Основы химии (стр. 31 из 32)
Так, для следующей гетерогенной равновесной системы:
FeO(тв)+H2(г)↔Fe(т)+H2O(г)
выражение константы равновесия не будет содержать ни оксида железа, ни железа:
К=[H2O(г)]/[H2(г)]
А для системы:
CO3(тв)↔CaO(тв)+CO2(г)
в выражение константы равновесия входит только СО2: К=[СО2]
11.4. Химико-экологические равновесия.
Химическая реакция в любой неживой или живой системе самопроизвольно протекает только в направлении ведущему к достижению равновесия. После достижения равновесия изменений в системе не наблюдается. Рассматриваемые нами ранее системы, системы лабораторных и промышленных масштабов, относятся к системам закрытого типа. В этих системах, как правило, может происходить обмен с окружающей средой только энергией, но за границы системы не происходит проникновение вещества.
Микро- и макро-экосистемы, являются открытыми системами, т.к. они обмениваются с окружающей средой как энергией, так и веществом. Существующее или возникающее равновесие в этих системах зачастую носит временной характер.
Глобальные природные или антропогенные воздействия на установившееся равновесие в микро- или макроэкосистеме приводит к смещению этого равновесия и протеканию химических или физикохимических процессов могущих привести к изменению самой структуры системы. Рассмотрим конкретный пример: эрозия горных, ландшафтных пород, протекающих под воздействием воды, углекислого газа и кислорода. Карбонатные составляющие этих пород вступают в реакцию с водой и углекислым газом.
CaCO3+H2O+CO2↔Ca(HCO3)2
Мы знаем, что подобные реакции идут медленно и достигают равновесия. Но в природе процесс ускоряется и равновесие смещается вправо. Поступающий с атмосферными осадками к карбонатным породам (растворимый в воде) углекислый газ и отвод в окружающую среду продукта реакции Ca(HCO3)2 вызывает сдвиг равновесия и разрушению горных пород.
В экосистемах без антропогенного воздействия длительное время могут существовать псевдоравновесия, т.е. кажущиеся равновесия. Например, такие микроэкосистемы как сухая древесина, каменный уголь, торф, нефть из-за высокой энергии активации находятся в равновесии с окружающей средой.
Однако в результате нарушения этого псевдоравновесия загораются торфяники, залежы угля, газовые или нефтяные месторождения.
Реакции в открытых системах очень часто являются необратимыми (хотя в закрытых системах эти процессы являлись бы равновесными). Это обусловлено прежде всего тем, что часть конечного продукта удаляется, выводится из сферы взаимодействия и он уже не может участвовать в обратной реакции.
Даже такие микросистемы как растущее и гниющее дерево можно рассматривать с позиции открытых систем. Растущее дерево постоянно поглощает питательные вещества (химические соединения), углекислый газ, воду и энергию, этим процессом оно создает растительную ткань и выделяет кислород. Процесс односторонний – дерево растет.
Гниющее дерево, наоборот, поглощает кислород и выделяет углекислый газ, воду и энергию. Гниение – процесс, который идет до конца, т.к. продукты реакции удаляются, их концентрация никогда не достигает равновесного значения. Энергия рассеивается.
Глава 12.
Растворы.
12.1. Общая характеристика растворов. Классификация.
Если кто-то предполагает, что жидкофазное состояние вещества является раствором, допускает ошибку. Растворы бывают не только жидкими, но твердыми и газообразными. Отличительной особенностью раствора является то, что они состоят из двух и более веществ, причем эти вещества настолько перемешаны, что составляют гомогенные системы. В отличии от растворов жидкое состояние вещества содержит молекулы одного типа. (Дистиллированная вода – молекулы H2O, толуол – молекулы С6Н5–СН3 и тд.)
Раствором называется гомогенная система (гомогенная смесь), состоящая из двух и более компонентов, одним из которых является растворителем, а остальные – растворимые вещества. Схематично состав раствора можно представить так: 
Раствор (гомогенная смесь) = Растворимое вещество + Растворителькомпоненты раствора
Растворителем является то вещество, которое находится в таком же агрегатном состоянии, что и раствор. Типы растворов приведены в следующей таблице.
Таблица 12.1.
| Тип раствора | Компоненты раствора (агрегатное состояние) | Примеры растворов | |
| Растворитель | Растворимое вещество | ||
| газовый* | газ | газ | воздух |
жидкость | жидкость | газ | кислород в воде, соляная кислота |
| жидкость** | жидкость | спирт в воде | |
| жидкость | твердое | соль в воде | |
твердый*** | твердый | газ | раствор водорода в платине |
| твердый | жидкость | ртуть в серебре (амальгама) | |
| твердый | твердый | серебро в золоте | |
Примечание к таблице 12.1.
* Газовые растворы обычно называют газовыми смесями.
** Если оба вещества являются жидкостями, то раствором выступает та жидкость, которой больше.
*** Твердые растворы бывают двух типов: растворы внедрения и растворы замещения. Растворы внедрения образуются в том случае, когда молекулы растворяемого вещества в два и более раза больше, чем молекулы растворителя. В этом случае молекулы внедряются в кристаллическую решетку растворителя и занимают место в пространстве между узлами решетки. Примером раствора внедрения является раствор водорода в платине. В растворах замещения атомы растворяемого вещества замещают часть атомов растворителя в узлах решетки. Такие растворы образуются в случае близости размеров атомов растворителя и вещества. Примером является раствор серебра в золоте.
В первом случае, когда растворителем является жидкость, в среде которой растворяемое вещество “раздробляется” до молекул (или атомов) и распределяется в ней в виде нейтральных частиц, образуются растворы неэлектролитов. Примером раствора неэлектролита может быть раствор сахара в воде. Во втором случае, когда в жидком растворителе, например в воде, растворяемое вещество, кроме обычного растворения, еще и распадается (диссоциирует) на ионы, которые распределяются в среде растворителя, образуются растворы электролитов. Примером тагого раствора электролита может быть раствор поваренной соли (NaCl) в воде.
Растворы электролитов проводят электрический ток, их называют проводниками второго рода, т.к. они обладают ионной проводимистью.
Вещества, не диссоциирующие на ионы под действием растворителя, называются неэлектролитами. К ним относится большое число органических соединений, содержащие неполярные или слабо полярные молекулы (сахар, крахмал, глюкоза). Растворы неэлектролитов не проводят электрический ток. Электролитами называют вещества, растворы или расплавы которых проводят электроток. Электролитами являются вещества с ионной и сильно полярными ковалентными связями.
12.2. Растворимость. Факторы влияющие на растворимость.
Растворимостью называется способность вещества растворятся в данном растворителе при данной температуре.
Различают:
¾ неограниченную растворимость (вода – спирт, жидкие KCl – KBr).
¾ ограниченная (вода – эфир, жидкие LiCl – KCl).
¾ практическое отсутствие растворимости (вода – керосин, жидкие LiF – CsCl).
Мерой растворимости является концентрация вещества (его содержание) в насыщенном растворе.
Растворы бывают: насыщенные, пересыщенные и ненасыщенные. Насыщенным считается раствор, который находится в равновесии с растворяемым веществом. В насыщенном растворе содержится предельное при данных условиях количество растворенного вещества. Раствор является пересыщенным, если в нем содержится растворенного вещества больше, чем расчитано по растворимости. Раствор, содержащий вещества меньше, чем определено по растворимости, называется ненасыщеным.
На практике растворимость вещества выражается величиной, называемой коэффициентом растворимости. Коэффициент растворимости показывает массу вещества, насыщаемую при данной температуре 100 граммов растворителя.
Растворимость некоторых веществ в воде представлена в таблице 12.2.
Таблица 12.2.
| Вещество | Растворимость: масса вещества (г) в 100 г воды при температурах | ||||||
| 00C | 100C | 200C | 400C | 600C | 800C | 1000C | |
| SO2 | 22,83 | 16,21 | 11,29 | 5,41 | 3,2 | 2,1 | – |
| NH3 | 89,7 | 68,3 | 52,9 | 31,6 | 16,8 | 6,5 | 0 |
| CuSO4 | 14,3 | 17,4 | 20,7 | 28,5 | 40,0 | 55,0 | 75,4 |
| K2SO4 | 7,35 | 9,22 | 11,11 | 14,76 | 18,17 | 21,4 | 24,1 |
| Al2(SO4)3 | 31,2 | 33,5 | 36,4 | 45,7 | 59,2 | 73,1 | 89,0 |
| NaCl | 35,7 | 35,8 | 36,0 | 36,6 | 37,3 | 38,4 | 39,8 |
| NH4Cl | 29,4 | 33,3 | 37,2 | 45,2 | 55,2 | 65,6 | 77,3 |
| KNO3 | 13,3 | 20,9 | 31,6 | 63,9 | 110,0 | 169 | 243 |
| KNO2 | 278,8 | – | 298,4 | 334,9 | 350 | 376 | 412,9 |
Процесс растворения протекает в две стадии. На первой стадии происходит разрушение агрегатного состояния растворяемого вещества. На этой стадии происходит затрата энергии. Энтальпия первой стадии процесса растворения имеет знак плюс.