წონასწორობის მუდმივის მნიშვნელობა დაკავშირებულია მთავარ თერმოდინამიკურ ფუნქციებთან ( , , ) შემდეგნაირად:

სად არის გიბსის ენერგიის ცვლილება, არის უნივერსალური აირის მუდმივი, არის ტემპერატურა და არის წონასწორობის მუდმივი.

განტოლებას (45) ეწოდება ქიმიური რეაქციის იზოთერმული განტოლება წონასწორობის მდგომარეობისთვის.

ამის გათვალისწინებით შეგვიძლია დავწეროთ:

მიმართებები (45) და (46) შესაძლებელს ხდის პირდაპირ იდენტიფიცირება როგორც ენთალპიის ფაქტორის, ასევე ენტროპიის გავლენის შექცევადი ქიმიური რეაქციების წონასწორობის მუდმივზე.

ქიმიური წონასწორობის ცვლილება. ლე შატელიეს პრინციპი

პირობების ცვლილება (ტემპერატურა, წნევა, კონცენტრაცია), რომლებშიც სისტემა იმყოფება ქიმიურ წონასწორობაში, იწვევს დისბალანსს წინა და საპირისპირო რეაქციების სიჩქარის არათანაბარი ცვლილების შედეგად. დროთა განმავლობაში სისტემაში მყარდება ახალი ქიმიური წონასწორობა, რომელიც შეესაბამება ახალ პირობებს. ერთი წონასწორული მდგომარეობიდან მეორეზე გადასვლას წონასწორული პოზიციის ცვლა ან გადაადგილება ეწოდება.

გარე პირობების ცვლილების შედეგად ქიმიური წონასწორობის პოზიციის გადაადგილების მიმართულება განისაზღვრება ლე შატელიეს პრინციპით:

თუ წონასწორობის მდგომარეობაში მყოფ სისტემაზე მოქმედებს გარეგანი გავლენა (ტემპერატურის, წნევის, კონცენტრაციის ცვლილება), მაშინ წონასწორობა გადადის პროცესისკენ, რომელიც ამცირებს ამ გავლენას.

1. ტემპერატურის გავლენა წონასწორობის მდგომარეობაზეგანისაზღვრება თერმული ეფექტის ნიშნით:

ზე გაზრდატემპერატურა (გათბობა), შექცევადი რეაქციის წონასწორობა გადადის მიმართ ენდოთერმულირეაქციები; ზე შემცირებატემპერატურა (გაციება), შექცევადი რეაქციის წონასწორობა გადადის მიმართ ეგზოთერმულირეაქციები.

მაგალითად, რეაქციისთვის

ტემპერატურის მატებასთან ერთად წონასწორობა გადადის საპირისპირო რეაქციისკენ - ენდოთერმული, რომელიც ხდება სითბოს შეწოვით.

2. ზეწოლის გავლენა წონასწორობის მდგომარეობაზეგანისაზღვრება რეაქციის დროს აირისებრი ნივთიერებების მოლების მოცულობის ან რაოდენობის ცვლილებით:

მაგალითად,

3. რეაგენტების კონცენტრაციის გავლენა წონასწორობის მდგომარეობაზე:

როდესაც ნივთიერების კონცენტრაცია იზრდება (მისი დამატებით), შექცევადი რეაქციის წონასწორობა გადადის იმ რეაქციისკენ, რომელშიც ეს ნივთიერება რეაგირებს, ანუ მოიხმარება. როდესაც ნივთიერების კონცენტრაცია მცირდება, შექცევადი რეაქციის წონასწორობა გადადის იმ რეაქციისკენ, რომლითაც წარმოიქმნება ეს ნივთიერება.

მაგალითად, შექცევადი რეაქციისთვის საწყისი ნივთიერებების ( ან ) კონცენტრაციის მატება წონასწორობას მარჯვნივ, ე.ი. რეაქციის პროდუქტების მიმართ და როცა ამ ნივთიერებების კონცენტრაცია მცირდება - მარცხნივ, ე.ი. საწყისი ნივთიერებების წარმოქმნისკენ. რეაქციის პროდუქტის () კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, წონასწორობა გადადის მარცხნივ, ხოლო კონცენტრაციის შემცირებისას ის მარჯვნივ გადადის.

ფაზის წონასწორობა

ჰეტეროგენული წონასწორობა, რომელიც დაკავშირებულია ნივთიერების ერთი ფაზიდან მეორეში ცვლილების გარეშე გადასვლასთან ქიმიური შემადგენლობა ეძახიან ფაზა.

ჰეტეროგენული წონასწორობის ერთ-ერთი ყველაზე ზოგადი კანონი (ფაზების ჩათვლით) არის გიბსის ფაზის წესი(1876):

წონასწორობის მრავალფაზიან სისტემაში, თავისუფლების გრადუსების რაოდენობა (C) უდრის სისტემის დამოუკიდებელი კომპონენტების რაოდენობას (K) გამოკლებული ფაზების რაოდენობას (F), პლუს 2, სადაც ორი არის რიცხვი. გარე ფაქტორები(p და T):

(48)

კომპონენტი– ქიმიურად ერთგვაროვანი ნივთიერება, რომელიც სისტემის დამოუკიდებელი კომპონენტია, შეიძლება იზოლირებული იყოს სისტემიდან და იზოლირებულად არსებობდეს ნებისმიერ დროს.

მაგალითად, კალიუმის ქლორიდის ხსნარისთვის (KCl) კომპონენტების რაოდენობაა 2.

დამოუკიდებელ კომპონენტებად შერჩეული ის ნივთიერებებია ყველაზე პატარა რიცხვირომლებიც საკმარისია როგორც მთელი სისტემის, ისე მისი რომელიმე ფაზის ფორმირებისთვის.

მაგალითად, სამი კომპონენტისგან შემდგარი ნივთიერების წონასწორობის სისტემის შესაქმნელად და ფაზების განსაზღვრისას საკმარისია ნებისმიერი ორი ნივთიერების აღება, რადგან მესამე მიიღება რეაქციის შედეგად:

აქედან გამომდინარე, დამოუკიდებელი კომპონენტების რაოდენობა ამ შემთხვევაშიუდრის ორს.

ფაზა- სისტემის ნაწილი, რომელიც გამოყოფილია მისი სხვა ნაწილებისგან ინტერფეისით, რომლის გავლითაც თვისებები მკვეთრად იცვლება.

მაგალითად, წონასწორობის სისტემაში (49) განტოლებით, ფაზების რაოდენობა არის 2.

თავისუფლების ხარისხი- პირობების რაოდენობა (T, p, C), რომელიც შეიძლება შეიცვალოს თვითნებურად გარკვეული საზღვრებში ფაზების რაოდენობის ან ტიპის შეცვლის გარეშე.

ჰეტეროგენული მრავალფაზიანი სისტემები შეიძლება კლასიფიცირდეს:

განვიხილოთ წონასწორული ჰეტეროგენული სისტემა:

ჰეტეროგენული სისტემების წონასწორობის მდგომარეობის გეომეტრიულად გამოსახვისთვის გამოიყენება ფაზური დიაგრამები.

სისტემის აღწერის მდგომარეობის დიაგრამა (50) წარმოდგენილია სურათზე 3.

ბრინჯი. 3. წყლის მდგომარეობის დიაგრამა

თითოეული ფაზა (თხევადი, მყარი, აირისებრი) შეესაბამება დიაგრამის გარკვეულ ველს, რომელიც შემოიფარგლება სხვა ფაზებისგან ამ ორ ფაზას შორის წონასწორობის დამახასიათებელი ხაზით. ).

OA მრუდი - შეესაბამება წონასწორობას ყინულ-ორთქლის სისტემაში (სუბლიმაციის მრუდი);

OS მრუდი – წონასწორობა წყალ-ორთქლის სისტემაში (აორთქლების მრუდი);

OB მრუდი – წონასწორობა ყინულ-წყლის სისტემაში (დნობის მრუდი).

ამიტომ, თითოეული მრუდი ეხება ორფაზიან სისტემას. ასეთი სისტემები მონოვარიანტულია ( ).

მაგალითად, OC მრუდი არის გაჯერებული ორთქლის წნევის მრუდი თხევად წყალზე. ეს მრუდი გვიჩვენებს, რომ თითოეული ტემპერატურა შეესაბამება ერთ კონკრეტულ ორთქლის წნევას და, პირიქით, თითოეული წნევა შეესაბამება სპეციფიკურ ტემპერატურას, რომელშიც წყალი და ორთქლი წონასწორობაშია. ამრიგად, 100˚C ტემპერატურაზე (ნახ. 3), ორივე ფაზა წონასწორობაშია ერთმანეთთან მხოლოდ მაშინ, როდესაც წყლის ორთქლის წნევა არის 101,3∙10 5 Pa. ორთქლის წნევის შეცვლა იმავე ტემპერატურაზე გამოიწვევს ერთფაზიან სისტემას.

O წერტილში სამივე მრუდი, რომელიც ახასიათებს წონასწორობას ამ ორფაზიან სისტემებში, იკვეთება. ეს წერტილი შეესაბამება წონასწორობას სამივე ფაზას შორის: ყინული-წყალი-ორთქლი და ე.წ. სამმაგი წერტილი.

ფაზის წესის მიხედვით (48), სამმაგ წერტილში თავისუფლების გრადუსების რაოდენობა არის ნული (). ამ სისტემაში წონასწორობა შესაძლებელია მხოლოდ მკაცრად განსაზღვრულ პირობებში (, °C).

ფაზის წესი ეხმარება კომპლექსის ანალიზს ქიმიური პროცესები, გვხვდება ჰეტეროგენულ სისტემებში.

ნაწილი 3. გადაწყვეტილებები.

ქიმიის 37-ე საერთაშორისო ოლიმპიადა სკოლის მოსწავლეებისთვის

კიდევ ერთი გამარჯვება რუსი სკოლის მოსწავლეებისთვის

ქიმიური ოლიმპიადების სამყაროში ლეგენდარული სახელი გამოჩნდა - ალექსეი ზეიფმანი. ვოლოგდაელმა სკოლის მოსწავლემ უნიკალური შედეგი მიაღწია - ზედიზედ მეორე წელია გაიმარჯვა საერთაშორისო ოლიმპიადაქიმიაში, აბსოლუტური პირველი ადგილის დაკავება. ეს არასოდეს მომხდარა საერთაშორისო საგნობრივი ოლიმპიადების ისტორიაში და ნაკლებად სავარაუდოა, რომ მომავალში ვინმემ შეძლოს ამ შედეგის გამეორება - ამ შეჯიბრებებზე კონკურენცია ძალიან მაღალია.

ტაივანის დედაქალაქ ტაიპეიში ქიმიის 37-ე საერთაშორისო ოლიმპიადა სკოლის მოსწავლეებისთვის გაიმართა. ალექსეი ზეიფმანის გარდა ოქროს მედალი კურგანელმა ვიტალი აბდრაშიტოვმა მოიპოვა. რუსეთის ნაკრების კიდევ ორმა წევრმა - ალექსეი ბუტენკომ (კრასნოიარსკი) და მაქსიმ ზიმალიევმა (ყაზანი) ვერცხლის მედლები მოიპოვეს. არაოფიციალურ გუნდურ შეჯიბრში რუსეთი მეოთხე ადგილზე გავიდა, ხოლო პირველი ადგილი კორეის ნაკრებმა დაიკავა, რომელმაც ოთხი ოქროს მედალი მოიპოვა.

ოლიმპიადა, როგორც ყოველთვის, შედგებოდა ორი რაუნდისაგან - თეორიული და ექსპერიმენტული. თითოეულ რაუნდს ეთმობოდა 5 საათი. თეორიული რაუნდი შედგებოდა რვა ამოცანისგან, რომლებიც ძირითადად თანამედროვე ქიმიის გამოყენებით ასპექტებს ეძღვნებოდა. ექსპერიმენტულ რაუნდში მხოლოდ ორი ამოცანა იყო: ორგანული სინთეზი (ფენილგლიცინის რაცემატის მომზადება და მისი გამოყოფა) და თვისებრივი ანალიზი. პირველად ქბოლო წლებში

ჩვენი გუნდის ყველა წევრმა დამაჯერებლად დაასრულა ორივე ექსპერიმენტი და დააგროვა 33 ქულა 40-დან. გაძლიერებულმა ექსპერიმენტულმა მომზადებამ საწვრთნელ ბანაკში იმოქმედა. წელს სამეცნიერო პროგრამა საკმაოდ მარტივი იყო. ყველაზე მეტადსაინტერესო თემები სასწავლო კომპლექტში გამოცხადებული, მაგალითად, ორგანული მოლეკულების კვანტური მოდელები და ქრომატოგრაფია, არ იყო ოლიმპიადის პროგრამაში შეტანილი. მიუხედავად ამისა, ზოგიერთმა პრობლემამ საინტერესო კითხვები გააჩინა. ქვემოთ განვიხილავთ (ოდნავ შემოკლებით) ყველაზე მეტსსაინტერესო ამოცანები

თეორიული ტური.

ამოცანა 3. ორგანული ფოტოქიმია

და ფოტოფიზიკა ეს საკმაოდ ლამაზი პრობლემაა, რომელიც აჩვენებს კავშირს ორგანული ნივთიერებების სტრუქტურასა და მათ ფლუორესცენტურ თვისებებს შორის. სამწუხაროდ, კითხვების უმეტესობა ფორმულირებულია ტესტების სახით. პრობლემის პირველი ნაწილი ეძღვნება ფოტოქიმიური სენსორის სინთეზს - ნივთიერება, რომლის მოლეკულა შედგება ორი ნაწილისგან - ქრომოფორი, რომელიც პასუხისმგებელია ფლუორესცენციაზე და გვირგვინის ეთერი, რომელიც შერჩევით აკავშირებს იონებს..

ტუტე ლითონები

გვირგვინის ეთერების კომპლექსური უნარი ტუტე ლითონის იონებთან მიმართებაში დამოკიდებულია ღრუს ზომაზე. ამრიგად, აზაკროუნის ეთერებს A და B აქვთ სტაბილურობის განსხვავებული მუდმივები Na +, K + და Cs + იონებით (იხ. ცხრილი).	ლითონის იონი	რადიუსი, სთ
		log K (სტაბილურობის მუდმივები)	ნაერთი A
კავშირი B	98	2,49	3,57
Na+	133	1,83	5,00
K+	165	1,37	3,39

Cs+

3.1.ფლუორესცენტური სენსორი E მიიღეს აზაკროუნის ეთერის, შერჩევითი ტუტე ლითონის იონებისა და ანტრაცენის, რომელსაც აქვს ძლიერი ფლუორესცენცია, ერთ მოლეკულაში შერწყმით.დახაზეთ ნაერთების სტრუქტურული ფორმულები Cდა დ, ასოებით მითითებული ნაერთის სინთეზისთვის მოცემულ სქემაში

E:

3.2.სხვა ანტრაცენის წარმოებულები, F და G, ასევე სინთეზირებულია ნაერთები E, F და G თითქმის არ ფლუორესცირდება ნეიტრალურ გარემოში ფლუორესცენციის ჩაქრობის გამო. ჩაქრობა გამოწვეულია აზოტის ატომის მარტოხელა ელექტრონული წყვილის ერთ-ერთი ელექტრონის ინტენსიური ფოტოინდუცირებული გადაცემით აღგზნებული ქრომოფორის (ანტრაცენი) ელექტრონულ სისტემაში.რომელი ნაერთები გამოავლენენ ინტენსიურ ფლუორესცენციას წყალხსნარის დამატების შემდეგ? ?

HCl ა) არცერთი კავშირი; ბ) მხოლოდ ედა ;

გ) მხოლოდ G ; დ) ყველა ნივთიერება.

3.3. ნივთიერებების ხსნარების გასაზავებლადე, ფ დაგ მეთანოლში (10-5 მ) დაემატა კალიუმის აცეტატის ექვივალენტური რაოდენობა. რომელი ნივთიერებისთვის იქნება ფლუორესცენციის ინტენსივობა მაქსიმალური ამის შემდეგ?

3.4. ნივთიერების განზავებულ ხსნარამდეფ დაემატა ექვივალენტური რაოდენობის ტუტე ლითონის აცეტატი. რომელი აცეტატის დამატების შემდეგ ფლუორესცენციის ინტენსივობა იქნება მაქსიმალური?

ა) ნატრიუმის აცეტატი; ბ) კალიუმის აცეტატი;

გ) ცეზიუმის აცეტატი; დ) ყველა ლითონის აცეტატი წარმოქმნის ერთსა და იმავე ფლუორესცენციას.

ბოლო ორი შეკითხვა დაკავშირებულია კონიუგირებული ორმაგი ბმების რაოდენობის გავლენას ნივთიერების ფოტოქიმიურ თვისებებზე.

საყურადღებოა დიჰიდროაზულენის წარმოებული J-ის ფოტოქიმიური ქცევა დასხივებისას, უფერო ნივთიერება J განიცდის გადაწყობას K ნაერთად. როცა ნაერთი K თბება, პროცესი საპირისპირო მიმართულებით მიმდინარეობს:

3.5.ორი კავშირიდან რომელი -ჯ ანკ - შთანთქავს უფრო გრძელი ტალღის სიგრძის სინათლეს?

3.6. ნაერთიკ რეაგირებს ექვივალენტური რაოდენობით CF 3 COOH სტაბილური არომატული მარილის წარმოქმნით.კ რომელი ნახშირბადის ატომის პროტონაცია მოლეკულაში

დიდი ალბათობით? ა) C-2;ბ) C-3;გ) C-4;დ)

C-5.

გადაწყვეტა

3.1. როდესაც ალდეჰიდი მცირდება ნატრიუმის ბოროჰიდრიდთან ერთად, წარმოიქმნება ალკოჰოლი, რომელიც PCl 5-ის გავლენით გარდაიქმნება მონოქლორიდში: სინთეზის სხვა ფილიალში, OH ჯგუფი ჩანაცვლებულია Cl-ით CH 3 C 6 H 4 SO 2 Cl პირიდინში მოქმედებით, შემდეგ კი ციკლი იხურება ორივე მხრიდან კონდენსაციის გზით დიჰიდრიული ალკოჰოლით HO(CH 2) 2 NH(CH 2) 2 OH ძლიერი ფუძის არსებობისასტ

-ბუოკ:

C და D ნივთიერებების კონდენსირებით კალიუმის კარბონატის თანდასწრებით, რომელიც აკავშირებს გამოთავისუფლებულ HCl-ს, მიიღება სენსორი E. 1 ამ სენსორის ფლუორესცენტური უნარი დამოკიდებულია აზოტის ატომზე მარტოხელა ელექტრონული წყვილის არსებობაზე, რაც იწვევს ფლუორესცენციის ჩაქრობას. ჩაქრობა გამოწვეულია ფოტოინდუცირებული ელექტრონის გადაცემით (PET), რაც ილუსტრირებულია შემდეგი მოლეკულური ორბიტალური დიაგრამით. შესაფერისი ტალღის სიგრძის შუქით დასხივებისას (ნაბიჯი ) ელექტრონი ქრომოფორის (მდგომარეობით) უმაღლესი დაკავებული მოლეკულური ორბიტალიდან (HOMO)ა ) მიდის ყველაზე დაბალ ვაკანტურ მოლეკულურ ორბიტალში (LUMO) (მდგომარეობა).

ბ 2 ფლუორესცენცია ხდება მაშინ, როდესაც ელექტრონი აღგზნებული მდგომარეობიდან თავდაპირველ მდგომარეობაში გადადის. მეზობელი აზოტის ატომის თანდასწრებით, ამ ატომის მარტოხელა წყვილის ელექტრონი გადადის ქრომოფორის HOMO-ში (საფეხური), რადგან 3 ).

ქრომოფორის აღგზნებულ ელექტრონს უბრალოდ დასაბრუნებელი არსად აქვს. თუ აზოტის ატომის ელექტრონების მარტოხელა წყვილი მონაწილეობს კომპლექსის წარმოქმნაში ან ურთიერთქმედებს წყალბადის იონებთან, მაშინ ელექტრონის გადაცემა არ მოხდება და ქრომოფორს კვლავ შეუძლია ფლუორესცენცია (ნაბიჯი

3.2. სქემა

3.3. სამივე ნაერთი - E, F და G - ურთიერთქმედებს HCl-ის წყალხსნართან, რის შედეგადაც აზოტის ატომის ელექტრონების მარტოხელა წყვილი მონაწილეობს წყალბადის იონთან კავშირის ფორმირებაში და კარგავს ფლუორესცენციის ჩაქრობის უნარს. .

3.4. ამრიგად, სამივე ნივთიერება ავლენს ინტენსიურ ფლუორესცენციას HCl-თან რეაქციის შემდეგ.

3.5. ცხრილიდან გამომდინარეობს, რომ ყველაზე სტაბილური კომპლექსი K + იონთან ქმნის ციკლს ჟანგბადის ხუთი ატომით. შესაბამისად, E ნივთიერებაში აზოტის ატომის ელექტრონული წყვილი მონაწილეობას მიიღებს კომპლექსის წარმოქმნაში და ვერ შეძლებს ფლუორესცენციის ჩაქრობას. ნივთიერება E გამოავლენს უძლიერეს ფლუორესცენციას. ნაერთი F, ისევე როგორც A, შეიცავს გვირგვინის ეთერის რგოლს ოთხი ჟანგბადის ატომით.ეს ციკლი პასუხისმგებელია ტუტე ლითონის იონებთან კომპლექსურობაზე. ცხრილიდან ირკვევა, რომ ნაერთი A ყველაზე ძლიერად უკავშირდება ნატრიუმის იონებს. იგივე შეიძლება მოსალოდნელი იყოს F ნაერთისგან, ამიტომ ნაერთი F გამოავლენს უძლიერეს ფლუორესცენციას ნატრიუმის აცეტატის დამატების შემდეგ.

3.6. ნაერთი J შეიცავს სამ კონიუგირებულ ორმაგ ბმას, ხოლო ნაერთი K შეიცავს ოთხს. რაც უფრო მეტია კონიუგირებული ორმაგი ბმები, მით უფრო სტაბილურია

p- ელექტრონული სისტემა.

3.2 და რაც უფრო მცირეა სხვაობა აღგზნებულ და ძირეულ მდგომარეობათა ენერგიას შორის. 3.3 უფრო მცირე ენერგეტიკული სხვაობა შეესაბამება უფრო დიდ ტალღის სიგრძეს. ამრიგად, K ნივთიერება შთანთქავს უფრო გრძელი ტალღის სიგრძის სინათლეს. 3.4 CF 3 COOH არის ძლიერი მჟავა. როდესაც ის ურთიერთქმედებს K ნაერთთან, C-3 ნახშირბადის ატომის პროტონაცია დიდი ალბათობით, რადგან ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება არომატული კატიონი - შვიდწევრიანი რგოლი:

3.5 პასუხები 3.6 – დ;

– ნივთიერება E;

– ა; – ნივთიერება K;

– ბ.

ამოცანა 4. აზიის ოქროს დედაქალაქი

ა. პრობლემის პირველი ნაწილი ეძღვნება ოქროს დაშლის რეაქციებს და კომპლექსების წარმოქმნას, სადაც ოქრო ცენტრალური ატომის როლს ასრულებს. ჩრდილო-აღმოსავლეთ ტაივანის ქალაქ ჩიუფენს აზიის ოქროს დედაქალაქს უწოდებენ: ძველად იქ მდებარეობდა ყველაზე დიდი ოქროს საბადო.მადნიდან ოქროს მოპოვება ეფუძნება მის ურთიერთქმედებას ციანიდის ხსნარებთან ჰაერის თანდასწრებით: 4Au (სოლ.) + 8CN – (სოლ.) + O 2 (გ.) + 2H 2 O (ლ.) 4Au(CN) 2 – (სოლ.) + 4OH – (სოლ.). 4A.1.

ასახავს რა არის მასა (გრამებში) KCN საჭიროა მადნიდან 20 გ ოქროს სრულად ამოღება?

Aqua regia არის კონცენტრირებული ჰიდროქლორინის და აზოტის მჟავების ნაზავი მოცულობით 3:1 თანაფარდობით. იგი გამოიგონეს ალქიმიკოსებმა ოქროს დასაშლელად. ეს პროცესი არის რედოქს რეაქცია, რომელიც შეიძლება გამოიხატოს შემდეგი გამარტივებული დიაგრამით:

Au (სოლ.) + NO 3 – (სოლ.) + Cl – (სოლ.) AuCl 4 – (სოლ.) + NO 2 (გ.).

4A.3. ჩაწერეთ ამ პროცესის ჟანგვის და შემცირების ნახევარრეაქციის განტოლებები.

ამ განტოლებების საფუძველზე შექმენით სრული განტოლება აკვა რეგიაში ოქროს დაშლის პროცესისთვის. 4A.4.

რომელი ნივთიერება არის ჟანგვის აგენტი და რომელი შემცირების აგენტი ამ რეაქციაში?

ოქრო იხსნება აკვა რეგიაში რთული იონის AuCl 4 წარმოქმნის გამო -:

ეს ორი რედოქსის წყვილი შეიძლება გამოყენებულ იქნას გალვანური უჯრედის შესაქმნელად. 4A.5.გამოთვალეთ წონასწორობის მუდმივი K იონის წარმოქმნისთვის AuCl 4 -

25 °C ტემპერატურაზე: 4A.6. HClარის იონების წყარო Cl –არის იონების წყარო .

რა როლი აქვს ზემოთ მოყვანილ რეაქციაში?

ა) Cl – არის ჟანგვის აგენტი;

ბ) Cl – არის შემცირების აგენტი;

გ) Cl – არის ლიგანდი;

დ) Cl –არის კატალიზატორი., ბ.

პრობლემის მეორე ნაწილი უფრო საინტერესოა, ის იკვლევს ოქროს ნანონაწილაკების წარმოებას და სტრუქტურას. ეს უკანასკნელი ძალიან პერსპექტიული ობიექტია კვლევისთვის. პირველ რიგში, მათი თვისებები ძალიან განსხვავდება ნაყარი ლითონის ნიმუშების თვისებებისგან. ასე რომ, თუ ჩვეულებრივი ოქრო დიამაგნიტურია, ანუ ის საერთოდ არ ავლენს მაგნიტურ თვისებებს, მაშინ ოქროს ნანონაწილაკები ფერომაგნიტებივით იქცევიან. მეორეც, აღმოჩნდა, რომ ოქროს ნანონაწილაკების გამოყენება შესაძლებელია კიბოს დიაგნოსტიკისთვის, რადგან ისინი ბევრჯერ უფრო ადვილად უკავშირდებიან დაავადებულ უჯრედებს, ვიდრე ჯანმრთელებს. შეკრული ნანონაწილაკები კარგად იფანტება და შთანთქავს სინათლეს-ოქტილამონიუმი ტოლუენში. მიღებულ ნარევს ამუშავებენ დოდეკანეთიოლით და შემდეგ ემატება ჭარბი NaBH 4. ოქროს ნანონაწილაკების წარმოქმნას მოწმობს ნარევის ტოლუენის ფაზის მყისიერი მკაფიო ჩაბნელება. დაახლოებით 24 საათის შემდეგ, ტოლუენი ამოღებულია მბრუნავი აორთქლების გზით და მიღებული მყარი გარეცხილია ფილტრზე ეთანოლით და ჰექსანით ჭარბი თიოლის მოსაშორებლად.შედეგად მიღებული ოქროს ნანონაწილაკები შეიძლება განმეორებით იყოს იზოლირებული და ხელახლა დაშლა გამოყენებით

ორგანული გამხსნელები შეუქცევადი აგრეგაციისა და განადგურების გარეშე.

4B.1. არის თუ არა აღწერილი მეთოდი ოქროს ნანონაწილაკების მიღების დისპერსიით ან აგრეგაციის გზით?გამოთვალეთ წონასწორობის მუდმივი K იონის წარმოქმნისთვის 4B.2. ტრიმეთილ-ნ-ოქტილამონიუმის ბრომიდი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ინტერფეისის გადასატანად.

ის ატარებს

წყლის ფაზადან ორგანულ ფაზამდე.

ტრიმეთილ-ნ-ოქტილამონიუმის ბრომიდის რა თვისება ხდის მას ინტერფეისის გადასატანად?

ა) ნაწილაკების ერთი ბოლო დადებითად არის დამუხტული, მეორე კი უარყოფითად; ბ) ნაწილაკების ერთი ბოლო ჰიდროფილურია, მეორე კი ჰიდროფობიური;გ) ნაწილაკების ერთი ბოლო ავლენს მჟავე თვისებებს, ხოლო მეორე – ძირითადი. 4B.3.

რა როლი აქვს

NaBH 4

ზემოთ აღწერილ სინთეზში?

ა) არის შემცირების საშუალება;

ბ) არის ჟანგვის საშუალება;

გ) გასანეიტრალებლად საჭირო;

C-5.

დ) არის კომპლექსური აგენტი.

– .

ა) 10 2; ბ) 10 3; გ) 10 4; დ) 10 5 .ა) 20–30; ბ) 40–50; გ) 60–70; დ) 80–90.

4A.1. კომპლექსურ იონს Au(CN) 2 – აქვს წრფივი სტრუქტურა:

4A.2.

დავწეროთ რეაქციის განტოლება:

4Au + 8KCN + O 2 + 2H 2 O = 4K + 4KOH.(Au) = 20/197 = 0.10 მოლი;

(KCN) = (Au)8/4 = 0.20 მოლი;მ

(KCN) = 0.20 65 = 13 გ.

4A.3.

ნახევრად რეაქციის განტოლებები:ჯამური იონური განტოლება:

Au (სოლ.) + 3NO 3 – (სოლ.) + 4Cl – (სოლ.) + 6H + (სოლ.) = AuCl 4 – (სოლ.) + 3NO 2 (გ.) + 3H 2 O (და.) . 4A.4.

ჟანგვის აგენტი არის HNO 3, შემცირების აგენტი არის Au.

4A.5.

რეაქციისთვის Au 3+ (ხსნარი) + 4Cl – (ხსნარი) = AuCl 4 – (ხსნარი)

სტანდარტული EMF უდრის განსხვავებას შესაბამის ელექტროდის პოტენციალებში: ე° = 1,50 – 1,00 = 0,50 ვ.

კავშირი emf-სა და წონასწორობის მუდმივობას შორის° = – კრეაქციისთვის° = – გვხვდება რეაქციის სტანდარტული გიბის ენერგიის მეშვეობით:გ ე,

nF RTლნ სადნ – ელექტრონების რაოდენობა (ამ რეაქციაში 3);ფ = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;რ

ე- გაზის მუდმივი; კთ/გვხვდება რეაქციის სტანდარტული გიბის ენერგიის მეშვეობით:- აბსოლუტური ტემპერატურა. წონასწორობის მუდმივია:

25 °C ტემპერატურაზე:= ე

E° პირველ რიგში, მათი თვისებები ძალიან განსხვავდება ნაყარი ლითონის ნიმუშების თვისებებისგან. ასე რომ, თუ ჩვეულებრივი ოქრო დიამაგნიტურია, ანუ ის საერთოდ არ ავლენს მაგნიტურ თვისებებს, მაშინ ოქროს ნანონაწილაკები ფერომაგნიტებივით იქცევიან. მეორეც, აღმოჩნდა, რომ ოქროს ნანონაწილაკების გამოყენება შესაძლებელია კიბოს დიაგნოსტიკისთვის, რადგან ისინი ბევრჯერ უფრო ადვილად უკავშირდებიან დაავადებულ უჯრედებს, ვიდრე ჯანმრთელებს. შეკრული ნანონაწილაკები კარგად იფანტება და შთანთქავს სინათლეს-ოქტილამონიუმი + Br - ქმნის "ნანორეაქტორს" - კოლოიდურ ნაწილაკს (ინვერსიული მიცელი). ქლოროაურის მჟავა იხსნება ასეთ ნაწილაკებში და მათ შიგნით ოქრო მცირდება ატომურ მდგომარეობამდე, ხოლო ოქროს ატომების აგრეგაცია ნანონაწილაკებად ხდება ამავე დროს. დოდეკანეთიოლის მოლეკულები C 12 H 25 SH ქმნიან კოვალენტურ კავშირებს ნანონაწილაკებთან და ნანონაწილაკების ზედაპირიდან მიმართული ნახშირწყალბადის ჯაჭვები იცავს მათ შემდგომი გაფართოებისგან.

4B.1.დისპერსია არის მცირე ნაწილაკების წარმოება დიდი ნაწილაკებისგან, აგრეგაცია საპირისპირო პროცესია. ამ შემთხვევაში ნანონაწილაკები წარმოიქმნება ცალკეული ოქროს ატომებისგან, რაც ნიშნავს, რომ საქმე გვაქვს აგრეგაციასთან.

4B.2. AuCl 4 – იონის წყლის ფაზიდან ორგანულ ფაზაში გადასატანად აუცილებელია ნაწილაკების გამოყენება, რომელთა ერთი ბოლო ჰიდროფილურია, მეორე კი ჰიდროფობიური.

4B.3. NaBH 4 არის ტიპიური შემცირების აგენტი. ის ასრულებს ამ როლს ამ პროცესში, აღადგენს ოქროს:

4B.4.შემოთავაზებულია ატომების რაოდენობის შეფასება სიდიდის მიხედვით. ოქროს ნანონაწილაკში ატომებს შორის თავისუფალი მოცულობა შეიძლება უგულებელყო. ამ უხეში მიახლოებით, ატომების რაოდენობა უდრის ნანონაწილაკების მოცულობის თანაფარდობას ატომის მოცულობასთან. პირობის მიხედვით, ვარაუდობენ, რომ ორივე ნაწილაკს ბურთის ფორმა აქვს. მერე

4B.5.ზედა ფენის ატომების წილის შესაფასებლად, ჩვენ ვიპოვით ზედაპირის ფენის მოცულობას ვ pov და გავყოთ ნანონაწილაკების მოცულობაზე ვდაბალი

p- ელექტრონული სისტემა.

4A.2– 13 გ; 4A.5– 2,35 1025; 4A.6- თან;

4B.2– ბ; 4B.3– ა; 4B.4– ბ; 4B.5– ბ.

ამოცანა 6. წყლის ტუტე და CO 2 ხსნადობა

ეს პრობლემა აჩვენებს ანალიტიკური ქიმიის გამოთვლითი მეთოდების შესაძლებლობებს ხსნარების წონასწორული შემადგენლობის განსაზღვრაში. სხვადასხვა მნიშვნელობამჟავიანობა. ყველა ანალიტიკური გამოთვლა ეფუძნება მასის მოქმედების კანონის (ბალანსის მუდმივები) და მატერიალური ბალანსის და ელექტრული ნეიტრალიტეტის პირობებს. გარდა ამისა, ხშირ შემთხვევაში სხვადასხვა ნაწილაკების კონცენტრაცია განსხვავდება სიდიდის რამდენიმე რიგით და ზოგიერთი მათგანის უგულებელყოფა შეიძლება. ეს ყველაფერი შედის ამ ამოცანაში.

ტუტე არის წყლის უნარი, დააკავშიროს H + იონები. ტუტეობის ცოდნა აუცილებელია წყლის დამუშავებისთვის და ბუნებრივ წყლებში ქიმიური და ბიოლოგიური პროცესების გასაგებად. ზოგადად, წყლის ტუტეზე პასუხისმგებელი ძირითადი ნაწილაკებია იონები HCO 3 –, CO 3 2– და OH –. pH-ზე< 7 присутствие ионов H + существенно снижает щелочность. Количественное значение щелочности рассчитывают по уравнению:

ტუტე = + 2 + – .

სხვადასხვა იონების წვლილი ტუტეობის მნიშვნელობაში დამოკიდებულია pH-ზე.

ამოცანაში განხილული რეაქციების განტოლებები და შესაბამისი წონასწორობის მუდმივები (298 K-ზე) დაწერილია ქვემოთ:

6.1. ბუნებრივი ზედაპირული წყლები, როგორც წესი, შეიცავს დაშლილს CO2. წონასწორული კონცენტრაციის კოეფიციენტების გამოთვლა : : წყალში ზე pH = 7.

6.2. აირისებრი CO2 ატმოსფეროში არსებული, შეიძლება გავლენა იქონიოს ტუტეზე. კონცენტრაციის გამოთვლა (მოლ/ლ) CO2 (ხსნარი) გახსნილია სუფთა წყალში, რომელიც წონასწორობაშია სუფთა ჰაერთან 1,01 10 5 Pa წნევით და ტემპერატურაზე
298 K. მოლური ფრაქცია CO 2 ჰაერში არის 0.0360%. (გამოთვლებისთვის, დავუშვათ, რომ სტანდარტული წნევა არის 1 ატმ.)

ხსნადობა ( ს) CO 2 წყალში განისაზღვრება შემდეგი გამოხატულებით:

ს = + + + .

ატმოსფერული CO 2-ის ხსნადობა წყალში, სუფთა ჰაერთან წონასწორობაში 1,01 10 5 Pa წნევით და 298 K ტემპერატურაზე, იცვლება ტუტესთან ერთად.

6.3. CO2 სუფთა წყალში.

6.4. უგულებელყოთ წყლის დისოციაცია.გამოთვალეთ ატმოსფეროს ხსნადობა (მოლ/ლ). CO2ხსნარში საწყისი კონცენტრაციით NaOH

6.5. 1.00 10 –3 მოლ/ლ. 298 K ტემპერატურაზე და 1.01 10 5 Pa წნევაზე სუფთა ჰაერი წონასწორობაშია გაჯერებულ წყალხსნართან. CaCO3

. შექცევადი რეაქცია ხდება ამ სისტემაში:

CaCO 3 (მყარი) + CO 2 (ხსნარი) + H 2 O Ca 2+ + 2HCO 3 – .

6.6. გამოთვალეთ წონასწორობის მუდმივი ზემოთ დაწერილი რეაქციისთვის. გამოთვალეთ იონების კონცენტრაცია (მგ/ლ). Ca2+გაჯერებულ წყალხსნარში , CaCO3 წონასწორობაში ატმოსფერული ჰაერის შემცველობით.

6.7. CO2

6.8. გამოთვალეთ 6.6-ში განხილული ხსნარის ტუტეობა (მოლ/ლ).მიწისქვეშა ტბის წყალი გაჯერებულია CaCO3და აქვს მაღალი შემცველობა CO2.წონასწორული იონის კონცენტრაცია Ca2+

ტბის წყალში არის 100 მგ/ლ. თუ ვივარაუდებთ, რომ ტბა მის ზემოთ ჰაერთან ერთად არის დახურული წონასწორობის სისტემა, გამოთვალეთ CO 2-ის ნაწილობრივი წნევა (Pa).

C-5.

6.1. ამ ჰაერში.

ნახშირმჟავას ხსნარის წონასწორული შემადგენლობა pH = 7-ზე შეიძლება განისაზღვროს ნახშირმჟავას წონასწორობის მუდმივების მეშვეობით:

აქედან გამომდინარე,

ანალოგიურად მეორე დისოციაციის მუდმივის გამოსახულებიდან

pH = 7-ზე კონცენტრაციის თანაფარდობა შემდეგია

: : = (4,48 10 –4) : 1: (4,69 10 –4).

6.2. ამრიგად, ჩვენ გვაქვს სასურველი ურთიერთობა:

.

CO 2 (გ) CO 2 (ხსნარი) რეაქციისთვის წონასწორობის მუდმივი გამოიხატება აირისებრი CO 2-ის ნაწილობრივი წნევის და მისი მოლური კონცენტრაციის ხსნარში:

6.3. ჩვენ ვპოულობთ CO 2-ის ნაწილობრივ წნევას დალტონის კანონის გამოყენებით:

სუფთა წყალში CO 2-ის გახსნისას მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული სამი წონასწორობა:

CO 2 (ხსნარი) + H 2 O H 2 CO 3, (1)

H 2 CO 3 HCO 3 – + H + , (2)

HCO 3 – CO 3 2– + H + .

CO 2 ხსნარში კარბონატული იონების კონცენტრაცია უმნიშვნელოა, ამიტომ ხსნარის ელექტრული ნეიტრალიტეტის პირობა ასე გამოიყურება: = . მოდით ჩავანაცვლოთ ეს მდგომარეობა წონასწორობის მუდმივში (2):

CO 2-ის ხსნადობაა:

6.4. განზავებულ ტუტე ხსნარში CO 2-ის ხსნადობა იზრდება ძირითადად რეაქციის გამო:

CO 2 (ხსნარი) + OH – HCO 3 – .

ვიპოვოთ წონასწორობის მუდმივი:

ვინაიდან წონასწორობის მუდმივი ძალიან დიდია, წონასწორობა მთლიანად გადადის მარჯვნივ და მთელი ჰიდროქსიდის იონი გარდაიქმნება ბიკარბონატულ იონად, ე.ი.

= 1,00 10 –3 მოლ/ლ.

მოდით ვიპოვოთ ხსნარში დარჩენილი იონების კონცენტრაციები:

CO 2-ის ხსნადობა 0,001 M NaOH ხსნარში:

6.5. რეაქციისთვის

CaCO 3 (მყარი) + CO 2 (ხსნარი) + H 2 O Ca 2 + + 2HCO 3 -

წონასწორობის მუდმივას აქვს ფორმა:

მოდით წარმოვადგინოთ ეს მუდმივი სხვა მუდმივებში, რომლებიც მითითებულია პირობით:

6.7. 6.6. წყალხსნარში კალციუმი შეიცავს ბიკარბონატის სახით, ამიტომ მოქმედებს ელექტრული ნეიტრალიტეტის პირობა: = 2. მოდით ჩავანაცვლოთ ეს მდგომარეობა 6.5 პუნქტში ნაპოვნი წონასწორობის მუდმივში:

2 + = 2 + + .

ელექტრული ნეიტრალიტეტის ზუსტი პირობაა:

ამ გამოთქმიდან გამომდინარეობს, რომ ხსნარის ტუტე ტოლია კალციუმის იონების კონცენტრაციის ორჯერ:

6.8. ტუტე = + 2 + – = 2 = 1,02 10 –3 მოლ/ლ.

ჩვენ ვიყენებთ წონასწორობის მუდმივას, რომელიც ნაპოვნია 6.6 განყოფილებაში, ელექტრული ნეიტრალიტეტის მდგომარეობის გათვალისწინებით:

p- ელექტრონული სისტემა.

6.1 – (4,48 10 –4) : 1: (4,69 10 –4);

6.2 CO 2-ის ნაწილობრივი წნევა გაზის ფაზაში ნაპოვნია წონასწორობის მუდმივიდან:

6.3 – 1,24 10 – 5 მოლ/ლ;

6.4 – 1,48 10 –5 მოლ/ლ;

6.5 – 4,28 10 –5 ;

6.6 – 1,02 10 –3 მოლ/ლ;

6.7 – 1,48 10 –5 მოლ/ლ;

6.8 – 20,5 მგ/ლ;

– 4300 Pa.

ამოცანა 8. ცილის დაკეცვა პრობლემა ეძღვნება შექცევადი პირველი რიგის რეაქციების ფიზიკურ-ქიმიურ მახასიათებლებს და მათ დამოკიდებულებას ტემპერატურაზე.

იგი აერთიანებს თერმოდინამიკურ და კინეტიკურ მიდგომებს ქიმიური რეაქციების აღწერისთვის. ცილები არსებობს ორი ფორმით - მშობლიური (ნ ) და დენატურირებული (უ -დანგაშალა

nF ე(= 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;). = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;.

8.1. ამ ფორმებს შორის წონასწორობა აღწერილია განტოლებით:

8.2. ) – წონასწორობის მუდმივი ტემპერატურაზე რა არის წონასწორობის მუდმივი, თუ წონასწორობის ნარევში ბუნებრივი და დენატურირებული ფორმები თანაბარი რაოდენობითაა წარმოდგენილი?

8.3. რა არის გიბსის ენერგიის სტანდარტული ცვლილება?

პროცესის G°(T), თუ ნატიური და დენატურირებული ფორმები წონასწორულ ნარევში თანაბარი რაოდენობითაა? = (დავუშვათ (N-ით) eq და (U) ტოლობით აღვნიშნოთ N და U ფორმების წონასწორული კონცენტრაციები ხსნარში, და მოდით c იყოს ცილის მთლიანი კონცენტრაცია ხსნარში. შემდეგ დენატურირებული ფორმის ფრაქცია წონასწორობაში მოცემულია გამოთქმით:) fU/ერთად U .

ეკვ

თან

გამოხატეთ f U K წონასწორობის მუდმივის მიხედვით. = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი; = = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;დენატურირებული ფორმის პროპორციის დამოკიდებულებას ტემპერატურაზე აქვს ფორმა: პროცესის G°(T), თუ ნატიური და დენატურირებული ფორმები წონასწორულ ნარევში თანაბარი რაოდენობითაა?= 1/2 ეწოდება დენატურაციის ტემპერატურას.

8.4. რას აკეთებს ნიშანი G°(T) in შემდეგი შემთხვევები:

1) T 1/2 ქვემოთ ტემპერატურაზე;

2) T 1/2 ზემოთ ტემპერატურაზე?

აირჩიეთ პასუხი:

ა) ორივე შემთხვევაში უარყოფითი;

ბ) ორივე შემთხვევაში დადებითი;

გ) პირველ შემთხვევაში დადებითი, მეორე შემთხვევაში უარყოფითი;

დ) პირველ შემთხვევაში უარყოფითი, მეორე შემთხვევაში დადებითი.

8.5. როგორ იცვლება G°(T) რეაქციები შემდეგ შემთხვევებში:

1) როდესაც ტემპერატურა იზრდება T 1/2-დან;

2) როცა ტემპერატურა იკლებს T 1/2-დან?

აირჩიეთ პასუხი:

ა) მცირდება ორივე შემთხვევაში;

ბ) იზრდება ორივე შემთხვევაში;

გ) პირველ შემთხვევაში იზრდება, მეორე შემთხვევაში მცირდება;

დ) მცირდება პირველ შემთხვევაში, მატულობს მეორე შემთხვევაში.

დენატურაციის კინეტიკის აღსაწერად შეგიძლიათ გამოიყენოთ შემდეგი სქემა:

nF კ ფდა კ ბ- სწრაფი და საპირისპირო რეაქციების სიჩქარის მუდმივები. პირდაპირი და საპირისპირო რეაქციები არის ელემენტარული და პირველი რიგის.

8.6. ზემოთ მოყვანილი კინეტიკური სქემისთვის, მიუთითეთ კავშირი წონასწორობის მუდმივ K-სა და სიჩქარის მუდმივებს შორის kf და k b.

8.7. გამოიტანეთ პროცესის კინეტიკური განტოლება, ე.ი. გამოხატეთ dc U/dt სიჩქარის მუდმივების, დენის კონცენტრაციის c U და წონასწორული კონცენტრაციის (c U) ეკვ.

C-5.

8.1. ე = (დავუშვათ (N-ით) eq და (U) ტოლობით აღვნიშნოთ N და U ფორმების წონასწორული კონცენტრაციები ხსნარში, და მოდით c იყოს ცილის მთლიანი კონცენტრაცია ხსნარში. შემდეგ დენატურირებული ფორმის ფრაქცია წონასწორობაში მოცემულია გამოთქმით:) fU /(ნ) fU = 1.

8.2. კავშირი emf-სა და წონასწორობის მუდმივობას შორის° = – გვხვდება რეაქციის სტანდარტული გიბის ენერგიის მეშვეობით:ლნ ე = 0.

8.3. შევცვალოთ მატერიალური ბალანსის პირობა ( დავუშვათ (N-ით) eq და (U) ტოლობით აღვნიშნოთ N და U ფორმების წონასწორული კონცენტრაციები ხსნარში, და მოდით c იყოს ცილის მთლიანი კონცენტრაცია ხსნარში. შემდეგ დენატურირებული ფორმის ფრაქცია წონასწორობაში მოცემულია გამოთქმით:) fU + (ნ) fU = ერთად Uდენატურირებული ფორმის წილადის გამოხატულებაში და გაყავით მრიცხველი და მნიშვნელი (-ზე ნ) fU :

8.4. მოდით გამოვხატოთ წონასწორობის მუდმივი დენატურირებული ფორმის წილადის მიხედვით:

1) დაბალ ტემპერატურაზე = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;დენატურირებული ფორმის 1/2 1/2-ზე ნაკლებია. ამრიგად, წონასწორობის მუდმივი 1-ზე ნაკლებია, ასე რომ კავშირი emf-სა და წონასწორობის მუდმივობას შორის°( = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;) დადებითი ნიშანი აქვს:

კავშირი emf-სა და წონასწორობის მუდმივობას შორის°( = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;) = –გვხვდება რეაქციის სტანდარტული გიბის ენერგიის მეშვეობით:ლნ ე > 0.

2) მაღალ ტემპერატურაზე = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;დენატურირებული ფორმის 1/2 ფრაქცია 1/2-ზე მეტია. ამრიგად, წონასწორობის მუდმივი 1-ზე მეტია, ასე რომ კავშირი emf-სა და წონასწორობის მუდმივობას შორის°( = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;) აქვს უარყოფითი ნიშანი:

კავშირი emf-სა და წონასწორობის მუდმივობას შორის°( = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;) = –გვხვდება რეაქციის სტანდარტული გიბის ენერგიის მეშვეობით:ლნ ე < 0.

1) როდესაც ტემპერატურა მოიმატებს = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;დენატურირებული ფორმის 1/2 ფრაქცია იზრდება და მასთან ერთად იზრდება წონასწორობის მუდმივი. ამიტომაც კავშირი emf-სა და წონასწორობის მუდმივობას შორის°( = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;) უფრო და უფრო ნეგატიური ხდება, ე.ი. მცირდება.

2) როდესაც ტემპერატურა ეცემა = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;დენატურირებული ფორმის 1/2 ფრაქცია მცირდება და მასთან ერთად წონასწორობის მუდმივიც მცირდება. ამიტომაც კავშირი emf-სა და წონასწორობის მუდმივობას შორის°( = 96,500 C/mol - ფარადეის მუდმივი;) იზრდება.

8.6. შექცევადი რეაქციისთვის, წონასწორობის მუდმივი ტოლია წინა და საპირისპირო რეაქციების სიჩქარის მუდმივების თანაფარდობის:

ე = კ ფ/კ ბ .

8.7. მოდით დავწეროთ მასის მოქმედების კინეტიკური კანონი:

საწყისი კონცენტრაცია უდრის წონასწორობის კონცენტრაციების ჯამს:

ამ ურთიერთობის წინასთან ჩანაცვლებით, ჩვენ ვიპოვით შექცევადი რეაქციის სიჩქარის საბოლოო გამოხატულებას:

პასუხები.

8.1 – 1; 8.2 – 0; 8.3 – პროცესის G°(T), თუ ნატიური და დენატურირებული ფორმები წონასწორულ ნარევში თანაბარი რაოდენობითაა? = TO/(TO + 1);

8.4 – გ; 8.5 და რაც უფრო მცირეა სხვაობა აღგზნებულ და ძირეულ მდგომარეობათა ენერგიას შორის. 8.6 – ე = კ ფ/კ ბ;

8.7 – dc U/dt = (კ ბ + კ ფ)((გ U)ეკვ– გ U).

ზოგადად, წლევანდელი ამოცანები - თეორიულიც და პრაქტიკულიც - საკმაოდ მარტივი იყო. შემთხვევითი არ არის, რომ ოქროს მედლის ზღვარი 100-დან 90 ქულაზე იყო (2004 წელს ეს იყო 75 ქულა). ამ პირობებში გააქტიურდა კონკურენცია ოქროს მედლებისთვის. ამრიგად, 1-ლი და მე-2 პრიზიორებს შორის სხვაობა უმნიშვნელო იყო - მხოლოდ 0,2 ქულა. ეს ნაწილობრივ იმითაც არის განპირობებული, რომ წელს კითხვების უმეტესობა სატესტო ხასიათის იყო, ამიტომ საერთო რაოდენობასწორი პასუხების რაოდენობა მნიშვნელოვნად გაიზარდა წინა ოლიმპიადებთან შედარებით. ყოველივე ამის შემდეგ, ორი ან სამი ვარიანტიდან სწორი პასუხის გამოცნობა ბევრად უფრო ადვილია, ვიდრე დამოუკიდებელი გადაწყვეტის შეთავაზება.

ზოგადად, ოლიმპიადაზე ბოლო წლებში შეიმჩნევა დავალებების გამარტივებისა და მათი მნიშვნელობის შემცირების ტენდენცია. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ორგანიზატორების მიერ შემოთავაზებულ ამოცანებს განიხილავს საერთაშორისო ჟიური, რომელიც შედგება გუნდის ლიდერებისგან. გადაწყვეტილებები მიიღება ხმების უმრავლესობით და უმრავლესობა ეკუთვნის ქვეყნებს, სადაც ცოდნის შეფასების ტესტის სისტემა დომინანტური ხდება. ამიტომ, ყველა გარკვეულწილად ორიგინალური და უჩვეულო კითხვა, რომელიც მოითხოვს მოსწავლეებს დამოუკიდებელი დასკვნების გაკეთებას, როგორც წესი, გამორიცხულია ოლიმპიადის პროგრამიდან.

ეს ტენდენცია შეიძლება შეიცვალოს 2007 წელს, როდესაც მოსკოვი გახდება ქიმიის საერთაშორისო ოლიმპიადის სკოლის მოსწავლეების დედაქალაქი. ამ ოლიმპიადის სამეცნიერო პროგრამას შეადგენს მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის ქიმიის ფაკულტეტი, რომელიც ცნობილია, პირველ რიგში, ოლიმპიადებზე შემოთავაზებული პრობლემების მაღალი სამეცნიერო დონით და მეორეც, უარყოფითი დამოკიდებულებაკითხვების შესამოწმებლად. ოლიმპიადების „ძველი დროინები“ დღესაც სიამოვნებით იხსენებენ 1996 წლის მოსკოვის ოლიმპიადის პრობლემებს. გასული წლების განმავლობაში ქიმიაში ბევრი ახალი რამ გაკეთდა და ეს მიღწევები აუცილებლად აისახება 2007 წლის პრობლემებზე. ოლიმპიადა.

მადლიერება.მომზადების პროცესში რუსეთის ნაკრებს მხარი დაუჭირა კომპანია Basic Element-ის პროგრამა „ახალი თაობის სკოლა“, საქველმოქმედო ფონდი V. Potanina, ENPC "Epital" (მოსკოვი), კომპანიები "BioHimMak" (მოსკოვი) და "ServiceLab" (მოსკოვი).

ერთი ნივთიერების უნარი ელექტრონები გადასცეს მეორე ნივთიერებას ასევე შეიძლება შეფასდეს რედოქსის რეაქციის წონასწორობის მუდმივის გამოყენებით. ეს მუდმივი უკავშირდება რეაქციას emf შემდეგნაირად. დავუშვათ რეაქცია ჟანგვის აგენტს შორის

Ox1 და შემცირების აგენტი Red2 შედგება ორი ნახევარრეაქციისგან:

წონასწორობის მდგომარეობაში

ORG გამოიყენება არაორგანული და ორგანული ნივთიერებების გამოსავლენად, დამაბრკოლებელი იონების ნიღბისთვის, არაორგანული ნივთიერებების მატრიცებიდან იზოლირებისას, ტიტრიმეტრულ მეთოდებში (იოდო-, ქლორიდო-, იოდატი-, ბრომატო-, ნიტრიტო-, პერმანგანატი-, დიქრომატო-, ცერიუმი-) , ანალიზის ბევრ ელექტროქიმიურ და კინეტიკურ მეთოდში.

ნარევის pH-ის გაანგარიშება ძლიერი მჟავებისუსტი მჟავები, სუსტი და ძლიერი მჟავების ნარევები.

2 მჟავები:

თუ მჟავა არ არის ძალიან სუსტი და არც ისე მცირე კონცენტრაციით, მაშინ ავტოპროტოლიზი უგულებელყოფილია.

თუ K*S მნიშვნელოვნად განსხვავდება, შეიძლება უგულებელყო. (ძლიერი + სუსტი)

სუსტი მჟავები (ვთვლით ერთი + მეორის პროტონებს, ვიღებთ ლოგარითმს)

ძალიან სუსტი ან მცირე კონცენტრაცია

თანასწორობა არ არის დაცული

36+38. სინჯის აღება. ზოგადი, ლაბორატორიული და გაანალიზებული ნიმუშები. საარბიტრაჟო ტესტი. ნიმუშის დაშლა. ნიმუშის დაშლის "სველი" მეთოდები. ნიმუშების სახეები (წარმომადგენლობითი, ზოგადი, ლაბორატორიული, გაანალიზებული). აირების, სითხეების სინჯის აღება, მყარი, საშუალოდ. შეცდომების მიზეზები.

ავარიაანალიზისთვის შერჩეული კვლევის ობიექტის ნაწილს ეწოდება (გაანალიზებული ნიმუში).

საშუალო (წარმომადგენლობითი) ნიმუში- გაანალიზებული ობიექტის მცირე ნაწილი, რომლის საშუალო შემადგენლობა და თვისებები განიხილება გაანალიზებული ობიექტის საშუალო შემადგენლობისა და თვისებების იდენტურად.

ზოგადი ტესტი- ნიმუშის ზომა და შერჩევის მეთოდი დამოკიდებულია ნიმუშის მთლიან მდგომარეობაზე, მისი ერთგვაროვნების ხარისხზე, ნაწილაკების ზომაზე და ანალიზის შედეგის დასაშვებ გაურკვევლობაზე. ზოგადი ნიმუში აღებულია ობიექტიდან.

ლაბორატორიული ნიმუში- მიღებული ზოგადი ნიმუშიდან დაფქვით და საშუალოდ.

გაანალიზებული ნიმუში-ლაბორატორიული ნიმუშის ნაწილი, რომელიც გამოიყენება ხარისხისა და

რაოდენობრივი ანალიზი.

გაზის სინჯის აღება

აირისებრი ნივთიერებების ზოგადი ნიმუში მცირეა. გამოიყენეთ ვაკუუმური მოცულობითი კოლბები ან ბურეტები შესაბამისი დალუქვის სითხით, ასევე სპეციალური

კონტეინერები. შეზღუდულ სივრცეში აირების ნიმუშის აღებისას (მაგალითად,

სახელოსნო, ლაბორატორია), სინჯს იღებენ სხვადასხვა წერტილში, შემდეგ ურევენ ან აანალიზებენ ცალკე.

სინჯის სითხეები

ერთგვაროვანი სითხის ნიმუშის აღება (მაგალითად, თვალის წვეთები ან საინექციო ხსნარი) ჩვეულებრივ ტარდება მოცულობით, ამ მიზნით პიპეტების ან ბურეტების გამოყენებით. პირველ რიგში, სითხე საფუძვლიანად არის შერეული. თუ გაანალიზებული სითხის შერევა რთულია ან შეუძლებელია, მაშინ სინჯის აღება ტარდება კონტეინერის სხვადასხვა სიღრმეზე.

ნიმუშის აღებამდე ჰეტეროგენული სითხეები საფუძვლიანად ჰომოგენიზდება მორევით ან ვიბრაციით. ასეთი სითხეების ნიმუშებს ხშირად იღებენ არა მხოლოდ მოცულობით, არამედ მასითაც. თუ ნაკადიდან სითხე გაანალიზებულია, მაშინ სანდო ინფორმაციის მისაღებად ნიმუშები იღება წყლის დინების გასწვრივ სხვადასხვა ადგილიდან.

როდესაც ლითონი ჩაეფლო არა წყალში, არამედ ამ ლითონის მარილის ხსნარში, წონასწორობა, ლე შატელიეს პრინციპის შესაბამისად, გადადის მარცხნივ და რაც მეტია ლითონის იონების კონცენტრაცია ხსნარში, მით მეტია კონცენტრაცია. . აქტიური ლითონები, რომელთა იონებს აქვთ ხსნარში შეღწევის კარგი უნარი, ამ შემთხვევაში იქნება უარყოფითად დამუხტული, თუმცა უფრო მცირე რაოდენობით, ვიდრე სუფთა წყალში.

წონასწორობა შეიძლება გადაიტანოს მარჯვნივ, თუ ელექტრონები ამა თუ იმ გზით ამოღებულია ლითონისგან. ეს გამოიწვევს ლითონის ფირფიტის დაშლას. პირიქით, თუ ელექტრონები მიეწოდება ლითონის ფირფიტას გარედან, მაშინ მასზე ხსნარიდან იონები დაილექება.

როდესაც მეტალი ჩაეფლო ხსნარში, ფაზის საზღვარზე წარმოიქმნება ელექტრული ორმაგი ფენა. პოტენციურ განსხვავებას, რომელიც წარმოიქმნება მეტალსა და მიმდებარე თხევად ფაზას შორის, ეწოდება ელექტროდის პოტენციალს. ეს პოტენციალი დამახასიათებელია ლითონის რედოქსის უნარისთვის მყარი ფაზის სახით.

ლითონის იზოლირებულ ატომში (მონატომური ორთქლის მდგომარეობა, რომელიც წარმოიქმნება მაღალ ტემპერატურაზე და იშვიათობის მაღალ ხარისხზე), რედოქს თვისებები ხასიათდება სხვა სიდიდით, რომელსაც ეწოდება იონიზაციის პოტენციალი. იონიზაციის პოტენციალი არის ენერგია, რომელიც საჭიროა იზოლირებული ატომიდან ელექტრონის ამოსაღებად.

ელექტროდის პოტენციალის აბსოლუტური მნიშვნელობა პირდაპირ ვერ იზომება. ამავდროულად, არ არის რთული ელექტროდის პოტენციალის სხვაობის გაზომვა, რომელიც ხდება სისტემაში, რომელიც შედგება ლითონის ხსნარის ორი წყვილისაგან. ასეთ წყვილებს ნახევარელემენტებს უწოდებენ. ჩვენ შევთანხმდით, რომ განვსაზღვროთ ლითონების ელექტროდული პოტენციალი ეგრეთ წოდებული სტანდარტული წყალბადის ელექტროდთან მიმართებაში, რომლის პოტენციალი თვითნებურად იქნა აღებული ნულამდე. სტანდარტული წყალბადის ელექტროდი შედგება სპეციალურად მომზადებული პლატინის ფირფიტისგან, რომელიც ჩაეფლო მჟავა ხსნარში წყალბადის იონის კონცენტრაციით 1 მოლ/ლ და გარეცხილი წყალბადის აირის ნაკადით 105 Pa წნევის ქვეშ, 25 °C ტემპერატურაზე.

სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალის დიაპაზონი. თუ მისი მარილის ხსნარში ჩაძირული ლითონის ფირფიტა ლითონის იონების კონცენტრაციით 1 მოლ/ლ-ის ტოლია, შეუერთდება სტანდარტულ წყალბადის ელექტროდს, მიიღება გალვანური უჯრედი. ამ ელემენტის ელექტრომამოძრავებელი ძალა (EMF), გაზომილი 25 °C-ზე, ახასიათებს სტანდარტს ელექტროდის პოტენციალილითონი, ჩვეულებრივ მითითებულია როგორც E°.

ელექტროდების სტანდარტულ პოტენციალებს, რომლებიც მოქმედებენ როგორც შემცირების აგენტები წყალბადთან მიმართებაში, აქვთ "-" ნიშანი, ხოლო "+" ნიშანს აქვს ელექტროდების სტანდარტული პოტენციალი, რომლებიც წარმოადგენენ ჟანგვის აგენტებს.

ლითონები, რომლებიც განლაგებულია მათი სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალის მზარდი თანმიმდევრობით, ქმნიან ლითონის ძაბვების ეგრეთ წოდებულ ელექტროქიმიურ სერიას: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd. , Co, Ni , Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

რიგი სტრესები ახასიათებს ლითონების ქიმიურ თვისებებს:

1. რაც უფრო უარყოფითია ლითონის ელექტროდის პოტენციალი, მით მეტია მისი შემცირების უნარი.

2. თითოეულ ლითონს შეუძლია მარილის ხსნარებიდან გადაანაცვლოს (შეამციროს) ის ლითონები, რომლებიც მის შემდეგ არიან ლითონის ძაბვების ელექტროქიმიურ სერიაში.

3. ყველა ლითონს, რომელსაც აქვს უარყოფითი სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი, ანუ მდებარეობს წყალბადის მარცხნივ ლითონის ძაბვის ელექტროქიმიურ სერიაში, შეუძლია მისი გადაადგილება მჟავა ხსნარებიდან.

როგორც ლითონების E° მნიშვნელობის განსაზღვრის შემთხვევაში, არალითონების E° მნიშვნელობები იზომება 25°C ტემპერატურაზე და წონასწორობაში ჩართული ყველა ატომური და მოლეკულური სახეობის კონცენტრაციით, რომელიც უდრის 1 მოლ/ ლ.

სტანდარტული რედოქს პოტენციალის ალგებრული მნიშვნელობა ახასიათებს შესაბამისი დაჟანგული ფორმის ჟანგვის აქტივობას. ამიტომ, ღირებულებების შედარება

სტანდარტული რედოქს პოტენციალი გვაძლევს საშუალებას ვუპასუხოთ კითხვას: ხდება თუ არა ესა თუ ის რედოქს რეაქცია?

რაოდენობრივი კრიტერიუმი კონკრეტული რედოქს რეაქციის წარმოქმნის შესაძლებლობის შესაფასებლად არის დაჟანგვისა და შემცირების ნახევარრეაქციის სტანდარტულ რედოქს პოტენციალებს შორის სხვაობის დადებითი მნიშვნელობა.

წყალბადის ელექტროდიელექტროქიმიაში - ჩვეულებრივ პლატინიზებული ფირფიტა ჩაეფლო მჟავა ხსნარში H+ იონების გარკვეული კონცენტრაციით და გარეცხილი წყალბადის გაზით. წყალბადის წნევით 0,1 მპა და მისი იონების თერმოდინამიკური აქტივობა ერთიანობას უდრის, წყალბადის ელექტროდის პოტენციალი პირობითად ითვლება ნულამდე. ასეთ წყალბადის ელექტროდს უწოდებენ სტანდარტულ ელექტროდს, ის ემსახურება როგორც საცნობარო ელექტროდს, საიდანაც იზომება სხვა ელექტროდების პოტენციალი.

32 ელექტროდული პროცესების თერმოდინამიკა. რედოქსის რეაქციების სპონტანურობა. კავშირი გალვანური უჯრედის EMF-სა და გიბსის ენერგიას შორის. კავშირი EMF-სა და წონასწორობის მუდმივას შორის

ნებისმიერი ქიმიური რეაქცია მოიცავს ელექტრონების მოძრაობას და, შესაბამისად, შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრული დენის წარმოებისთვის. ამ შემთხვევაში ელექტროენერგიის წყაროა ქიმიური რეაქციის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია. ქიმიური რეაქციის ენერგიის ეს გადაქცევა ელექტრო ენერგიად შესაძლებელია მხოლოდ სპეციალური მოწყობილობის დახმარებით, რომელსაც ეწოდება გალვანური უჯრედი. ის საშუალებას გაძლევთ მიმართოთ ელექტრონების ნაკადი ლითონის გამტარებლების მეშვეობით.

წყალბადის მარტივ წვას თან ახლავს სითბოს დიდი გამოყოფა. თუ იგი ხორციელდება მუდმივი მოცულობით, მაგალითად, კალორიმეტრულ ბომბში, მაშინ DU = -284,5 კჯ/მოლი. თუ იგივე რეაქცია ხორციელდება გალვანურ უჯრედში ელექტროქიმიური საშუალებებით, მაშინ ამ დანაკარგის ნაწილი შინაგანი ენერგიაშეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრო დენის წარმოქმნისთვის. ასეთი გალვანური უჯრედის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახაზზე IX.1. IN წყალხსნარი(მაგ. NaOH) ჩაეფლო პლატინის ორი ელექტროდი. მარცხენა ელექტროდი გარეცხილია წყალბადის ბუშტებით, ხოლო მარჯვენა ჟანგბადით. ამ ვოლტაური უჯრედის მარცხენა მხარეს არსებული წყალბადი იხსნება პლატინაში და იონიზირებული ხდება. წყლის მოლეკულებისადმი მაღალი მიდრეკილების გამო, პროტონების გარკვეული რაოდენობა გადადის ელექტროდის უშუალოდ მიმდებარე ხსნარის ფენაში. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ჰიდრონიუმის იონები H3O+ - ისინი მითითებულია ფიგურის მარჯვენა მხარეს პლიუსებით. IX. 1, ხოლო ელექტრონები (მინუსები) რჩება პლატინის ელექტროდის ზედაპირზე. ელექტრონებსა და ჰიდრონიუმის იონებს შორის ელექტროსტატიკური მიზიდულობის გამო, ეს უკანასკნელი რჩება ელექტროდთან ახლოს და არ შედის ხსნარის დიდ ნაწილში. ამის გამო მეტალ-ხსნარის ინტერფეისზე ჩნდება ეგრეთ წოდებული ორმაგი ელექტრული ფენა, კონდენსატორის ორი ფირფიტის მსგავსი. მარჯვენა ელექტროდის ზედაპირზე ხდება ჰიდროქსილის იონების წარმოქმნის რეაქცია:

3/2O2g + H3Ol + 2e = 2OH-

რის შედეგადაც ლითონისგან ამოღებულია ორი ელექტრონი. ამიტომ ლითონის ზედაპირი დადებითად არის დამუხტული და მასზე ასევე წარმოიქმნება ელექტრული ორმაგი ფენა, მაგრამ საპირისპირო ნიშნის. თუ მარცხენა და მარჯვენა ელექტროდებს ლითონის გამტართან დააკავშირებთ, მასში ელექტრული დენი გაივლის. ისარი ნახ. IX.1 მიუთითებს ელექტრონის დინების მიმართულებაზე. ელექტრული პოტენციალის განსხვავებას ღია გალვანური უჯრედის ელექტროდებში ეწოდება მის ელექტრომამოძრავებელ ძალას (emf).

ცხადია, ელემენტში წარმოქმნილი ელექტრონების ნაკადი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სამუშაოს წარმოებისთვის, მაგალითად, ელექტროძრავის როტაციისთვის. დენის დინება იწვევს ელექტრული ორმაგი ფენების მუხტის შემცირებას. ამრიგად, H3O+ და OH- იონებს შეუძლიათ დაშორდნენ ელექტროდებს და შექმნან წყლის ნეიტრალური მოლეკულები ხსნარში. ამავდროულად, ელექტროდებზე რეაქციების გამო, ორმაგი ფენები კვლავ აღდგება. ელექტროდებსა და ხსნარში მომხდარი ცვლილებები აისახება შემდეგი განტოლებით:

H3g = 2H+ + 2e;

3/2 O2g + H3Ol + 2e = 2OH-;

2H+ + 2OH- = 2H3Ol,

რომელთა ჯამი წარმოადგენს წყლის წარმოქმნის რეაქციას:

H3g + 1/2O2g = H3Ol,

ამრიგად, ელემენტებიდან წყლის წარმოქმნის იგივე რეაქცია შეიძლება განხორციელდეს ორი განსხვავებული გზით. ამ მეთოდებიდან რომელია უფრო მომგებიანი ქიმიური რეაქციის ენერგიის სამუშაოდ გადაქცევის თვალსაზრისით? პირველ მეთოდში წყალბადის წვისას კალორიმეტრულ ბომბში (V = const) 298 K-ზე, შინაგანი ენერგიის კლება უდრის გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობას -DU = 284,5 კჯ/მოლი და სამუშაო ნულის ტოლია.

მეორე შემთხვევაში, შიდა ენერგიის ამ ცვლილების (DG) ნაწილი შეიძლება გარდაიქმნას ელექტრო სამუშაოდ. თუ გალვანურ უჯრედში რეაქცია შექცევადად მიმდინარეობს, მაშინ გიბსის ენერგიის თანმდევი კლება მთლიანად მიდის ელექტრო სამუშაოს წარმოებაზე.

განსახილველ შემთხვევაში ДG0 = -237,2 კჯ/მოლი და, შესაბამისად, მხოლოდ ~47 კჯ/მოლი გადაიქცევა სითბოდ. ეს მაგალითი გვიჩვენებს, რომ ზოგადად, უფრო მომგებიანია ბუნებრივი საწვავის წვის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის ელექტროენერგიად გადაქცევა, ვინაიდან თბოძრავების და თბოელექტროსადგურების ეფექტურობა დაბალია. აღწერილი წყალბად-ჟანგბადის უჯრედი არის ეგრეთ წოდებული საწვავის უჯრედების მაგალითი.

ასეთი ელემენტების შექმნაზე მუშაობა ბოლო დროს ფართოდ განვითარდა ახალ ტექნოლოგიურ პრობლემებთან დაკავშირებით. ამ უჯრედებში საწვავი და ოქსიდიზატორი ცალკე უნდა ინახებოდეს და მიეწოდოს ელექტროდებს, რომლებშიც მიმდინარეობს ელექტროქიმიური რეაქციები. ამ შემთხვევაში ელემენტს შეუძლია მუდმივად იმუშაოს, თუ მას მიეწოდება რეაგენტები და მოიხსნება რეაქციის პროდუქტები, რაც განსაკუთრებით მოსახერხებელია თხევადი და აირისებრი ნივთიერებების გამოყენებისას. ნახშირის დაწვის ნაცვლად, შესაძლებელია გამოვიყენოთ რეაქცია St + O2g = CO2g ელექტრო დენის წარმოებისთვის.

აშკარაა, რომ რეალურ პირობებში გალვანური უჯრედები შეუქცევადად მუშაობენ, ამიტომ ელემენტში მომხდარი რეაქციის გიბსის ენერგიის ცვლილების მხოლოდ ნაწილი გარდაიქმნება სამუშაოდ. გავიმეოროთ, რომ გალვანურ უჯრედს შეუძლია იმუშაოს იმ პირობით, რომ მასში მოხდება სპონტანური ქიმიური რეაქცია ან რაიმე სხვა სპონტანური პროცესი, რომელსაც თან ახლავს გიბსის ენერგიის შემცირება.

თუ საკმარისად დიდი პოტენციური სხვაობა გამოყენებულია მოცემულ გალვანურ ელემენტზე გარედან, რომელიც აღემატება მის ე. დ.ს. და აქვს საპირისპირო მიმართულება, მაშინ წყლის დაშლა მოხდება წყალბადისა და ჟანგბადის გამოყოფით. ამრიგად, გალვანურ უჯრედებში ელექტრული დენის წარმოქმნისა და ელექტროლიზის პროცესები ურთიერთსაპირისპიროა.

გალვანურ უჯრედში ელექტროქიმიური პროცესის თავისებურებაა მისი განხორციელების თეორიულად მნიშვნელოვანი შესაძლებლობა შექცევადობასთან ძალიან ახლოს მყოფ პირობებში. ეს მიიღწევა პოტენციომეტრიული მეთოდის წყალობით, რომელშიც ე. დ.ს. შესწავლილი გალვანური უჯრედი თითქმის მთლიანად კომპენსირდება საპირისპირო მიმართული ემფ-ით. თან. გარე წყარო. ეს ტექნიკა საშუალებას გაძლევთ გაზომოთ ემფ. წრედში დენის არარსებობისას, ე.ი. როდესაც ელემენტი არ მუშაობს და მისი ემფ. მაქსიმუმ. დენის არარსებობის მონიტორინგი ხორციელდება მაღალი მგრძნობელობის გალვანომეტრების (ნულის ინსტრუმენტების) გამოყენებით. ისინი აძლევენ გადახრას 10-8 - 10-9 ა დენის გავლისას. ასეთი სუსტი დენი, რომელიც გადის ელექტროლიტში, თუნდაც მრავალი წლის განმავლობაში, ვერ გამოყოფს ნივთიერების შესამჩნევ რაოდენობას.

ბრინჯი. IX.2. Emf საზომი წრე კომპენსაციის მეთოდი.

ე.გაზომვის სქემატური დიაგრამა. დ.ს. გალვანური უჯრედი კომპენსაციის მეთოდის გამოყენებით ნაჩვენებია ნახ. IX.2. D.Cდამხმარე ბატარეიდან WB მიეწოდება ნაკადის ღეროს ბოლოებს AB - მავთული მუდმივი განივი კვეთით. მაშასადამე, ძაბვის ვარდნა რეოკორდის გასწვრივ პროპორციულია შესაბამისი სეგმენტის სიგრძისა პირდაპირ AB-ზე. მოძრავი კონტაქტის C გამოყენებით შეგიძლიათ აირჩიოთ ძაბვის ვარდნის თვითნებური ნაწილი A და B წერტილებს შორის. ნახ. IX.2 ჩანს, რომ რეოკორდის რომელიმე მონაკვეთიდან ამოღებული ძაბვა, მაგალითად AC, მიმართულია ე. დ.ს. ელემენტი X.

C კონტაქტის გადაადგილებით სლაიდის აკორდის გასწვრივ, იპოვება პოზიცია, რომელშიც ნულოვანი გალვანომეტრი G მიუთითებს დენის არარსებობაზე AHGS წრეში. ეს ნიშნავს, რომ პოტენციალის ვარდნა WB-დან AC სეგმენტზე მთლიანად ანაზღაურებს ე. დ.ს. ელემენტი X.

ცხოვრება

გალვანური ელემენტის თერმოდინამიკა.

NERST განტოლებები

გალვანური უჯრედის მუშაობისას ქიმიური რეაქციის დროს, თითოეულ ელექტროდზე იხსნება ან გამოიყოფა ნივთიერების n მოლი. ფარადეის კანონის შესაბამისად, nF კულონი ელექტროენერგია მიედინება გარე წრეში. (ფ - ფარადეის მუდმივი, C/mol).

წონასწორული შექცევადი და სპონტანური პროცესისთვის, რომელიც ხდება გალვანურ უჯრედში მუდმივ ტემპერატურასა და წნევაზე, გიბსის ენერგიის შემცირება უდრის მაქსიმალურ სასარგებლო სამუშაოს.

ეს მაქსიმალური სასარგებლო სამუშაო უდრის ელექტრო ენერგიას, რომელიც ტოლია გალვანური უჯრედის მუშაობის შედეგად მიღებულ nFE-ს.

RT - პროცესში მონაწილე ელექტრონების რაოდენობა,

სად - ფარადეის მუდმივი (96,500 C),

რეაქციისთვის - ელემენტის EMF.

შემდეგ მივიღებთ:

ფორმულიდან (1) ვიღებთ გამოხატულებას გალვანური უჯრედის EMF-სთვის:

წარმოვიდგინოთ რედოქსის რეაქცია გალვანურ უჯრედში ზოგადი ფორმით:

სადაც B, D, R და Q - ატომები ან იონები, რომლებიც ელექტროლიტების, ელექტროდების ხსნარის ნაწილია და მონაწილეობენ რედოქს რეაქციაში (სპილენძ-თუთიის გალვანური უჯრედისთვის ეს არის Cu 2+ და Zn 2+ იონები); b,d,r და q - სტექიომეტრიული კოეფიციენტები.

თუ რეაქციაში მყოფი ნივთიერებების აქტივობას B, a D, a R და Q აქტივობებით აღვნიშნავთ, მაშინ ქიმიური რეაქციის იზოთერმის განტოლების მიხედვით შეგვიძლია დავწეროთ: (3)

სადაც Ka არის გალვანური უჯრედის რედოქსის რეაქციის წონასწორობის მუდმივი, გამოხატული აქტივობის მიხედვით; - ნივთიერებების საწყისი და საბოლოო არათანაბარი კონცენტრაციები აქტივობის სახით, რაც განსაზღვრავს ქიმიურ რეაქციას გალვანურ უჯრედში.

გიბსის ენერგიის გამოხატვის ჩანაცვლებით (3) განტოლებიდან (2) განტოლებით, მივიღებთ:

(5),

.

განტოლებები (4) და (5) არის ნერნსტის განტოლების შუალედური ვერსია გალვანური უჯრედის ემფ-ის გამოსახატავად.

განვახორციელოთ (5) განტოლების შემდგომი გარდაქმნები. ამ განტოლების პირველი წევრი (RT/nF)lnKa მოცემულ ტემპერატურაზე არის მუდმივი მნიშვნელობა. თუ გალვანური უჯრედის მუშაობისას ქიმიურ რეაქციაში მონაწილე ნივთიერებების საწყისი აქტივობა უდრის ერთიანობას, ე.ი. , მაშინ (5) განტოლების მეორე წევრი ხდება ნული:

ამ პირობებში, გალვანური უჯრედის EMF მიიღება სტანდარტულად და აღინიშნება E0-ით.

სტანდარტული EMF განისაზღვრება, როგორც სხვაობა გალვანური უჯრედის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალებში

ტოლობის (6) გათვალისწინებით, ნერნსტის განტოლება შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

(7) - ნერნსტის განტოლება

სადაც E 0 არის ელემენტის სტანდარტული EMF; R - უნივერსალური გაზის მუდმივი; T - აბსოლუტური ტემპერატურა; n არის ელექტრონების რაოდენობა (იონის ვალენტობა) სტექიომეტრული რეაქციის განტოლების შესაბამისად; F არის ფარადეის მუდმივი.

R და F-ის მნიშვნელობები მუდმივია და მოცემულ ტემპერატურაზე RT/F ასევე მუდმივი იქნება. გადავიდეთ ბუნებრივი ლოგარითმებიდან ათწილადებზე და მოვიშოროთ უარყოფითი ნიშანი (7) განტოლების მეორე წევრის წინ (გახსოვდეთ, რომ ამისთვის უნდა გამოვიყენოთ შებრუნებული ლოგარითმი - მოკლედ, მრიცხველი შევცვალოთ მნიშვნელით). ტრანსფორმაციის შემდეგ, განტოლების (2) ნაცვლად, გალვანური უჯრედის ემფ 298K ტოლი იქნება

(8)

განტოლებები (7) და (8) შეიძლება ჩაითვალოს ნერნსტის განტოლების საბოლოო ვერსიად. გალვანური უჯრედის ელექტროლიტების აქტივობის თანაფარდობა, რომელიც შედის მეორე წევრში განტოლების მარჯვენა მხარეს (8), აქვს ქიმიური წონასწორობის მუდმივის Ka-ს განტოლების მსგავსი ფორმა. თუმცა, წონასწორობის მუდმივი განისაზღვრება აქტივობებით წონასწორობის პირობებთან მიმართებაში და განტოლების მარჯვენა მხარეს აქტივობების თანაფარდობა ასახავს არაწონასწორობის პირობებს, ანუ გალვანურ უჯრედში ფაქტობრივად არსებულ იონების კონცენტრაციას, გამოხატული აქტივობებით.

მაგალითი. დანიელ-ჯაკობის ურთიერთობაში ხდება შემდეგი პროცესები:

მთლიანი ელექტროდის რეაქცია:

ამ ელემენტის ემფ უდრის:

ვინაიდან T = 298K-ზე თუთიის და სპილენძის აქტივობა უდრის ერთ ერთეულს a = 1, მაშინ

ან

ზოგადად შემთხვევაში (9) - ნერნსტის განტოლება.

მაგალითი. გამოთვალეთ დანიელ-იაკობის ელემენტის ემფ თუთიის იონების აქტივობა

0.1 მ;

სპილენძი = 1 მ; =1.1V (T=298K).

(10) - ნერნსტის განტოლება ელექტროდის პოტენციალისათვის.

F - ფარადეის ნომერი (96,500 C);

T - აბსოლუტური ტემპერატურა;

n არის პროცესში მონაწილე ელექტრონების რაოდენობა.

შეგახსენებთ, რომ გალვანური უჯრედის სტანდარტული EMF განისაზღვრება სტანდარტული პოტენციალების სხვაობით:

სტანდარტული emf შეიძლება გამოიხატოს შემდეგნაირად:

აქედან, სტანდარტული EMF-ის ცოდნით, შეგვიძლია განვსაზღვროთ ელექტროქიმიური რეაქციის წონასწორობის მუდმივი:

- სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი მოცემულია ცხრილებში.

მაგალითი. განვიხილოთ ელექტროდის პროცესი:

მოდით განვსაზღვროთ ამ ელექტროდის პოტენციალი ნერნსტის განტოლების გამოყენებით:

;

.

უნდა გვახსოვდეს, რომ a არის იონების აქტივობა ხსნარში. იგი განისაზღვრება ფორმულით:

აქტივობის კოეფიციენტი;

C - მოლური კონცენტრაცია.

აქტივობის კოეფიციენტის რიცხვითი მნიშვნელობები მოცემულია ცხრილებში.

რით განსხვავდება აქტივობა კონცენტრაციისგან?

იონური ღრუბლის გამო, იონის უნარი ხსნარიდან გადაადგილება რთულია. უფრო მეტიც, რაც უფრო მაღალია მარილის კონცენტრაცია, მით უფრო ძლიერია იონი შეკრული ხსნარში. ამრიგად, აქტივობის კოეფიციენტი ითვალისწინებს ინტერიონურ ურთიერთქმედებებს.

აქტივობა შეიძლება ჩაითვალოს შესწორებულ კონცენტრაციად. ელექტროლიტური იონების კონცენტრაციის ცოდნა, ელექტროდის პოტენციალის თეორიული მნიშვნელობა შეიძლება გამოითვალოს ნერნსტის განტოლების გამოყენებით. მაგრამ ელექტროდის პოტენციალის გაზომვა მარტივია ექსპერიმენტულად ().

(11)

გამოცდილებამ აჩვენა, რომ ხსნარში ელექტროლიტური იონების დაბალი კონცენტრაციის დროს, ექსპერიმენტულად გაზომილი პოტენციალი უდრის პოტენციალის თეორიულ მნიშვნელობას, თუ იონების კონცენტრაციას შევცვლით ნერნსტის ფორმულაში.

მაგრამ რაც უფრო მაღალია ელექტროლიტის კონცენტრაცია, მით უფრო დიდია შეუსაბამობა და გამოითვლება განტოლებით (11). ელექტროლიტური იონების მაღალი კონცენტრაციის დროს გამოთვლებისთვის გამოიყენება ფორმულა (10). შემდეგ, ამ ფორმულის გამოყენებისას, ელექტროდის თეორიული პოტენციალი ყოველთვის იქნება ექსპერიმენტულად გაზომილი პოტენციალის ტოლი.

EMF-ის კავშირი თერმოდინამიკურ პარამეტრებთან.

EMF-ის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე

1. მუდმივი წნევისა და ტემპერატურის დროს ელექტროქიმიური რეაქციის ენერგიის გიბსის ენერგიის შემცირება უდრის მაქსიმალურ სასარგებლო სამუშაოს, რაც თავის მხრივ უდრის nFE-ს:

(12)

2. კავშირი გალვანური უჯრედების EMF-სა და მასში მიმდინარე რეაქციის ენთალპიისა და ენტროპიის ცვლილებას შორის

დადგენილია გიბს-ჰელმჰოლცის განტოლების საფუძველზე.

(13)

(1) და (12) განტოლებების გაერთიანება იძლევა

ამრიგად, გალვანური უჯრედის ემფ შეიძლება გამოიხატოს შემდეგნაირად:

სად არის ემფ-ის ტემპერატურული კოეფიციენტი.

(15)

ენტროპიის ცვლილება შეიძლება გამოიხატოს შემდეგნაირად.

(16).

ელექტროქიმიური რეაქციის დროს ენთალპიის ცვლილება უდრის:

განტოლების ანალიზი (13) 1. თუ =0, მაშინ . გამოიყენება გალვანური უჯრედებისთვის, რომლებიც გამოიყენება სტანდარტადელექტრო გაზომვები

მაგალითად, ვესტონის ელემენტი.< (электрическая работа больше теплового эффекта реакции). Недостаток энергии система заимствуют из окружающей среды, процесс эндотермический.

2. >0, მაშინ<0, то >(ელექტრული სამუშაო ნაკლებია, ვიდრე რეაქციის თერმული ეფექტი).

იზოთერმული პირობებში გალვანური უჯრედი ათავისუფლებს სითბოს გარემოში, ეგზოთერმული პროცესი.

მაგალითი. მოცემულია გალვანური უჯრედი

E=1.015B, T=279K, ∆E/∆T= - 4.02*10 -4 B/K.

განსაზღვრეთ გალვანური უჯრედი.

გიბსის ენერგია:

ენტროპიის ცვლილება:

ენთალპიის ცვლილება (რეაქციის თერმული ეფექტი):

ამრიგად, ამ გალვანური უჯრედის მუშაობის დროს ქიმიური რეაქციის თერმული ეფექტი უდრის - 217,1 კჯ/მოლ - სითბოს ეს რაოდენობა ასევე გამოიყოფა, თუ რეაქცია მოხდება გალვანური უჯრედის გარეთ.