (π-связь) — ковалентная связь, образующаяся перекрыванием p-атомных орбиталей. В отличие от сигма-связи, осуществляемой перекрыванием s-атомных орбиталей вдоль линии соединения атомов, пи-связи, возникают при перекрывании p-атомных орбиталей по обе стороны от линии соединения атомов. Считается, что пи-связь реализуется в кратных связях — двойная связь состоит из одной сигма- и одной пи-связи, тройная — из одной сигма- и двух ортогональных пи-связей.
Молекулы с нечетным числом электронов. Примерами неорганических соединений с нечетным количеством электронов являются оксиды NO, NO2, ClO2, а также ряд соединений металлов, ионы которых имеют нечетное количество электронов на d и f-оболочках (Cu2+, Mn2+, Mn4+, Mn6+, Fe3+, Co2+, Ni3+ др.) Имеющие неспаренные электроны органические радикалы также относятся к соединениям с нечетным числом электронов (CuO, MnSO4, MnO2, FeCl3 и др. )
Билет4.
Гибридизация атомных орбиталей. При определении геометрической формы химической частицы следует учитывать, что пары внешних электронов центрального атома, в том числе и не образующие химическую связь, располагаются в пространстве как можно дальше друг от друга.При рассмотрении ковалентных химических связей нередко используют понятие о гибридизации орбиталей центрального атома - выравнивание их энергии и формы. Гибридизация является формальным приемом, применяемым для квантово-химического описания перестройки орбиталей в химических частицах по сравнению со свободными атомами. Сущность гибридизации атомных орбиталей состоит в том, что электрон вблизи ядра связанного атома характеризуется не отдельной атомной орбиталью, а комбинацией атомных орбиталей с одинаковым главным квантовым числом. Такая комбинация называется гибридной (гибридизованной) орбиталью. Как правило, гибридизация затрагивает лишь высшие и близкие по энергии атомные орбитали, занятые электронами.В результате гибридизации появляются новые гибридные орбитали (рис.24), которые ориентируются в пространстве таким образом, чтобы расположенные на них электронные пары (или неспаренные электроны) оказались максимально удаленными друг от друга, что соответствует минимуму энергии межэлектронного отталкивания. Поэтому тип гибридизации определяет геометрию молекулы или иона.
Валентность. Способность атомов химических элементов образовывать определённое число химических связей с атомами других элементов. Это понятие было введено в химию в 1853 г. английским химиком-органиком Франклендом для обоснования количественных отнощений атомов элементов в химических соединениях. Развитие учения о валентности в большой степени связано с открытием Д.И. Менделеевым Периодического закона. Им была установлена связь между валентностью элемента и его положением в периодической системе, введено понятие о переменной валентности. Учение о строении атомов и молекул способствовало разработке электронной теории валентности.
Для расчётов, для составления формул веществ неоходимо знать количественные соотношения атомов различных элементов, в которых они соединяются. Валентность показывает, со сколькими атомами одновалентного элемента соединяется атом данного элемента.Одновалентными считают все элементы, атомы которых в двухэлементных соединениях всегда связаны с одним атомом другого элемента.Примером одновалентного элемента является водород. Поэтому считается, что валентность элемента указывает на то, со сколькими атомами водорода соединён один атом рассматриваемого элемента. Например:в HCl хлор-одновалентен, в H2O кислород-двухвалентен,в NH3 азот-трёхвалентен.Водородные соединения известны не для всех элементов, но почти все элементы образуют соединения с кислородом О. Кислород считается всегда двухвалентным. Постоянная валентность:
I-H, Na, Li, K, Rb, Cs
II-O, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd
III-B, Al, Ga, In
Используя валентности можно составить формулу соединения.
Химическая формула-это условная запись состава вещества посредством химических знаков и индексов.
Например: H2O-формула воды, где Н и О-химические знаки элементов, 2-индекс, который показывает число атомов данного элемента, входящих в состав молекулы воды.
При названии веществ с переменной валентностью обязательно указывается его валентность, которая ставится в скобки. Например, Р2О5- оксид фосфора (V).
Степень окисления. условный заряд атома в молекуле, вычисленный в предположении, что все связи имеют ионный характер.Это означает, что более электроотрицательный атом, смещая к себе полностью одну электронную пару, приобретает заряд l-. Неполярная ковалентная связь между одинаковыми атомами дает вклад в степень окисления: При пользовании степенями окисления полезно придерживаться следующих правил:
1) сумма степеней окисления атомов в любой частице равна ее электрическому заряду. Следовательно, степень окисления элемента в его простом веществе равна нулю;
2) в соединениях фтор всегда проявляет степень окисления -1;
3) степень окисления кислорода в соединениях обычно равна -2 (кроме ОF2, Н2О2 и др.);
4) степень окисления водорода равна +1 в соединениях с неметаллами и -1 в соединениях с металлами (КН, СаН2).
Максимальная положительная степень окисления элемента обычно совпадает с номером его группы в периодической системе. Максимальная отрицательная степень окисления элемента равна максимальной положительной степени окисления - минус восемь.Исключение составляют фтор, кислород, железо: их высшая степень окисления выражается числом, значение которого ниже, чем номер группы, к которой они относятся. У элементов подгруппы меди, наоборот, высшая степень окисления больше единицы, хотя они и относятся к I группе.
Понятие степени окисления введено в предположении о полном смещении пар электронов к тому или другому атому (показывая при этом заряд ионов, образующих ионное соединение). Поэтому следует помнить, что в полярных соединениях степень окисления означает число электронов, лишь смещенных от данного атома к атому, связанному с ним.Совсем формальным понятие степени окисления становится, когда оно используется при рассмотрении ковалентного соединения.Различие между понятием степени окисления и валентности в ковалентных соединениях наглядно можно проиллюстрировать на хлорпроизводных метана: валентность углерода везде равна четырем, а степень окисления его (считая степени окисления водорода + 1 и хлора -1 во всех соединениях) в каждом соединении разная:-4 -2 0 +2 +4
CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4
Валентные возможности атомов химических элементов определяются: 1) числом неспаренных электронов (одноэлектронных орбиталей); 2) наличием свободных орбиталей; 3) наличием неподеленных пар электронов.
1. Какими тремя факторами определяются валентные возможности атомов химических элементов?
2. Почему максимальная валентность атомов элементов второго периода не может быть больше четырех?
3. Вспомните, чем отличаются понятия валентности и степени окисления. Что между ними общего?
4. Укажите валентность и степень окисления атомов азота в ионе аммония NH4+.
5. Определите валентность и степень окисления атомов углерода в веществах с формулами С2Н6, С2Н4, С2Н2.
6. Определите валентность и степень окисления атомов в веществах с формулами N2, NF3, Н202, ОF2, 02F2.
7. Определите валентные возможности атомов серы и хлора в основном и возбужденном состояниях.
Билет5
ГИЛЛЕСПИ ТЕОРИЯ- система постулатов и правил для объяснения и предсказания геом. конфигурации молекул на основе принципа Паули и модели отталкивания электронных пар валентных орбиталей. Согласно гиллеспи теория, пространственная направленность хим. связей поливалентного атома в молекуле зависит прежде всего от общего числа электронов в его валентной оболочке. Электронные облака связывающих атомы электронных пар и электронов на несвязывающих орбиталях (т.е. неподеленных пар валентной оболочки атомов) грубо представляются в виде жестких сфер соотв. меньшего и большего диаметров. Атомный остов,включающий ядро и внутр. электронные оболочки, также считается сферическим(с некоторыми исключениями). Сферич. облака электронных пар окружают остов так, что их взаимное отталкивание минимально, т.е. они максимально удалены друг от друга. Такая модель позволяет оценивать валентные углы в молекулах. При разл. диаметрах сфер (связывающих и неподеленных пар электронов)образуются искаженные конфигурации с валентными углами, отличающимися от их идеальных значений. Напр., в молекулах СН4, NH3и Н2О в валентных оболочках атомов С, N и О находятся четыре электронные пары, но для СН4 они все связывающие, а у атомов азота и кислорода имеются соотв. одна и две неподеленные электронные пары.Поэтому идеальную тетраэдрич. конфигурацию имеет лишь молекула СН4;в молекулах NH3 и Н2О валентные углы меньше тетраэдрического.Оценка радиусов электронных сфер и атомных остовов с использованием значений ковалентных и ионных радиусов атомов, а также постулатов гиллеспи теория, касающихся кратных, полярных связей и др., позволяет судить и о длинах связей в молекулах.гиллеспи теория дает результаты качеств. или полуколичеств. характера и применяется гл. обр. в химии неорг. и координац. соединений. Теория полезна также при рассмотрении фрагментов цепных, слоистых и объемных кристаллич. Структур.
Теория отталкивания электронных пар валентных орбиталей (ОЭПВО) — один из подходов в химии, необходимый для объяснения и предсказания геометрии молекул. Согласно этой теории молекула всегда будет принимать форму, при которой отталкивание внешних электронных пар минимально (принцип минимума энергии). Если бы природа сил взаимного отталкивания электронных пар имела чисто электростатический характер, эти силы определялись бы соотношением (), где . Однако кроме электростатического взаимодействия электронные пары на разных локализованных молекулярных орбиталях (ЛМО) испытывают отталкивание еще в силу действия принципа Паули, поэтому в выражении для сил , где — расстояние между «центрами тяжести» облаков электронных пар ЛМО, . Задача поиска расположения центров облаков электронных пар, расталкивающихся в соответствии с при равных для всех пар величинах , эквивалентна задаче размещения нескольких частиц на поверхности сферы при их максимальном удалении друг от друга. Эта задача решается строго для числа частиц от 2 до 12 и дает следующий результат
Билет6.
Диамагнитными являются тела, каждая частица которых - атом или молекула - находясь вне магнитного поля, не обладает магнитными свойствами. Молекулы, имеющие постоянный магнитный момент, является парамагнитными.
Билет7
МОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРБИТАЛЕЙ МЕТОДЫ, приближенные квантовохимический методы расчета волновых функций, энерге-тич. уровней и свойств молекул. Основаны на том, что для каждого из электронных состояний молекулы как многоэлектронной системы полная волновая функция составляется из произведений волновых функций электронов (мол. орбита-лей) в соответствии с электронной конфигурацией системы, т. е. с учетом чисел заполнения (1 или 2). Числа заполнения при этом показывают, сколько электронов-один или два-занимают данную орбиталь, так что данная орбиталь входит в произведение один или два раза. Поскольку, согласно Паули принципу, полная волновая функция системы электронов должна быть антисимметрична относительно перестановок индексов (номеров) электронов, ее представляют в виде определителя (или линейной комбинации несколько определителей), построенного из мол. спин-орбиталей и называемого о п р е д е л и т е л е м С л е й т е р а (Слэтера). Волновые функции в МОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРБИТАЛЕЙ МЕТОДЫ о. м. обычно выбираются так, чтобы они отвечали так называемой чистым спиновым состояниям, т.е. были собств. функциями для операторов квадрата спина системы S2 и проекции спина на выбранную ось Sz. Так, записанные выше функции y1 и y2 являются собств. функциями для S2 с одним и тем же собств. значением 1/2 (1/2 + 1)2 и для Sz с собств. значениями 1/2 , и — 1/2 соответственно (-постоянная Планка). Как правило, основные состояния стабильных многоэлектронных систем с четным числом электронов синглетны, т.е. отвечают собств. значениям операторов S2 и Sz, равным нулю. В этом случае волновая функция системы может быть представлена одним определителем, причем каждая мол. орбиталь обязательно входит в него дважды: со спин-функцией а и со спин-функцией р, так что число заполнения каждой мол. орбитали равно 2. Иначе говоря, у таких систем имеется замкнутая электронная оболочка из двукратно заполненных мол. орбиталей. Оболочкой при этом называют совокупность орбиталей, вырожденных по к.-л. причине. Например, в случае многоэлектронного атома-это совокупность орбиталей с одним и тем же главным и одним и тем же орбитальным квантовыми числами, но с разными магнитным и спиновым квантовыми числами; замкнутой оболочкой обычно называют как полностью заполненную оболочку, так и все множество полностью заполненных оболочек. Так, для атома Ne замкнутая оболочка (1s)2(2s)2(2p)6, где 1s, 2s, 2p = {2рх, 2ру, 2рz}- символы атомных орбиталей, включает полностью заполненные оболочки (1s), (2s)2 и (2р)6; для молекулы Li2 в основном состоянии замкнутая оболочка (1sg)2 (1sи)2 (2sg)2, где 1sg, 1sи, 2sg-символы мол. орбиталей.При построении волновых функций молекулы МОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРБИТАЛЕЙ МЕТОДЫ о. м. часто учитывают так называемой условие симметрии: если конфигурация ядер симметрична и при определенных операциях симметрии (поворотах, отражениях в плоскости и др.) остается без изменений, то многоэлектронная волновая функция должна при таких преобразованиях меняться с учетом этой симметрии (другими словами, преобразовываться по одному из неприводимых представлений той точечной группы, операции симметрии которой оставляют конфигурацию ядер без изменений). Двухатомные молекулы всегда обладают осевой симметрией, тогда как для многоатомных молекул симметрия отсутствует, как только ядерная конфигурация претерпевает несимметричное смещение от симметричной конфигурации. Равновесные ядерные конфигурации часто обладают определенной симметрией и для них МОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРБИТАЛЕЙ МЕТОДЫ о. м. требуют соблюдения условий симметрии. Конкретные проявления условий симметрии состоят в том, что для невырожденных электронных состояний молекулы мол. орбита-ли, из которых составляют определители, всегда может быть выбраны так, чтобы они преобразовывались по неприводимым представлениям точечной группы симметрии ядерной конфигурации. В этих случаях говорят, что мол. орбитали относятся к определенным типам симметрии (см. Симметрия молекул).Различие вариантов МОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРБИТАЛЕЙ МЕТОДЫ о. м. определяется теми дополнительной требованиями, которые вводятся при поиске оптимальных мол. орбиталей. В самом общем случае эти орбитали выбирают так, чтобы удовлетворялся лишь вариационный принцип квантовой механики.
Билет8
Силы Ван-Дер-Ваальса— силы межмолекулярного (и межатомного) взаимодействия с энергией 10 — 20 кДж/моль. Этим термином первоначально обозначались все такие силы, в современной науке он обычно применяется к силам, возникающим при поляризации молекул и образовании диполей. Открыты Я. Д. ван дер Ваальсом в 1869 году.Ван-дер-Ваальсовы силы межатомного взаимодействия инертных газов обусловливают возможность существования агрегатных состояний инертных газов (газ, жидкость и твёрдые тела).К ван-дер-ваальсовым силам относятся взаимодействия между диполями (постоянными и индуцированными). Название связано с тем фактом, что эти силы являются причиной поправки на внутреннее давление в уравнении состояния реального газа Ван-дер-Ваальса. Эти взаимодействия в основном определяют силы, ответственные за формирование пространственной структуры биологических макромолекул.Ван-дер-ваальсовы силы также возникают между частицей (макроскопической частицей или наночастицей) и молекулой и между двумя частицами. Ван-дер-ваальсовое взаимодействие состоит из трех типов слабых взаимодействий:
Ориентационные силы, диполь-дипольное притяжение. Осуществляется между молекулами, являющимися постоянными диполями. Примером может служить HCl в жидком и твердом состоянии. Энергия такого взаимодействия обратно пропорциональна шестой степени расстояния между диполями.
Дисперсионное притяжение (лондоновские силы). Взаимодействием между мгновенным и наведенным диполем. Энергия такого взаимодействия обратно пропорциональна шестой степени расстояния между диполями.
Индукционное притяжение. Взаимодействие между постоянным диполем и наведенным (индуцированным). Энергия такого взаимодействия обратно пропорциональна шестой степени расстояния между диполями.
Водородная связь.Межмолекулярная водородная связь возникает между молекулами, в состав которых входят водород и сильно электроотрицательный злемент - фтор, кислород, азот, реже хлор, сера. Поскольку в такой молекуле общая электронная пара сильно смещена от водорода к атому электроотрицательного элемента, а положительный заряд водорода сконцентрирован в малом объеме, то протон взаимодействует с неподеленной электронной парой другого атома или иона, обобществляя ее. В результате образуется вторая, более слабая связь, получившая название водородной.Обычно водородную связь обозначают точками и этим указывают, что она намного слабее ковалентной связи (примерно в 15-20 раз). Наличием водородных связей объясняется более высокая температура кипения воды (100оС) по сравнению с водородными соединениями элементов подгруппы кислорода (Н2S, Н2Sе, Н2Те). В случае воды надо затратить дополнительную энергию на разрушение водородных связей.Особенно распространены водородные связи в молекулах белков, нуклеиновых кислот и других биологически важных соединений, а потому эти связи играют важную роль в химии процессов жизнедеятельности.
Влияние вод.св. При возникновении водородных связей образуются димеры, тримеры или полимерные структуры, например зигзагообразные структуры (НF)n, кольцевые структуры некоторых органических кислот, например уксусной кислоты, или более сложные конфигурации, например у льда, у которого молекулы воды образуют по четыре водородные связи. Соответственно в жидком состоянии молекулы, вступающие в водородные связи, ассоциированы, а в твердом состоянии образуют сложные кристаллические структуры.Образование межмолекулярных водородных связей приводит к существенному изменению свойств веществ: повышению вязкости, диэлектрической постоянной, температур плавления и кипения, теплот парообразования и плавления. Например, вода, фтороводород и аммиак имеют аномально высокие температуры кипения и плавления. Под влиянием водородных связей изменяются и химические свойства.
Билет 9
Экзо и эндотерм.реак-ии. Если хим.проц-сс протекает с выделением теплоты,то он наз-ся экзотермич.,если с поглощением,то эндотерм.
Первая и основная формулировка закона Гесса: изменение энтальпии в химической реакции зависит только от вида и состояния исходных веществ и конечных продуктов реакции,но не зависит от пути процесса.смысл закона Гесса легко иллюст-ать при помощи термохим.реакций:Термохим.уравн.назыв.обычные хим.урав.в котор.доп.указ-ся величина сопров-го реак-ю тепл-го эфф-а и термодин-ие состо-я ингредиентов р-ии. Практическое значение закона Гесса состоит в том, что он позволяет рассчитывать тепловые эффекты самых разнообразных химических процессов; для этого обычно используют ряд следствий из него.
Билет10
Энтальпия. также тепловая функция и теплосодержание — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.Проще говоря, энтальпия — это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенных температуре и давлении. Изменения энтальпии, происходящие при химической реакции или фазовом превращении, могут варьировать в зависимости от температуры, давления и физического состояния веществ, участвующих в рассматриваемом процессе. Кроме того, изменения энтальпии зависят от количества этих веществ. Поэтому принято характеризовать каждый конкретный процесс стандартным изменением молярной энтальпии, или короче-стандартной молярной энтальпией.Стандартная молярная энтальпия реакции это изменение энтальпии при стандартных условиях в расчете на моль реакции, т.е. в соответствии с тем, как она описывается стехиометрическим (сбалансированным) химическим уравнением. В качестве стандартных условий обычно принимаются температура 298 К и давление 1 атм. Предполагается, что при этих условиях каждый из реагентов и продуктов находится в своем стандартном (нормальном) физическом состоянии. Например, стандартным физическим состоянием водорода является газообразное состояние, тогда как стандартным физическим состоянием воды является жидкое состояние.
Для записи стандартной молярной энтальпии реакции используется обозначение ΔHfr (298 К). Важно отметить, что величина ΔН° должна однозначно соответствовать конкретному химическому уравнению либо формуле. Определение стандартных энтальпий образования смесей возможно при любой температуре, как и энтальпия образования химических соединений, энтальпию образования смеси данного состава называют часто энтальпией смешения. Неидеальные растворы характеризуются избыточной энтальпией образования, которая представляет собой разницу между реальной энтальпией образования фазы данного состава и энтальпией образования гипотетического идеального раствора того же состава.Энтальпию образования определяют экспериментально калориметрическими измерениями. Второе и третье начала термодинамики позволяют получать этнальпию образования из экспериментальных данных. Теоретические расчеты энтальпии образования химических соединений пока неосуществимы.Возможны эмпирические оценки энтальпии образования, например, из энтальпии образования родственных соединений.
Билет11
Понятие об энтальпии. Энтальпия — это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии, сохраненной в его молекулярной структуре. Это значит, что, хотя вещество может обладать энергией на основании температуры и давления, не всю ее можно преобразовать в теплоту. Часть внутренней энергии всегда остается в веществе и поддерживает его молекулярную структуру. Часть кинетической энергии вещества недоступна, когда его температура приближается к температуре окружающей среды. Следовательно, энтальпия — это количество энергии, которая доступна для преобразования в теплоту при определенной температуре и давлении. Единицы энтальпии — британская тепловая единица или джоуль для энергии и Btu/lbm или Дж/кг для удельной энергии. Энтальпия образования вещ-ва наз-ют изменение энтальпии в реакции образования этого вещ-ва из простых вещ-в при данной тем-ре.Энтальпия сгорания наз-ют обычно энтальпию реак-ии данн-го вещ-ва с О2 с обр-ем газообра-го СО2,жидкой воды и др.вещ-в,состав кот.долж.быть спец.указан.Стандартным сост-ем газо-го вещ-ва при любой тем-ре явл-ся сос-е гипотет-го идеал-го газа,лету-ть кот.=ед-це,а энтальпия=энтальпии реального газа при такоже тем-ре и давлении, стрем-ся к 0.
Билет12
Свободная энергия Гиббса. Свободная энергия-это часть внутренней энергии,которая мб превращена в работу при данных условиях. Энергетическое состояние любой системы, в том числе и живой системы (организма), можно выразить этими тремя функциями.
Свободная энергия Гиббса является одновременно удобным критерием для определения самопроизвольности или несамопроизвольности процесса.
Принято считать, что изменение свободной энергии A G (то есть энергетическая разность между конечным и начальным состояниями G2 — Gx) в случае самопроизвольного процесса отрицательно. Такие процессы называют экзергоническими (идущими с освобождением энергии). Их для большей ясности можно представить как реакции «спуска с горы». Лишь экзергонические реакции протекают самопроизвольно и могут быть использованы для поставки энергии. Названные реакции способны идти в противоположном направлении только в случае добавления энергии извне. Так можно перекачивать воду вверх, приложив усилие, или химическую реакцию в гальваническом элементе заставить протекать в обратном направлении, если извне приложить дополнительный источник тока. Процессы, идущие «вынужденно», при условии снабжения энергией извне, называют эндергоническими (идущими с потреблением энергии). Каждому экзергоническому процессу теоретически соответствует обратный эндергонический. Эндергонические процессы идут с увеличением свободной энергии. Значение A G такой реакции имеет положительный знак. В состоянии равновесия изменения свободной энергии не происходит: A G = 0.
Расчет изменения свободной энергии ведется аналогично экономическим расчетам: приход считается положительным, расход — отрицательным, взятие денег со счета может влечь за собой приобретение чего-либо.
Из всего вышесказанного делается очевидной энергетическая зависимость биологических процессов. Биосинтетические (анаболические) реакции обмена веществ являются эндергоническими (требуют затрат энергии).
Изменение энергии Гиббса как термодинамический критерий возможности самопроизвольного протекания реакции Реальные процессы проводятся, как правило, в закрытых системах в изобарно-изотермических (р,Т=соnst)
или изохорно-изотермических (V, Т= соnst) условиях. Критерием направленности самопроизвольного процесса в этих случаях является знак изменения энергии Гиббса dG или энергии Гельмгольца dА в системе.
Энергия Гиббса G = Н –ТS = U + рV –ТS.
Энергия Гельмгольца А = U – ТS, при этом G = f(р,Т); А = f(V,Т).
Уравнения также можно представить в виде: Н = G +ТS; U = А + ТS. Где величина ТS характеризует связанную с частицами системы энергию , т.е. ту часть полной энергии системы, которая рассеивается в окружающей среде в виде теплоты (так называемая потерянная работа).
Энергия Гиббса (или энергия Гельмгольца) характеризуют ту часть полной энергии системы, которая может быть превращена в работу в изобарно-изотермическом (или в изохорно-изотермическом) процессе (так называемая полезная работа, совершаемая системой). Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца являются функциями состояния системы, их абсолютные значения не поддаются вычислению.
В закрытой системе знак изменения энергии Гиббса является критерием направленности самопроизвольного процесса при проведении его в изобарно-изотермических условиях:
- при dG = 0 (G=Gmin , энергия Гиббса имеет минимальное значение) система находится в состоянии термодинамического равновесия;
- при dG < 0 (Ga Gmin , энергия Гиббса убывает) процесс самопроизвольно протекает в прямом направлении, т.е. термодинамически возможен;
- при dG > 0 (Ga Gmin, энергия Гиббса возрастает) самопроизвольно протекает только обратный процесс , прямой процесс термодинамически невозможен.
Стандартную энергию Гиббса химической реакции при Т = 298К можно рассчитать двумя способами: используя уравнение Гиббса-Гельмгольца : drGТ0 = dr НТ0 - ТdrSТ0, в которое нужно подставить указанное значение Т, и по стандартным энергиям Гиббса образования исходных веществ и продуктов реакции
При расчете необходимо учитывать, что единицей измерения энтальпии является килоджоуль, а энтропии Дж\К.
Энергия Гиббса является функцией состояния системы, поэтому ее можно рассчитать с использованием табличных значений стандартных энергий Гиббса образования исходных веществ и продуктов реакции
Билет13
Стандартная энергия Гиббса образования при стандартной температуре-это изменение дельтаG в процессе образования данного вещ-ва из простых вещ-в,когда все ингридиенты реакции наход-ся в стандартном состоянии при стандартной тем-ре 298,15К.
Рачет const равн-я. Конста́нта равнове́сия — величина, определяющая для данной химической реакции соотношение между термодинамическими активностями (либо, в зависимости от условий протекания реакции, парциальными давлениями, концентрациями или фугитивностями) исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия (в соответствии с законом действующих масс). Зная константу равновесия реакции, можно рассчитать равновесный состав реагирующей смеси, предельный выход продуктов, определить направление протекания реакции. Стандартная константа равновесия
Стандартная константа равновесия реакции в смеси идеальных газов (когда начальные парциальные давления участников реакции равны их значениям в стандартном состоянии = 0,1013 МПа или 1 атм) может быть рассчитана по выражению:
где — относительные парциальные давления компонентов, .
Стандартная константа равновесия — безразмерная величина. Она связана с Kp соотношением:
Видно, что если выражены в атмосферах, то и .
Для реакции в смеси реальных газов в стандартном начальном состоянии парциальные фугитивности газов принимаются равными их парциальным давлениям = 0,1013 МПа или 1 атм. Kf связана с K0 соотношением:
где γi — коэффициент фугитивности i-го реального газа в смеси.
Константа равновесия реакций в гетерогенных системах
Для гетерогенной химической реакции, например, между компонентами реального газа и реального раствора, константа равновесия в общем случае может быть выражена уравнением:
где fi — фугитивность компонентов газовой фазы, а ak — активность компонентов конденсированной фазы.
Если конденсированные фазы (твёрдые или жидкие) представляют собой практически чистые вещества, их активности постоянны и могут быть включены в константу равновесия (то есть в левую часть выражения выше). Условно можно принять их равными единице и, таким образом, исключить из выражения.
Например, для реакции твёрдофазного восстановления оксида железа:
FeOт + COг = Feт + CO2г
константа равновесия (при условии, что газовая фаза идеальна) имеет вид:
Константа равновесия и изменение энергии Гиббса
Для реакции, протекающей в изобарно-изотермических условиях, в некотором неравновесном исходном состоянии энергии Гиббса или химические потенциалы реагирующих веществ и продуктов реакции в общем случае не одинаковы, их разность (ΔGT) может быть рассчитана по уравнению:
где — отношение парциальных давлений участников реакции в исходном состоянии в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам; R — универсальная газовая постоянная.
Это уравнение называют уравнением изотермы химической реакции. Оно позволяет рассчитать изменение энергии Гиббса при протекании процесса и определить направление протекания реакции:
при — реакция идёт в прямом направлении, слева направо;
при — реакция достигла равновесного состояния;
при — реакция идёт в обратном направлении.
Стандартная константа равновесия связана со стандартной энергией Гиббса реакции соотношением:
Стандартная энергия Гиббса реакции в газовой смеси — энергия Гиббса реакции при стандартных парциальных давлениях всех компонентов, равных 0,1013 МПа (1 атм).
Стандартная энергия Гиббса реакции в растворе — энергия Гиббса при стандартном состоянии раствора, за которое принимают гипотетический раствор со свойствами предельно разбавленного раствора, но с концентрацией всех реагентов, равной единице. Величина стандартной энергии Гиббса реакции может быть использована для приближенной оценки термодинамической возможности протекания реакции в данном направлении, если начальные условия не сильно отличаются от стандартных. Кроме того, сравнивая величины стандартной энергии Гиббса нескольких реакций, можно выбрать наиболее предпочтительные, для которых имеет наибольшую по модулю отрицательную величину.
Зависимость константы равновесия от температуры
Зависимость константы равновесия реакции от температуры может быть описана уравнением изобары химической реакции (изобары Вант-Гоффа):
и изохоры химической реакции (изохоры Вант-Гоффа):
Здесь и — тепловой эффект реакции, протекающей, соответственно, при постоянном давлении или при постоянном объёме. Если (тепловой эффект положителен, реакция эндотермическая), то температурный коэффициент константы равновесия тоже положителен, то есть с ростом температуры константа равновесия эндотермической реакции увеличивается, равновесие сдвигается вправо (что вполне согласуется с принципом Ле Шателье).
Константа равновесия и константа скорости реакции
Для обратимой химической реакции константа равновесия может быть выражена через константы скорости прямых и обратных реакций, исходя из того факта, что в состоянии равновесия скорости прямой и обратной реакций равны. Например, для элементарной обратимой химической реакции первого порядка
легко показать[2], что:
где k1 — константа скорости прямой реакции, а k2 — обратной. Это важное соотношение даёт одну из «точек соприкосновения» химической кинетики и химической термодинамики.
Методы расчета константы равновесияРасчётные методы определения константы равновесия реакции обычно сводятся к вычислению тем или иным способом стандартного изменения энергии Гиббса в ходе реакции (ΔG0), а затем использованию формулы:
, где — универсальная газовая постоянная.При этом следует помнить, что энергия Гиббса — функция состояния системы, то есть она не зависит от пути процесса, от механизма реакции, а определяется лишь начальным и конечным состояниями системы. Следовательно, если непосредственное определение или расчёт ΔG0 для некоторой реакции по каким-либо причинам затруднены, можно подобрать такие промежуточные реакции, для которых ΔG0 известно или может быть легко определено, и суммирование которых даст рассматриваемую реакцию (см. Закон Гесса). В частности, в качестве таких промежуточных реакций часто используют реакции образования соединений из элементов.
Влияние тем-ры на Гиббса. По формуле зависимости энергии Гиббса от энтропии, энтальпии и температуры очевидно, что влияние температуры определяется знаком и величиной энтропии. Для реакции, протекающей с увеличением энтропии, повышение температуры уменьшает энергию Гиббса (то есть благоприятствует протеканию процесса). Для реакции, протекающей с уменьшением энтропии, с повышением температуры препятствует протеканию процесса. Это приводит к тому, что некоторые вещества при определенных температурах образуют одни соединения, а при других температурах - другие.Процессы, протекающие с уменьшением энтальпии (ΔН < 0) и увеличением энтропии (ΔS > 0), практически необратимы. Вне зависимости от температуры, энергия Гиббса будет здесь отрицательной.
Влияние тем-ры на хим.равн-е.Из вышеприведенного уравнения следует
lnКс = - ΔG0/RT.
Энергия Гиббса процесса имеет значение ΔG0 = ΔH – TΔS. Тогда
lnKc = - ΔH0/(RT) + ΔS0/R.
Если ΔН и ΔS не зависят от температуры, то производная константы равновесия по температуре будет равна:
d(lnKc)/dT = ΔH0/(RT2).
Это изобара равновесия. Она показывает, что константа равновесия экзотермической реакции уменьшается, а эндотермической реакции возрастает с повышением температуры. С увеличением абсолютного значения энтальпии реакции и уменьшением температуры чувствительность константы равновесия (d(lnKc)/dT) к изменению температуры повышается.
Влияние на состояние хим.рав-я. При изменении равновесных концентраций исходных веществ и продуктов реакции путем воздействия на систему происходит смещение химического равновесия. Если увеличиваются равновесные концентрации продуктов реакции, то говорят о смещении равновесия вправо. Если при внешнем воздействии увеличиваются концентрации исходных веществ, то говорят о смещении равновесия влево.
Характер смещения равновесия можно прогнозировать, применяя принцип французского ученого Ле Шателье:
если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет внешнее воздействие.
Принцип Ле Шателье следует из закона действующих масс. Если система находится при постоянной температуре, то константа равновесия при внешних воздействиях остается постоянной. Поэтому любое изменение равновесных концентраций веществ должно приводить к такому изменению равновесных концентраций других веществ, чтобы соблюдалось постоянство константы равновесия.
Рассмотрим процесс конверсии метана:
CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2,
Константа равновесия этого процесса имеет вид:
Кс = [CO2] [H2]4/[CH4] [H2O]2.
1. Рассмотрим, как влияет изменение концентраций на смещение равновесия. При увеличении концентрации метана СН4 равновесие системы нарушается, идет прямая реакция. Концентрации продуктов реакции СО2 и Н2 увеличиваются, а концентрации Н2О уменьшается. Процесс будет протекать до тех пор, пока не установится новое равновесие. Новые равновесные концентрации компонентов будут такими, что константа равновесия не изменится. Если увеличить концентрацию СО2, то по принципу Ле Шателье равновесие сместится влево.
2. Если в результате реакции изменяется число молей газообразных веществ, то изменяется общее давление в системе и происходит смещение равновесия. В соответствии с принципом Ле Шателье увеличение общего давления вызывает смещение равновесия в сторону уменьшения числа молей газообразных веществ, т.е. в сторону уменьшения давления. Для рассматриваемой реакции увеличение давления должно смещать равновесие влево (слева- 3 моля, справа – 5 молей).
3. С увеличением температуры равновесие смещается в сторону эндотермических реакций, т.е. реакций протекающих с поглощением теплоты, понижение – в сторону экзотермических реакций.
Итак, принцип Ле Шателье позволяет создавать такие условия протекания реакции, которые обеспечивают максимальный выход продуктов реакции.
Билет14
Скорость хим.ре-ии. Скорость химической реакции - это изменение молярной концентрации одного из участвующих в реакции веществ в единицу времени:v = Dc/Dt [моль/литр*сек] В общем виде скорость - это величина, показывающая как изменяется какая либо характеристика за единицу времени.
Скорость химической реакции - это величина, показывающая как изменяются концентрации исходных веществ или продуктов реакции за единицу времени.
Для оценки скорости необходимо измеренение концентрации одного из веществ.
Наибольший интерес представляют реакции, протекающие в однородной (гомогенной) среде. Для гетерогенной реакции, скорость реакции определяется числом молей веществ, вступивших в или образующихся в результате реакции в единицу времени на единице поверхности
Зависимость скорости реакций от различных факторов
Концентрация- При повышении концентрации хотя бы одного из реагирующих веществ скорость химической реакции возрастает в соответствии с кинетическим уравнением.Рассмотрим общее уравнение реакции: aA +bB = cC + dD. чиной повышения скорости является увеличение числа столкновений реагирующих частиц за счёт увеличения частиц в единице объёма.
Температура- Химические реакции, протекающие в гомогенных системах (смеси газов, жидкие растворы), осуществляется за счет соударения частиц. Однако, не всякое столкновение частиц реагентов ведет к образованию продуктов. Только частицы, обладающие повышенной энергией - активные частицы, способны осуществить акт химической реакции. С повышением температуры увеличивается кинетическая энергия частиц и число активных частиц возрастает, следовательно, химические реакции при высоких температурах протекают быстрее, чем при низких температурах. Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант – Гоффа. Правило Вант - Гоффа является приближенным и применимо лишь для ориентировочной оценки влияния температуры на скорость реакции.
Катализатор- Катализаторы - это вещества, которые повышают скорость химической реакции. Они вступают во взаимодействие с реагентами с образованием промежуточного химического соединения и освобождается в конце реакции.
Влияние, оказываемое катализаторами на химические реакции, называется катализом.По агрегатному состоянию, в котором находятся катализатор и реагирующие вещества, следует различать:гомогенный катализ (катализатор образует с реагирующими веществами гомогенную систему, например, газовую смесь;гетерогенный катализ (катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах; катализ идет на поверхности раздела фаз).
площадь соприкосновения реагирующих веществ- Для увеличения площади соприкосновения реагирующих веществ, их измельчают. Наибольшей степени измельчения достигают путем растворения веществ. Быстрее всего вещества реагируют в растворах.
природа реагирующих веществ Например, металлы магний и железо реагируют с соляной кислотой одинаковой концентрации с различной скоростью. Это связано с разной химической активностью металлов.
Константа скорости реакции (удельная скорость реакции) — коэффициент пропорциональности в кинетическом уравнении.Физический смысл константы скорости реакции k следует из уравнения закона действующих масс: k численно равна скорости реакции при концентрации каждого из реагирующих веществ равной 1 моль/л.Константа скорости реакции зависит от температуры, от природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации.
Зависимость скорости реакции от концентрации веществ
Чтобы произошла реакция, необходимо столкновение реагирующих частиц. Число столкновений растет с увеличением числа реагирующих частиц в единице объема, т.е. с увеличением концентрации веществ. Это утверждение нашло отражение в законе действующих масс, который установили в 1867 г. норвежские химики К.Гульдберг и П. Вааге:
при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.
Для реакции
bB + dD = lL + mM
выражение кинетического уравнения скорости имеет вид
,
где k – константа скорости реакции, не зависит от концентрации веществ, но зависит от их природы и температуры; b и d –порядки реакции, установленные опытным путем (для простых реакций совпадают со стехиометрическими коэффициентами в уравнении), сА и сВ – концентрации реагентов.
Закон действующих масс справедлив лишь для наиболее простых по своему механизму реакций, протекающих в газах или растворах. Часто уравнение реакции не отражает ее механизма. Сложные реакции можно представить как совокупность простых процессов, протекающих последовательно или параллельно. Закон действующих масс справедлив для каждой отдельной стадии реакции, но не для всего взаимодействия в целом. Та стадия процесса, скорость которой минимальна, лимитирует (определяет) скорость реакции, в общем. Поэтому закон действующих масс для лимитирующей стадии процесса приложим и ко всей реакции в целом.
Порядок реакции - формальный показатель многостадийного процесса. Для одностадийного процесса почти аналогичной характеристикой является молекулярность реакции - минимальное число молекул, участвующих в элементарном химическом процессе. А вероятность того, что в один момент времени в одной точке пространства окажутся даже три молекулы, не говоря о бОльшем их числе, очень мала.
Билет15
Зависимость константы скорости от температуры . Уравнение Аррениуса. В качестве приближенного правила можно запомнить, что скорость любой химической реакции становится вдвое больше при повышении температуры на каждые 10 К. Это правило позволяет предположить, что между скоростью реакций и температурой есть зависимость.Точное соотношение межд скоростью реакций и температурой впервые установил шведский химик Аррениус 1889 г. Это соотношение, получившее название уравнения Аррениуса, имеет вид
где к-константа скорости реакции; А - постоянная, характеризующая каждую конкретную реакцию (константа Аррениуса); Ea-еще одна постоянная, характерная дл каждой реакции и называемая энергией активации; Л-газовая постоянная и Т-абссолютная температура в кельвинах. Отметим, что это уравнение связывает температур не со скоростью реакции, а с константой скорости.
В логарифмической форме уравнение Аррениуса приобретает вид
Если перейти от натуральных логарифмов к десятичным, последнее соотношенв сводится к виду
Именно эта форма уравнения Аррениуса наиболее употребительна.Для определения констант А и Еа, характеризующих конкретную реакцию, строя график зависимости Ig к от величины 1/Т. (Напомним, что температура должна быт выражена в абсолютной шкале.) Тангенс угла наклона графика к оси абсцисс дае величину Ea/2,303RT. Для определения константы Аррениуса А следует подставить уравнение Аррениуса все остальные известные значения.
Энергия активации— минимальное количество энергии, которое требуется сообщить системе (в химии выражается в джоулях на моль), чтобы произошла реакция. Термин введён Сванте Августом Аррениусом в 1889. Типичное обозначение энергии реакции Ea. Энергия активации в элементарных реакциях, минимальная энергия реагентов (атомов, молекул и других частиц), достаточная для того, чтобы они вступили в хим. реакцию, т. е. для преодоления барьера на поверхности потенциальной энергии, отделяющего реагенты от продуктов реакции.
Билет16
Понятие о механизмах химических реакций. Механизм реакции – детальное ее описание с учетом всех промежуточных стадий и промежуточных веществ, природы взаимодействия реагирующих частиц, характера разрыва связей, изменения энергии химической системы на всем пути ее перехода из исходного в конечное состояние.Цель изучения механизма реакции – возможность управлять ходом реакции, ее направлением и эффективностью. Реакции, протекающие в одну стадию, называют простыми (элементарными) реакциями, а реакции, включающие несколько стадий – сложными. Многие органические реакции являются сложными и идут в несколько элементарных стадий (последовательных или параллельных). Общая скорость сложной химической реакции определяется скоростью ее наиболее медленной (лимитирующей) стадии. Установление механизма органических реакций — задача физической органической химии. Она очень сложна даже для описания сравнительно простых реакций. Для ее решения необходимо на современном уровне знаний иметь полное представление о промежуточных стадиях и промежуточных веществах (интер- медиатах), природе взаимодействия реагирующих частиц, характере разрыва и образования связей, изменении энергии химической системы на всем пути ее перехода из исходного в конечное состояние. Механизм должен согласовываться со стереохимией и кинетикой процесса.
Общая скорость сложной химической реакции определяется (лимитируется) скоростью ее наиболее медленной стадии, а скорость составляющих элементарных реакций — их энергией активации Еа. Последняя необходима для осуществления эффективного столкновения молекул, приводящего к взаимодействию. Ее можно определить также как энергию, необходимую для достижения системой переходного состояния, иначе называемого активированным комплексом, превращение которого в продукты реакции происходит уже самопроизвольно. Чем меньше величина энергии активации реакции, тем выше ее скорость. Использование катализатора приводит к существенному понижению величины энергии активации и соответственно увеличению скорости химической реакции. Катализатор не влияет на положение равновесия между исходными и конечными продуктами, т.е. на изменение свободной энергии процесса. Для реакций in vivo особенно важен ферментативный катализ, который осуществляется при помощи ферментов (энзимов) — высокоспецифичных биокатализаторов белковой природы. На рис. 4.1 приведены примеры энергетических диаграмм для каталитических и некаталитических процессов.В принципе все реакции обратимы, однако на практике многие из них рассматриваются как практически необратимые. Некоторые органические реакции могут приводить к образованию не одного, а нескольких изомерных соединений, скорость образования которых обычно бывает неодинаковой.При проведении реакции в сравнительно мягких условиях в таких случаях практически полностью получается изомер, скорость образования которого наибольшая, т. е. имеет место кинетически контролируемая реакция.В более жестких условиях (повышенная температура, достаточная длительность процесса) в качестве конечного продукта образуется изомер, отличающийся (по сравнению с остальными) большей термодинамической устойчивостью, т. е. осуществляется термодинамически контролируемая реакция.Знание теоретических закономерностей протекания реакций закладывает фундамент для обобщения разрозненных опытных данных, помогает увидеть сходство и отличие между разнообразными химическими, а также биохимическими реакциями, наконец, помогает управлять ходом того или иного процесса.
Билет17
Динамические равновесия. В химии приходится сталкиваться не столько со статическими равновесиями, сколько с динамическими равновесиями. Динамическое равновесие устанавливается, когда оказываются сбалансированными два обратимых или противоположных процесса. Примером механического динамического равновесия может служить человек, идущий по эскалатору в сторону, противоположную движению эскалатора, со скоростью, равной скорости эскалатора. В этом случае результирующее положение человека не изменяется, потому что оба противоположно направленных движения сбалансированы. Другим примером является рыба, плывущая вверх по течению реки со скоростью, равной скорости водного потока (рис. 6.2). В этом случае рыба кажется неподвижной. Она находится в динамическом равновесии с потоком.Динамические равновесия можно подразделить на физические и химические равновесия.С нашей точки зрения, наиболее важными типами физических равновесий являются фазовые равновесия, т.е. равновесия, устанавливающиеся между различными фазами одной системы. Динамическую природу фазовых равновесий можно понять, рассматривая их в свете кинетической теории. Рассмотрим, например, равновесие между жидкостью и ее паром (рис. 6.3). В этом случае обе фазы находятся в динамическом равновесии, если скорость испарения жидкости равна скорости конденсации пара. Другими словами, в каждый промежуток времени число частиц, покидающих жидкость, равно числу частиц, возвращающихся в нее.Система находится в состоянии химического равновесия, если скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции. Динамические равновесия независимо от того, физические они или химические, характеризуются целым рядом общих свойств:они включают прямой и обратный процессы; прямой и обратный процессы сбалансированы между собой; общие свойства системы, находящиеся в динамическом равновесии, постоянны; состояние равновесия может быть достигнуто как со стороны прямого процесса, так и со стороны обратного процесса; динамическое равновесие может устанавливаться только в замкнутой системе. Замкнутой системой называется такая система, которая не обменивается со своим окружением веществом. Так, если в приведенном выше примере с аммиаком происходит утечка аммиака из реакционной системы, то реакция не может достичь состояния равновесия.
Смещение химического равновесия при внешних воздействиях.Перевод равновесной химической системы из одного состояния равновесия в другое называется смещением (сдвигом) химического равновесия, которое осуществляется изменением термодинамических параметров системы температуры, концентрации, давления При смещении равновесия в прямом направлении достигается увеличение выхода продуктов, а при смещении в обратном направлении уменьшение степени превращения реагента. И то, и другое может оказаться полезным в химической технологии.Направление сдвига химического равновесия определяется принципом Ле-Шателье: если на систему в состоянии истинного равновесия воздействовать извне, изменяя термодинамические параметры, то равновесие сместится в том направлении, которое ослабит эффект внешнего воздействия.Влияние температуры на состояние равновесия различно для эндотермических (Н 0) и экзотермических (Н 0) реакций. В соответствии с принципом Ле-Шателье изменение температуры смещает направление этих реакций (показано стрелкой), тем самым уменьшая эффект внешнего воздействия на систему:
повышение температуры А В; Н 0 ()
(нагревание) В А; Н 0 ()
понижение температуры А В; Н 0 ()
(охлаждение) В А; Н 0 ()
Например, смещение равновесия в реакции
СО2(г) + Н2(г) СО(г) + Н2О(г); Н = + 41 кДж
При повышении температуры будет осуществляться в прямом так как реакция эндотермическая), а при понижении температуры в обратном направлении. Этот фактор смещения равновесия применим ко всем химическим системам вне зависимости от агрегатного состояния реагентов и продуктов.Влияние концентрации на состояние равновесия ограничено изменением содержания только тех веществ, равновесные концентрации которых входят в выражение для константы равновесия.Для гомогенных реакций (5.1) в соответствии с принципом Ле-Шателье введение избытка одного из реагентов вызовет смещение равновесия в прямом, а введение избытка одного из продуктов в обратном направлении, тем самым ослабляя эффект внешнего воздействия на систему:
избыток реагента (А или В) ()
избыток продукта (С или D) ()
Для гетерогенных реакций введение дополнительного количества жидкого или твердого вещества (реагента или продукта) не влияет на состояние равновесия. Например, для гетерогенной реакции
Cu2O(т) + 2 HCl(г) 2 CuCl(ж) + H2O(г)
Добавление в систему избытка хлороводорода сместит равновесие в прямом направлении, а ввдение избытка твердого оксида меди(I) на состояние равновесия не повлияет.Влияние давления на состояние равновесия проявляется только при наличии в системе газов. В соответствии с принципом Ле-Шателье увеличения давления смещает равновесие в сторону той (прямой или обратной) реакции, которая сопровождается уменьшением объема (газообразных продуктов или реагентов соответственно). А уменьшение давления в противоположную сторону. Поскольку объем газообразных реагентов и продуктов пропорционален сумме их стехиометрических коэффициентов (обозначенной реаг. и прод.), то изменение давления в гомогенных реакциях (5.1) сместит равновесие в следующем направлении, тем самым уменьшая эффект внешнего воздействия на систему:
увеличение реаг прод ()
давления реаг прод ()
уменьшение реаг прод ()
давления реаг прод ()
При равенстве реаг = прод изменение давления не повлияет на состояние равновесия. Для гетерогенных реакций коэффициенты при формулах жидких и твердых веществ во внимание не принимаются. Например, при увеличении давления направление смещения равновесия в следующих реакциях таково:
а) 2 СО2(г) + 2 Н2О(г) + 2 НСl(г) 2 СН3Сl(г) + 3 О2(г)
{СО2 + (Н2О) + (НСl)} > {(СН3Сl) + (О2)} ()
б) 2 N2O(г) + S(т) 2 N2(г) + SO2(г)
{(N2O)} < {(N2) + (SО2)} ()
в) N2(г) + H2(г) + 2 C(т) 2 HCN(г)
{(N2) + (H2)} = (HCN) (смещения нет)
При решении расчетных задач данного раздела следует иметь ввиду, что при переходе из одного состояния равновесия (исходного по условию) к другому (конечному) под влиянием внешних воздействий начальные концентрации продуктов уже не равны нулю. То же наблюдается и для реакций, которые еще не пришли к состоянию равновесия, но уже протекают.
Билет18
Пересыщенный раствор — раствор, содержащий при данных условиях больше растворённого вещества, чем в насыщенном растворе, избыток вещества легко выпадает в осадок. Обычно пересыщенный раствор получают охлаждением раствора, насыщенного при более высокой температуре (пересыщение). Насыщенный раствор — раствор, в котором растворённое вещество при данных условиях достигло максимальной концентрации и больше не растворяется. Осадок данного вещества находится в равновесном состоянии с веществом в растворе. Ненасыщенный раствор — раствор, в котором концентрация растворенного вещества меньше, чем в насыщенном растворе, и в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое его количество.
Способы выражения блабла
Количественный состав раствора чаще всего выражается с помощью понятия «концентрации», под которым понимается содержание растворенного вещества (в определенных единицах) в единице массы или объема.Договорились растворенное вещество обозначать через X, а растворитель - через S.Чаще всего для выражения состава раствора используют массовую долю, молярную концентрацию (молярность) и мольную долю.Массовая доля - это отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора. Для бинарного раствора:
(1)
где ω(Х) - массовая доля растворенного вещества X; m(Х) масса растворенного вещества X, г; m(S) - масса растворителя S, г; m= [m(Х) + m(S)] - масса раствора, г.
Массовую долю выражают в долях единицы или в процентах (например: ω = 0,01 или ω = 1%).
Молярная концентрация (молярность) показывает число молей растворенного вещества, содержащегося в 1 литре раствора:
С(Х) = v(Х) / V, (2)
где С(Х) - молярная концентрация растворенного вещества X, моль/л; v(Х) - количество растворенного вещества X, моль; V - объем раствора, л.
Как следует из (2), молярная концентрация выражается в моль/л. Эта размерность иногда обозначается М, например: 2МNаОН.
Мольная доля растворенного вещества - безразмерная величина, равная отношению количества растворенного вещества к общему количеству веществ в растворе:
(3)
где N(Х) - мольная доля растворенного вещества X; v(Х) - количество растворенного вещества X, моль; v(S) - количество вещества растворителя S, моль.
Нетрудно представить, что сумма мольных долей растворенного вещества и растворителя равна 1:
N(X) + N(S) = 1. (4)
При решении многих задач полезно переходить от молярной концентрации к массовой доле, мольной доле и т.д. Например, молярная и процентная концентрации взаимосвязаны так:
C(X) = 10 ∙ ω(X) ∙ ρ / M(X), (5)
ω(X) = C(X) ∙ M(X) / (10 ∙ ρ) (6)
где ω(Х) - массовая доля растворенного вещества, выраженная в %; М(Х) - молярная масса растворенного вещества, г/моль; р = m/(1000 V) - плотность раствора, г/мл.
Очень часто концентрацию насыщенного раствора, наряду с вышеперечисленными характеристиками, выражают через так называемый коэффициент растворимости или просто растворимость вещества.
Отношение массы вещества, образующего насыщенный раствор при данной температуре, к массе растворителя называют коэффициентом растворимости:
ks = mв-ва / mр-ля . (7)
Растворимость вещества s показывает максимальную массу вещества, которая может раствориться в 100 г растворителя:
s = (mв-ва / mр-ля) ∙ 100. (8)
Билет19
Растворы электролитов. Электролиты – вещества, которые при растворении подвергаются диссоциации на ионы. В результате раствор приобретает способность проводить электрический ток, т.к. в нем появляются подвижные носители электрического заряда. Например, при растворении в воде уксусная кислота диссоциирует на ион водорода и ацетат-ион:
CH3COOH H+ + CH3COO–
Необходимым условием, определяющим возможность процесса электролитической диссоциации, является наличие в растворяемом веществе ионных * или полярных связей *, а также достаточная полярность * самого растворителя *. Количественная оценка процесса электролитической диссоциации дается двумя величинами: степенью диссоциации α и константой диссоциации K.
Степенью диссоциации (α) электролита называется отношение числа его молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул электролита в растворе, т. е. . Так, если C=0,1 моль/л, а концентрация диссоциированной части вещества Сд=0,001 моль/л, то для растворенного вещества α=0,001/0,1=0,01, или α=1%. Степень электролитической диссоциации зависит как от природы растворенного вещества, так и от концентрации раствора, увеличиваясь с его разбавлением.
Электролиты можно разделить на две большие группы: сильные и слабые. Сильные электролиты диссоциируют практически полностью. К сильным электролитам относятся, например, H2SO4Серная кислота., HClСоляная кислота., HNO3Азотная кислота., H3PO4Ортофосфорная кислота., HClO3Хлорноватая кислота., HClO4Хлорная кислота., KOHГидроксид калия., а также хорошо растворимые соли: NaClХлорид натрия (поваренная соль)., KBrБромид калия., NH4NO3Нитрат аммония (аммиачная селитра). и др. Для слабых электролитов устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами. К слабым электролитам относятся плохо растворимые соли (см. таблицу растворимости), вода и большинство органических кислот (например, уксусная CH3COOH, муравьиная HCOOH), а также неорганические соединения: H2CO3Угольная кислота., H2SСероводородная кислота., HCNЦиановодородная (синильная) кислота., H2SiO3Метакремниевая кислота., H2SO3Сернистая кислота., HNO2Азотистая кислота., HClOХлорноватистая кислота., HCNOЦиановая кислота., NH4OHГидроксид аммония. и др.
Константа равновесия для процесса диссоциации называется константой диссоциации (K). В общем случае для электролита, диссоциирующего на два иона:
АВА+ + В–
Для приведенного выше процесса диссоциации уксусной кислоты:
Если обозначить концентрацию электролитаВ приведенных здесь выражениях используется Молярная концентрация., распадающегося на два иона, через C, то
[A+] = [B–] = αC; [AB] = C(1–α);
Это уравнение соответствует закону разбавления Оствальда. Если электролит слабый, и диссоциация очень мала (α<<1), то закон разбавления Оствальда упрощается:
K=α2C; .
Таким образом, степень диссоциации возрастает с разбавлением раствора.
Многоосновные кислоты, а также основания многовалентных металлов диссоциируют ступенчато. Например:
H2CO3H+ + HCO3–
HCO3–H+ + CO32–
Первое равновесие – диссоциация по первой ступени – характеризуется константой
Для диссоциации по второй ступени:
В случае угольной кислоты константы диссоциации имеют следующие значения: KI = 4,3·10–7, KII = 5,6·10–11. Для ступенчатой диссоциации всегда KI>KII>KIII>..., т.к. энергия, которую необходимо затратить для отрыва иона, минимальна при отрыве его от нейтральной молекулы.
СИЛЬНЫЕ И СЛАБЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ.Для количественной характеристики способности электролита распадаться на ионы введено понятие степени диссоциации (), т. е. отношения числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул. Например, =1 говорит о том, что электролит полностью распался на ионы, а =0,2 означает, что продиссоциировала лишь каждая пятая из его молекул. При разбавлении концентрированного раствора, а также при нагревании его электропроводность повышается, так как возрастает степень диссоциации.В зависимости от величины а электролиты условно делятся на сильные (диссоциируют практически нацело, >0,95), средней силы (0,95 >>0,3) и слабые (<0,3). Cuльными электролитами являются многие минеральные кислоты (HCl, HBr, HI, H2SO4, HNO3 и др.), щёлочи (NaOH, КОН, Са(ОН)2 и др.), почти все соли. К слабым принадлежат растворы некоторых минеральных кислот (H2S, H2SO3, H2CO3, HCN, HClO), многие органические кислоты (например, уксусная СН3СООН), водный раствор аммиака (NH3•nН2О), вода, некоторые соли ртути (HgCl2). К электролитам средней силы часто относят плавиковую HF, ортофосфорную Н3РО4 и азотистую HNO2 кислоты.
Теория электролитической диссоциации. Растворы всех веществ можно разделить на две группы: электролиты-проводят электрический ток, неэлектролиты-проводниками не являются. Это деление является условным, потому что все растворы веществ проводят электрический ток, все они в той или иной мере растворяются в воде и распадаются на катионы (положительно заряженные ионы) и анионы (отрицательно заряженные ионы). Следует различать настоящие и потенциальные электролиты.
Настоящие электролиты находятся в виде ионов уже в индивидуальном состоянии, т.е. до того, как они будут расплавлены или переведены в раствор. К настоящим электролитам относятся все типичные соли, которые в твёрдом состоянии образуют ионную кристаллическую решётку (например NaCl, K2SO4 и т.д.)
Потенциальные электролиты в индивидуальном состоянии ионов не содержат, но образуют их при переходе вещества в раствор. К ним относятся вещества, состоящие из молекул с сильно полярными связями (например HCl).
К неэлектролитам относится большая часть органических соединений, например диэтиловый эфир, бензол, глюкоза, сахароза.
Заряженные частицы появляются только в растворах и расплавах веществ вследствие электролитической диссоциации. Электролитическая диссоациация-это процесс распада веществ на ионы при растворении или расплавлении.
Следовательно, в результате диссоциации в растворе появляются ионы, которые являются предпосылкой для появления у раствора или расплава такого физического свойства как электропроводимость.
Как же происходит процесс растворения?. Разрушение ионной кристаллической решётки происходит под воздействием растворителя, например воды. Полярные молекулы воды настолько снижают силы электростатического притяжения между ионами в кристаллической решётке, что ионы становятся свободными и переходят в раствор.
При расплавлении , когда происходит нагревание кристалла, ионы начинают совершать интенсивные колебания в узлах кристаллической решётки, в результате чего она разрушается, образуется расплав, который состоит из ионов.
Теорию электролитической диссоциации создал в 1884-1887 гг. шведский химик Аррениус.Эта классическая теория позволила как электропроводимость расплавов и растворов, так и протекание химических реакций в растворах между расплавленными или растворёнными веществами.
Закон разбавления Оствальда — соотношение, выражающее зависимость эквивалентной электропроводности разбавленного раствора бинарного слабого электролита от концентрации раствора:
Здесь К — константа диссоциации электролита, с — концентрация, λ и λ∞ — значения эквивалентной электропроводности соответственно при концентрации с и при бесконечном разбавлении. Соотношение является следствием закона действующих масс и равенства
где α — степень диссоциации.
Закон разбавления Оствальда выведен В.Оствальдом в 1888 и им же подтвержден опытным путём. Экспериментальное установление правильности закона разбавления Оствальда имело большое значение для обоснования теории электролитической диссоциации.
Билет20
С точки зрения теории электролитической диссоциации кислоты - это вещества, диссоциирующие в водном растворе с образованием катионов водорода и анионов кислотного остатка.
Следует различать кислородсодержащие кислоты типа H2SO4, HNO3 и бескислородные кислоты типа HCl, H2S.
В общем виде уравнение электролитической диссоциации кислоты имеет вид:
кислота ® ион водорода + анион кислотного остатка
К кислотам - сильным электролитам относят H2SO4, HNO3, HCl, HBr, HI и др. В водном растворе они полностью распадаются на ионы.
Например,
Двухосновная H2SO4 диссоциирует ступенчато, причем первый ион H+ отрывается от молекулы легче, чем второй. Вторая ступень диссоциации является обратимым процессом и характеризуется значением константы диссоциации:
К кислотам - слабым электролитам относят HF, H2CO3, HCN, H2S, CH3COOH и др. В водном растворе они частично распадаются на ионы. Например,
HF « H+ + F-
Слабые многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато. Каждую ступень характеризуют своим значением константы диссоциации, например:
Первый ион водорода H+ отрывается от молекулы легче, чем последующие от положительно заряженных анионов, поэтому
.
В связи со ступенчатой диссоциацией многоосновные кислоты способны образовывать кислые соли, NaHSO4, NaHCO3, K2HPO4 и т.д.
С точки зрения теории электролитической диссоциации основания - это вещества, диссоциирующие в водном растворе с образованием гидроксид-ионов OH- и катионов металла.
В общем виде уравнение электролитической диссоциации основания имеет вид:
основание ® гидроксид-ион + катион металла
Сильные основания (щелочи) в водном растворе практически полностью распадаются на ионы, например:
KOH ® OH- + K+
Ba(OH)2 ® OH- + BaOH+
BaOH+ ® OH- + Ba2+
Слабые многокислотные основания диссоциируют ступенчато:
Этим объясняют способность многокислотных оснований образовывать основные соли: CuOHCl, (ZnOH)2SO4 и др.
С точки зрения теории электролитической диссоциации амфотерные гидроксиды (амфолиты) - это вещества, диссоциирующие в водном растворе как по типу кислот, так и по типу оснований. К ним относят Be(OH)2, Zn(OH)2, Pb(OH)2, Sn(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3, и др. Например, уравнения электролитической диссоциации Be(OH)2:
1) диссоциация по типу основания:
Be(OH)2 + 3H2O « OH- + [BeOH(H2O)3]
[BeOH(H2O)3] + H2O « OH- + [Be(H2O)4]
2) диссоциация по типу кислоты:
Be(OH)2 + 2H2O « H+ + [Be(OH)3H2O]
[Be(OH)2H2O] « H+ + [Be(OH)3]
Рассмотрим некоторые общие закономерности в изменении свойств гидроксидов. Диссоциация кислородсодержащих гидроксидов зависит от сравнительной прочности и полярности связей Э-О и О-Н. Чем менее прочна или более полярна связь, тем легче происходит электролитическая ионизация по этой связи в водных растворах. Таким образом, диссоциация гидроксидов может протекать по двум направлениям:
Э ------ О ------ Н
1) ЭОН « ОН- + Э+ (по типу основания)
2) ЭОН « Н+ + ЭО- (по типу кислоты)
Чем больше степень окисления и меньше радиус центрального иона (Э), тем менее полярна связь Э-О и выше ее прочность сравнительно со связью О-Н. В данном случае диссоциация идет по типу кислоты, т.е. с отщеплением иона водорода. И наоборот, чем меньше степень окисления и больше радиус центрального иона, тем более полярна связь Э-О и меньше ее прочность, чем связи О-Н. В этом случае диссоциация идет, преимущественно, по типу основания, т.е. с отщеплением гидроксид-ионов. Если полярности связей Э-О и О-Н близки, то диссоциация гидроксида ЭОН может протекать как по типу основания, так и по типу кислоты, т.е. гидроксид является амфотерным.
В периодах с увеличением заряда ядер элементов радиусы ионов уменьшаются, а максимальная степень окисления в соединениях типа ЭОm(ОН)n возрастает от 1 до 7. В связи с этим уменьшается полярность и увеличивается прочность связи Э-О, т.е. основные свойства
гидроксидов ослабевают, а кислотные возрастают. Так, в ряду
NaOH - Mg(OH)2 - Al(OH)3 - H2SiO3 - H3PO4 - H2SO4 - HClO4
NaOH - сильное основание, Al(OH)3 - амфолит, H2SiO3 - слабая кислота, HClO4 - сильная кислота.
В главных подгруппах с увеличением заряда ядер элементов радиусы ионов увеличиваются, а максимальная степень окисления постоянна. В связи с этим увеличивается полярность и уменьшается прочность связи Э-О, т.е. сверху вниз основные свойства увеличиваются, а кислотные убывают. Это хорошо видно на примере гидроксидов элементов IIА группы: Be(OH)2 - амфолит, Mg(OH)2 - основание средней силы, Ba(OH)2 - сильное основание.
Если элемент образует гидроксиды в различных степенях окисления, то в соединениях элементов с низшими степенями окисления более выражены основные свойства, а в соединениях с высшими степенями окисления преобладают кислотные свойства, например:
Объясняется это тем, что для одного и того же элемента с увеличением степени окисления его электроотрицательность растет, а радиус иона уменьшается, что приводит к уменьшению полярности и увеличению прочности связи Э-О и, следовательно, ослаблению основных свойств гидроксида.
Следовательно, с возрастанием степени окисления и уменьшением ионного радиуса у кислородсодержащих гидроксидов преобладает кислотный тип диссоциации. Наоборот, с уменьшением степени окисления и увеличением ионного радиуса центрального иона преобладает основный тип диссоциации.
В бескислородных кислотах (образуют элементы VIА - VIIА групп) полярность связи Э-Н возрастает при переходе от элементов VIА группы к элементам VIIА группы и уменьшается в пределах каждой группы сверху вниз. Однако, в этом же направлении, соответственно, увеличивается и уменьшается прочность связи. Поэтому сила кислот возрастает в ряду HF - HCl - HBr - HI, несмотря на то, что полярность связи в этом направлении уменьшается.
С точки зрения теории электролитической диссоциации соли - это вещества, диссоциирующие в водном растворе на катион металла и анион кислотного остатка. Соли, как правило, являются сильными электролитами (исключение составляют ZnCl2, Fe(CNS)3, HgCl2, Mg(CN)2, и др.) и в водных растворах полностью распадаются на ионы:
.
При этом, в отличие от средних солей, кислые и основные соли диссоциируют ступенчато:
Следует иметь в виду, что определения Аррениуса справедливы только для водных растворов электролитов
http://alhimikov.net/elektronbuch/menu.html