ЭНЕРГИЯ НЕ ВОЗНИКАЕТ ИЗ НИЧЕГО И НЕ ИСЧЕЗАЕТ, ОНА МОЖЕТ ЛИШЬ ПРЕВРАТИТЬСЯ ИЗ ОДНОГО ВИДА В ДРУГОЙ
Внутренняя энергия является функцией состояния системы, так как она
зависит только от состояния системы и не зависит от того, каким путем это состояние достигнуто.
Внутренняя энергия является экстенсивной функцией, т.е. такой функцией системы, значение которой пропорционально количеству вещества в этой системе.
Величину U + pV обозначают через Н и называют энтальпией (теплосодержанием). Учитывая это, можно записать следующее:
U = H – pV.
Эту запись следует понимать так:
Внутренняя энергия складывается из энтальпии (теплосодержания) за вычетом работы (рV), затраченной на расширение газа, находящегося под давлением Р, до объема V.
Смысл понятия энтальпия заключается в том, что всякая система, находящаяся при некоторой температуре Т, обладает неким скрытым запасом теплоты (отсюда и термин “ТЕПЛОСОДЕРЖАНИЕ”), который требуется, чтобы довести эту систему от абсолютного нуля до темпрературы Т.
Энтальпия, как и внутренняя энергия, является функцией состояния, т.е. энтальпия зависит только от состояния системы, но не зависит от пути, которым система пришла в это состояние. Энтальпия, как и внутренняя энергия (U), - функция экстенсивная, т.е. энтальпия – функция состояния вещества, величина которой зависит от его количества.
При взаимодействии систем – объединении их в общую систему – экстенсивные параметры этих систем или функции (например, масса, объем, внутренняя энергия) суммируются, в то время как интенсивные (температура, давление, концентрация) выравниваются.
Изменение энтальпии в ходе химического процесса может быть записано следующим образом:
∆Н = ∆U + p∆V = Qp.
Для процессов при Р = Const имеем: ∆Н = Qp = - Q, где Q – тепловой эффект реакции, т.е. энергия, получаемая внешней средой от системы.
В этих случаях пользуются термином “энтальпия реакции”. Энтальпия реакции соответствует разности энтальпий продуктов реакции и реагентов.
Если энтальпия продуктов реакции превышает энтальпию реагентов, то ∆Н › 0 (Q ‹ 0) – nреакция эндотермическая.
Если же энтальпия реагентов превышает энтальпию продуктов реакции, то ∆Н ‹ 0 (Q › 0) – реакция экзотермическая.
Фундаментальный закон термохимии был сформулирован академиком Петербургской Академии наук Гессом в 1840 году. Закон гласит:
изменение энтальпии при переходе от исходных веществ к продуктам реакции зависит только от состояния исходных и конечных веществ и не зависит от пути перехода, т.е. от числа и последовательности промежуточных стадий.
Закон Лавуазье-Лапласа:
Тепловой эффект образования веществ равен, но противоположен по знаку, тепловому эффекту реакции разложения.
Δ Нпрямой реакции = - Δ Нобратной реакции; Δ Нобразования = - Δ Нразложения
Закон Гесса (математическое следствие закона сохранения энергии=1ый з-н термодинамики)
Тепловой эффект химической реакции, если она протекает при постоянных V,T или P,T, не зависит от пути, а определяется лишь начальным и конечным состоянием системы.. Q=DU+А
2Коллоидные системы термодинамически неустойчивы, т.к. имеют избыточный запас поверхностной энергии Гиббса. Однако при определенных условиях коллоидные системы обладают устойчивостью, т.е. могут сохраняться неизменными размеры и концентрация коллоидных частиц. Различают два вида устойчивости коллоидных систем: седиментационная и агрегативная.
Седиментационная устойчивость (кинетическая) - устойчивость коллоидных частиц к оседанию. Эта устойчивость зависит от размера частиц и вязкости среды.
Агрегативная устойчивость - способность частиц дисперсной фазы противодействовать коагуляции (слипания в более крупные агрегаты). Уменьшение агрегативной устойчивости означает уменьшение седиментационной устойчивости.
Лиофобные коллоидные системы агрегативно неустойчивы, а лиофильные устойчивы. Лиофобные могут существовать при условии их стабилизации. Существует два основных фактора стабилизации лиафобных коллоидных систем: электрический фактор и структурно-механический фактор.
Электрический фактор стабилизации связан с существованием двойного электрического слоя на границе раздела фаз. Хотя мицелла в целом электронейтральна, коллоидные частицы имеют одноименные заряды, и диффузионные слои имеют одноименные заряды. Наличие одноименно заряженных слоев препятствует сближению частиц на такое расстояние, на котором начинают действовать силы притяжения. Соответственно, уменьшение толщины диффузионного слоя нарушает электрическую стабилизацию, и частицы сближаются на такое расстояние, на котором возможно их притяжение, что приводит к слипанию и коагуляции. Нарушение электрической стабилизации происходит при добавлении в коллоидные растворы электролитов.
Минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию коллоидного раствора, называется порогом коагуляции. Порог коагуляции зависит от величины заряда коагулирующего иона, который имеет заряд, противоположный заряду коллоидной частицы.
Правило Шульца-Гарди: Коагулирующая способность электролита возрастает с увеличением заряда коагулирующего иона
,
где Сп - порог коагуляции (наименьшая концентрация электролита, при которой наступает коагуляция);
z - заряд коагулирующего иона.
При смешении двух коллоидных растворов с разноименно заряженными частицами происходит взаимная коагуляция в том случае, если их суммарные заряды нейтрализуют друг друга.
Структурно-механический фактор стабилизации коллоидных систем возникает в результате адсорбции на поверхности коллоидных частиц ПАВ или высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов). Адсорбированные частицы (ПАВ или молекулы полимеров) образуют механически прочный слой, который препятствует слипанию частиц. Эти вещества также делают поверхность частиц лиофильной. Такой способ стабилизации коллоидных систем называют коллоидной защитой, а используемые для стабилизации вещества - защитными коллоидами.
Биологические жидкости содержат такие защитные коллоиды, которые препятствуют осаждению таких трудно растворимых веществ как фосфат и карбонат кальция и некоторых нерастворимых метаболитов. Это препятствует отложению солей при атеросклерозе, подагре, образованию почечных и желчных камней.
Образование коллоидного раствора из осадка называют пептизацией, а вещества, вызывающие пептизацию - пептизаторами. В качестве пептизаторов используют электролиты или поверхностно-активные вещества. Ионы или молекулы пептизаторов, адсорбируясь на поверхности частиц осадка, образуют двойной электрический слой или сольватную оболочку, что приводит к преодолению сил межмолекулярного притяжения между ними.
3.
NH3 (µ= 1,46 D), В молекуле аммиака р3-гибридизация молекула пирамидальная.
BF3 (µ= 0 D), имеет форму плоского треугольника
PH3 (µ= 0,55 D). PH3 (геометрия - пирамида. в вершине P) -- эта будет полярной.
Геометрическая форма молекул определяется видом гибридизации валентных атомных орбиталей и величиной валентного угла, который образуется в результате этой гибридизации. В молекуле BF3 sp2-гибридизация, в связи с этим валениный угол равен 120 градусов, поэтому молекула плоская тригональная. В молекуле аммиака р3-гибридизация, поэтому валентный угол равен 107,3 градуса, а молекула пирамидальная.
Молекулы соединений состава RH3 имеют пирамидальную форму. Такого рода соединения образуют элементы подгруппы азота (их 5: азот, фосфор, сурьма, мышьяк и висмут) с водородом.
Например, NH3 - аммиак.
Sp3-гибридизация, в которой участвуют s-орбиталь и все три p-орбитали, характерна для соединений элементов IV группы периодической системы (в частности для насыщенных углеводородов). В этом случае (при sp3-гибридизации) образуются четыре sp3-гибридные орбитали, направленные в пространстве по углам тетраэдра. Углы между осями гибридных орбиталей составляют 109,46°.
Например, ион аммония NH4+ имеет тетраэдрическое строение благодаря sp3-гибридизации.
P.S. Для справки: Элементы подгруппы азота - это элементы V группы периодической системы Д. И. Менделеева. На внешнем энергетическом уровне их элементы имеют по пять электронов – ns2np3, поэтому высшая степень окисления этих элементов равна +5, низшая -3, характерна и +3.