Основы общей химии
Основные законы общей химии, классы химических соединений. Газовые процессы и законы. Строение атома, периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Начала термодинамики, ОВР, растворы, концентрация. Основы химии промышленных взрывчатых веществ.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.06.2010 |
| Размер файла | 238,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
По концентрации растворенного вещества растворы можно подразделить на концентрированные (с большой концентрацией растворенного вещества) и разбавленные (с малой концентрацией растворенного вещества).
Важное значение при описании свойств растворов имеет закон Генри: «Масса газа, растворяющегося при постоянной температуре в данном объёме жидкости, прямо пропорциональна парциальному давлению газа». Математически это можно записать так: С=k·р, где k - константа Генри, С - массовая концентрация газа в насыщенном растворе. Важнейшим следствием этого закона является то, что объём газа, растворяющегося при постоянной температуре в данном объёме жидкости, не зависит от его парциального давления.
Коллигативными свойствами раствора называются свойства, зависящие от концентрации частиц растворенного вещества и мало или совсем не зависящие от природы растворителя. К таким свойствам относят:
- давление насыщенного пара растворителя;
- понижение температуры замерзания раствора;
- повышение температуры кипения раствора;
- осмотическое давление.
1. Давление насыщенного пара растворителя. Под давлением насыщенного пара вещества понимают давление его паров в отсутствие других газов, в частности воздуха. Относительное понижение давления пара над раствором равно:
,
где р0 - давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем; р - давление насыщенного пара растворителя над раствором; Nв - мольная доля растворенного вещества. Это уравнение является математической формулировкой закона Рауля: «относительное понижение давления насыщенного пара над раствором равно мольной доле растворенного вещества». Явление понижения давления насыщенного пара над раствором вытекает из принципа Ле Шателье.
2. Осмотическое давление. Осмотическое давление - это такое давление, которое нужно приложить к раствору, отделенному от растворителя полупроницаемой перегородкой, чтобы наступило состояние равновесия. Процесс осмоса, в свою очередь, характеризуется самопроизвольным проникновением молекул растворителя через полупроницаемые перегородки.
В 1886 г. Вант-Гофф cформулировал закон (закон Вант-Гоффа), согласно которому «в разбавленном растворе растворенное вещество ведет себя подобно идеальному газу» и показал, что для растворов неэлектролитов невысоких концентраций осмотическое давление Рос равно:
Рос=С·R·Т=103·(m/M)·RT,
где
С= -
молярность, моль/м3;
R=8,31 Дж/(моль·К) - универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура раствора, К.
Для растворов электролитов величина Рос составляет:
Рос=i·С·R·Т,
где i - изотонический коэффициент, показывающий, во сколько раз осмотическое давление данного раствора выше нормального. Для каждого раствора этот коэффициент определяется экспериментально.
3. Понижение температуры замерзания раствора (криоскопия). Из всех коллигативных свойств чаще других используются криоскопические измерения ввиду простоты и высокой точности измерения температуры замерзания. Последняя обычно измеряется с помощью специальных метастатических ртутных термометров (термометров Бекмана) с ценой деления 0.01 К. Такие термометры имеют шкалу только на 5 К, но снабжены дополнительным резервуаром для ртути, позволяющим настроить его на любые абсолютные температуры от 260 до 380 К.
Понижение температуры замерзания можно найти как:
tзам=i·К·m,
где m - моляльность; К - криоскопическая константа, зависящая только от природы растворителя и не зависящая от природы растворенного вещества. Для воды К=1.86, для бензола К=5,07.
4. Повышение температуры кипения раствора (эбуллиоскопия). Помимо криоскопического метода в химии применяется эбуллиоскопический метод, основанный на измерении температуры кипения растворов.
Повышение температуры кипения можно найти как:
tкип=i·Е·m,
где m - моляльность;
Е - эбуллиоскопическая константа, зависящая только от природы растворителя и не зависящая от природы растворенного вещества. Для воды
Е=0.52, для бензола Е=2,6.
Оба рассмотренные методы позволяют определять молекулярные массы веществ.
Лекции 16, 17. Основы химии промышленных взрывчатых веществ
Взрывчатыми веществами (ВВ) называют химические соединения или их смеси, которые способны к быстрой химической реакции, сопровождающейся выделением большого количества тепла и образованием газов. Реакция распространяется по заряду за счет передачи энергии от слоя к слою с помощью процессов тепломассообмена (горение) либо ударной волны (детонация). Скорость горения различных ВВ изменяется в пределах 10-4-102 м/с, скорость детонации - 103-104 м/с.
В взрывном деле и военной технике широко используют твердые и жидкие (конденсированные), а также водонаполненные ВВ, преимущество которых состоит в существенной концентрации энергии в единице объёма. При взрыве помимо высоких скоростей процесса достигается огромная мощность (например, 1кг гексогена, занимающий объём 0,6 л, выделяет при взрыве 5,4 МДж за 10-5 с или 500 ГВт - т.е. в десятки раз больше, нежели мощность крупнейшей электростанции). Газы при взрыве не успевают выйти за пределы объёма, занимаемого ВВ, их температура достигает нескольких тысяч градусов, а давление 10 ГПа. Резко расширяясь, сжатый газ наносит взрывной удар по окружающей среде.
Все ВВ классифицируют: а) по области применения (рис.2); б) по химической природе (составу) (рис.3); в) по степени безопасности и санитарии (рис.1), а также по другим характеристикам.
2
Рис.1 Классификация ВВ по степени безопасности и санитарии
2
Рис.2 Классификация ВВ по области применения
2
Рис.3 Классификация ВВ по химическому составу (природе)
Инициирующие ВВ легко взрываются от простых видов внешнего воздействия (пламени, трения, искры) и способны приводить к детонации бризантных ВВ. К важнейшим инициирующим ВВ относят гремучую ртуть Hg(CNO)2, азид свинца Pb(N3)2, тринитрорезорцинат свинца С6НPbO2(NO2)3·Н2О, тетразен C2Н8ОN10.
Бризантные ВВ являются вторичными ВВ, т.к. для их детонации необходим взрыв какого-либо инициирующего (первичного) ВВ. Без взрывателя не детонируют, а после воспламенения сгорают даже без доступа воздуха. Примеры: нитроглицерин C3H5(ONO2)3, нитродигликоль C4H8О(ONO2)2, ксилил C8H7(NО2)3, пикриновая кислота C6H2(NО2)3OH.
Фугасные или метательные ВВ (пороха) применяются для дробления пород на крупные куски и блоки, перемещения больших объёмов без дробления, сообщения пуле или снаряду движения в канале ствола оружия, а также в качестве топлива реактивных твердотопливных снарядов и ракет и для передачи огневого импульса в огнепроводных (бикфордовых шнурах). Примеры: механические смеси - дымный или чёрный порох (состав: 70-80% KNO3, 10-15% С и 10-15% S); коллоидные пороха - пироксилин C24H29N11O42.
Пиротехнические смеси - применяют для изготовления осветительных, трассирующих, сигнальных, дымовых, зажигательных и воспламенительных составов. Это механические смеси из окислителей и горючих веществ с добавками, сообщающими составам специальные свойства: окрашивание пламени, образование цветного дыма, воспламенение горючих объектов, уменьшение чувствительности смесей (флегматизаторы), скрепление частиц при прессовании (цементаторы) и т.д.
Индивидуальные ВВ подразделяют на следующие классы:
2
Рис.4. Основные классы индивидуальных ВВ.
Расчет кислородного баланса ВВ
Кислородным балансом (КБ) называется выраженное в процентах отношение массы свободного кислорода, остающегося после окисления всего углерода, содержащегося в ВВ, в углекислый газ СО2, всего водорода в H2O, всех металлов в высшие оксиды к массе взятого ВВ. Азот при этом должен оставаться свободным в виде N2.
Вещества с положительным КБ (селитра, нитроглицерин), т.е. окислители, для увеличения мощности ВВ необходимо смешивать с соединениями, имеющими отрицательный кислородный баланс, или с горючими, в которых не содержится кислорода.
При отрицательном кислородном балансе в результате взрыва могут образоваться ядовитые газы (СО), сажа (С), а при положительном - ядовитые оксиды азота. Поэтому в промышленности стремятся использовать ВВ такого состава, чтобы их кислородный баланс приближался к нулю. Кислород ВВ в этом случае расходуется таким образом, что в первую очередь он идёт на окисление металлов, водорода, серы в диоксид, углерода первостепенно в оксид, далее в диоксид.
Кислородный баланс индивидуальных взрывчатых веществ можно вычислить по их химическим формулам. Если индивидуальное ВВ содержит атомы кислорода, водорода и азота и его химический состав описывается формулой CaHbNcOd , то его кислородный баланс вычисляется по формуле:
,
где 2a - число атомов кислорода в СО2 , b/2 - число атомов кислорода в H2O, а знаменатель - это масса моля ВВ, г/моль.
Для смесевых ВВ вычисление КБ производится, исходя из процентного содержания компонентов смеси и по ее условной химической формуле, или по величине кислородного баланса каждого компонента, приводимого в справочниках.
В том случае, если помимо атомов водорода, кислорода, углерода и азота в состав ВВ входит алюминий и его химический состав выражается условной формулой CaHbNcOdAll , кислородный баланс ВВ вычисляют по формуле:
,
в которой 3/2 l - число атомов кислорода в Al2O3.
Кислородный баланс смесевых ВВ на практике чаще вычисляют, относя к одному килограмму смеси. В этом случае расчетная формула имеет вид:
.
В случае, когда известны величина кислородного баланса и массовое содержание (i) каждого компонента смесевого ВВ, формула для расчета кислородного баланса примет вид:
КБ = (КБi I).
Расчет тепловых эффектов реакций взрыва
Расчет теплового эффекта реакций взрыва производят на основе первого начала (закона) термодинамики и закона Гесса. Согласно первому началу термодинамики вся теплота, сообщенная системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы, а также на совершение работы системой:
Q=U+А или Q=dU+А
Где U - внутренняя энергия; А - работа.
Для случая изобарного процесса (при постоянстве давления Р=const) это уравнение, определяющее тепловой эффект реакции взрыва QP, примет вид:
QP=dU+PdV=d(U+PV) или QP=dН
где величина Н=U+PV называется энтальпией. Энтальпия является функцией состояния системы и определяется ее параметрами.
В случае изохорного процесса (при постоянстве объёма V=const) тепловой эффект реакции взрыва равен
Qv=dU или Qv=U(298)=Н(298)-n·R·298
где n - сумма стехиометрических коэффициентов при газовых компонентах в уравнении реакции взрыва; R=8,31 Дж/(моль·К) - универсальная газовая постоянная.
Для реакций, протекающих в изотермических условиях (при постоянстве температуры Т=const), тепловой эффект вычисляют в соответствии с законом Гесса
rH0298=[nкон(fH0298)кон-nисх(fH0298)исх]
где: fН0298 - стандартные энтальпии образования исходных и конечных веществ, т.е. энтальпии реакции образования 1 моль этих веществ из простых веществ, взятые в форме, устойчивой при нормальных условиях (Р0=101,3 кПа; Т0=298К). Размерность их следующая: кДж/моль или ккал/моль (в более поздней литературе). Эти величины приводятся в справочниках физико-химических величин (см. приложение); n - стехиометрические коэффициенты в реакции.
В настоящее время помимо термодинамической системы знаков существует термохимическая система знаков теплоты и работы. Согласно последней тепловой эффект Q противоположен по знаку изменению энтальпий реакции rH0298:
Q= -rH0298, кДж/моль или Q= -rH0298·n, кДж
где n - число молей вещества. Таким образом, если величина rH0298<0, то реакция протекает с тепловыделением (+Q, -H), и, наоборот, в случае, когда rH0298>0, реакция протекает с теплопоглощением (-Q, +H).
Рекомендуемый библиографический список
1. Дибров И.А. Неорганическая химия. СПб.: Изд. «Лань», 2001 Имеются в наличии в библиотеке СПГГИ (ТУ)..
2. Дибров И.А. Химия промышленных взрывчатых веществ. Учебное пособие. Л., Изд. Горного института, 1989 *.
3. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1987 .
4. Липин А.Б., Девяткин П.Н. Расчеты кислородных балансов и тепловых эффектов химических реакций. Метод. указания и контрольные задания. Изд. СПГГИ (ТУ), 2003 *.
5. Ахметов Н.С. Неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1998.
6. Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. СПб.: Химия, 1995.
7. Дубнов А.В., Бахаревич Н.С. Промышленные взрывчатые вещества. М.: Недра, 1988.
8. Горст А.Г. Пороха и взрывчатые вещества. М.: Машиностроение, 1972.
9. Горст А.Г. Химия и технология промышленных взрывчатых веществ. М.: Оборониздат, 1957.
10. Акопян А.А. Химическая термодинамика. М.: Высшая школа, 1963.
11. Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. М.: Оборонгиз, 1960.
12. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред.К.П. Мищенко А.А. Ревделя. Л.: Химия, 1983 *.
Подобные документы
Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева как основа современной химии. Исследования, открытия, изыскания ученого, их влияние на развитие химии и других наук. Периодическая система химических элементов и ее роль.
реферат [38,8 K], добавлен 03.03.2010Основные понятия и законы химии. Классификация неорганических веществ. Периодический закон и Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Основы термодинамических расчетов. Катализ химических реакций. Способы выражения концентрации растворов.
курс лекций [333,8 K], добавлен 24.06.2015Изучение периодического закона и периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева как основы современной химии, которые относятся к научным закономерностям, отражают явления, реально существующие в природе. Основные сведения строения атомов.
реферат [28,9 K], добавлен 18.01.2011Законы атомно-молекулярной теории. Стехиометрические соотношения, газовые смеси. Решение стандартных и сложных многовариантных задач; вывод формул химических соединений. Расчет природного минерала, вещества в жидкости, в твердой смеси; концентрация.
учебное пособие [369,9 K], добавлен 18.01.2012Стехиометрия – раздел химии, изучающий количественные соотношения в химических процессах; основные законы, открытые в XVIII–XIX вв., - отправная точка для создания теории строения вещества; сущность и содержание законов, их современная формулировка.
презентация [42,5 K], добавлен 11.10.2011Истоки и развитие химии, ее связь с религией и алхимией. Важнейшие особенности современной химии. Основные структурные уровни химии и ее разделы. Основные принципы и законы химии. Химическая связь и химическая кинетика. Учение о химических процессах.
реферат [25,9 K], добавлен 30.10.2009Основные классы неорганических соединений. Распространенность химических элементов. Общие закономерности химии s-элементов I, II и III групп периодической системы Д.И. Менделеева: физические, химические свойства, способы получения, биологическая роль.
учебное пособие [3,8 M], добавлен 03.02.2011Человек как система, где происходят различные химические превращения. Экзотермическая реакция окисления органических веществ при высокой температуре (горение дров) – первая использованная человеком химическая реакция. Основные понятия и законы химии.
лекция [30,9 K], добавлен 09.03.2009Зарождение химии в Древнем Египте. Учение Аристотеля об атомах как идейная основа эпохи алхимии. Развитие химии на Руси. Вклад Ломоносова, Бутлерова и Менделеева в развитие этой науки. Периодический закон химических элементов как стройная научная теория.
презентация [1,8 M], добавлен 04.10.2013Основные этапы развития химии. Алхимия как феномен средневековой культуры. Возникновение и развитие научной химии. Истоки химии. Лавуазье: революция в химии. Победа атомно-молекулярного учения. Зарождение современной химии и ее проблемы в XXI веке.
реферат [24,8 K], добавлен 20.11.2006
