الفيزياء الجزيئية تدرس خصائص الأجسام ، مسترشدة بسلوك الجزيئات الفردية. تحدث جميع العمليات المرئية على مستوى تفاعل أصغر الجسيمات ، وما نراه بالعين المجردة هو نتيجة فقط لهذه الروابط العميقة الدقيقة.

في تواصل مع

مفاهيم أساسية

يُنظر أحيانًا إلى الفيزياء الجزيئية على أنها امتداد نظري للديناميكا الحرارية. نشأت الديناميكا الحرارية قبل ذلك بكثير ، وكانت تعمل في دراسة نقل الحرارة إلى العمل ، والسعي وراء أهداف عملية بحتة. لم تقدم دليلًا نظريًا يصف فقط نتائج التجارب. ظهرت المفاهيم الأساسية للفيزياء الجزيئية لاحقًا في القرن التاسع عشر.

يدرس تفاعل الأجسام على المستوى الجزيئي ، مسترشدًا بطريقة إحصائية تحدد أنماط الحركات الفوضوية للجزيئات الصغيرة - الجزيئات. تكمل الفيزياء الجزيئية والديناميكا الحرارية بعضهما البعض ،النظر في العمليات من وجهات نظر مختلفة. في الوقت نفسه ، لا تتعلق الديناميكا الحرارية بالعمليات الذرية ، بل تتعامل فقط مع الأجسام العيانية ، بينما تنظر الفيزياء الجزيئية ، على العكس من ذلك ، في أي عملية على وجه التحديد من وجهة نظر تفاعل الوحدات الهيكلية الفردية.

جميع المفاهيم والعمليات لها تسمياتها الخاصة ويتم وصفها بواسطة صيغ خاصة تمثل بشكل واضح تفاعلات وتبعيات معلمات معينة على بعضها البعض. تتقاطع العمليات والظواهر في مظاهرها ، ويمكن أن تحتوي الصيغ المختلفة على نفس الكميات ويمكن التعبير عنها بطرق مختلفة.

كمية الجوهر

تحدد كمية المادة العلاقة بين (الكتلة) وعدد الجزيئات التي تحتويها هذه الكتلة. الحقيقة هي أن المواد المختلفة التي لها نفس الكتلة لها عدد مختلف من الجسيمات الصغيرة. لا يمكن فهم العمليات التي تحدث على المستوى الجزيئي إلا من خلال النظر في عدد الوحدات الذرية المشاركة في التفاعلات. وحدة قياس كمية المادة ،المعتمد في نظام SI ، - مول.

انتباه!يحتوي الخلد الواحد دائمًا على نفس العدد من الحد الأدنى من الجسيمات. يسمى هذا الرقم برقم أفوجادرو (أو ثابت) ويساوي 6.02 × 1023.

يستخدم هذا الثابت في الحالات التي تتطلب فيها الحسابات مراعاة التركيب المجهري لمادة معينة. يعد التعامل مع عدد الجزيئات أمرًا صعبًا ، حيث يتعين عليك العمل بأعداد ضخمة ، لذلك يتم استخدام الخلد - وهو رقم يحدد عدد الجزيئات لكل وحدة كتلة.

صيغة تحديد كمية المادة:

يتم حساب كمية المادة في حالات مختلفة ، ويستخدم في العديد من الصيغ وهو قيمة مهمة في الفيزياء الجزيئية.

ضغط الغاز

ضغط الغاز هو كمية مهمة ليس لها أهمية نظرية فقط ولكن لها أهمية عملية أيضًا. ضع في اعتبارك صيغة ضغط الغاز المستخدمة في الفيزياء الجزيئية ، مع التفسيرات اللازمة لفهم أفضل.

لصياغة الصيغة ، يجب إجراء بعض التبسيط. الجزيئات هي أنظمة معقدةوجود هيكل متعدد المراحل. من أجل التبسيط ، نعتبر جزيئات الغاز في وعاء معين كرات متجانسة مرنة لا تتفاعل مع بعضها البعض (غاز مثالي).

سيتم أيضًا افتراض أن سرعة حركة الحد الأدنى من الجسيمات هي نفسها. من خلال تقديم مثل هذه التبسيطات التي لا تغير الوضع الحقيقي كثيرًا ، يمكننا استنباط التعريف التالي: ضغط الغاز هو القوة التي تمارسها تأثيرات جزيئات الغاز على جدران الأوعية.

في الوقت نفسه ، مع الأخذ في الاعتبار الأبعاد الثلاثية للفضاء ووجود اتجاهين لكل بُعد ، من الممكن تحديد عدد الوحدات الهيكلية التي تعمل على الجدران باعتبارها 1/6 جزء.

وهكذا ، بالجمع بين كل هذه الشروط والافتراضات ، يمكننا أن نستنتج صيغة ضغط الغاز في ظل ظروف مثالية.

تبدو الصيغة كما يلي:

حيث P - ضغط الغاز ؛

ن هو تركيز الجزيئات ؛

ك - ثابت بولتزمان (1.38 × 10-23) ؛

Ek - جزيئات الغاز.

هناك نسخة أخرى من الصيغة:

P = nkT ،

أين ن هو تركيز الجزيئات ؛

t هي درجة الحرارة المطلقة.

صيغة حجم الغاز

حجم الغاز هو المساحة التي تشغلها كمية معينة من الغاز في ظل ظروف معينة. على عكس المواد الصلبة ، التي لها حجم ثابت ، وهي مستقلة عمليًا عن الظروف البيئية ، يمكن أن يتغير حجم الغاز مع الضغطأو درجة الحرارة.

صيغة حجم الغاز هي معادلة Mendeleev-Clapeyron ، والتي تبدو كالتالي:

PV = nRT

حيث P - ضغط الغاز ؛

V هو حجم الغاز.

ن هو عدد مولات الغاز ؛

R هو ثابت الغاز العالمي؛

T هي درجة حرارة الغاز.

من خلال التباديل البسيط ، نحصل على صيغة حجم الغاز:

مهم!وفقًا لقانون Avogadro ، فإن الأحجام المتساوية من أي غازات موضوعة في نفس الظروف تمامًا - الضغط ودرجة الحرارة - ستحتوي دائمًا على عدد متساوٍ من الحد الأدنى من الجسيمات.

بلورة

التبلور هو انتقال طور لمادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة ، أي عملية الذوبان العكسية. تحدث عملية التبلور مع إطلاق الحرارةالمطلوب إزالته من المادة. تتزامن درجة الحرارة مع نقطة الانصهار ، يتم وصف العملية برمتها بالصيغة:

س = λ م ،

حيث Q هي كمية الحرارة ؛

λ - حرارة الانصهار.

تصف هذه الصيغة كلا من التبلور والذوبان ، حيث إنهما في الواقع وجهان لنفس العملية. لكي تتبلور المادة ، يجب تبريده إلى درجة حرارة الانصهار.، ثم قم بإزالة كمية الحرارة التي تساوي ناتج الكتلة والحرارة النوعية للانصهار (λ). أثناء التبلور ، لا تتغير درجة الحرارة.

هناك طريقة أخرى لفهم هذا المصطلح - التبلور من المحاليل المفرطة التشبع. في هذه الحالة ، فإن سبب الانتقال ليس فقط تحقيق درجة حرارة معينة ، ولكن أيضًا درجة تشبع المحلول بمادة معينة. في مرحلة معينة ، يصبح عدد الجسيمات الذائبة كبيرًا جدًا ، مما يؤدي إلى تكوين بلورات مفردة صغيرة. يعلقون الجزيئات من المحلول ، وينتج نمو طبقة تلو الأخرى. اعتمادًا على ظروف النمو ، فإن البلورات لها أشكال مختلفة.

عدد الجزيئات

من الأسهل تحديد عدد الجسيمات الموجودة في كتلة معينة من مادة باستخدام الصيغة التالية:

ويترتب على ذلك أن عدد الجزيئات يساوي:

أي أنه من الضروري أولاً وقبل كل شيء تحديد كمية المادة لكل كتلة معينة. ثم يتم ضربها في رقم Avogadro ، مما ينتج عنه عدد الوحدات الهيكلية. بالنسبة للمركبات ، يتم الحساب عن طريق جمع الوزن الذري للمكونات. فكر في مثال بسيط:

حدد عدد جزيئات الماء في 3 جرام. تحتوي الصيغة (H2O) على ذرتين وواحدة. سيكون الوزن الذري الكلي لأدنى جزيء من الماء: 1 + 1 + 16 = 18 جم / مول.

كمية المادة في 3 جرام من الماء:

عدد الجزيئات:

١/٦ × ٦ × ١٠٢٣ = ١٠٢٣.

صيغة كتلة الجزيء

يحتوي الخلد الواحد دائمًا على نفس العدد من الحد الأدنى من الجسيمات. لذلك ، بمعرفة كتلة الخلد ، يمكننا تقسيمها على عدد الجزيئات (رقم أفوجادرو) ، مما ينتج عنه كتلة وحدة النظام.

وتجدر الإشارة إلى أن هذه الصيغة تنطبق فقط على الجزيئات غير العضوية. الجزيئات العضوية أكبر بكثير، حجمها أو وزنها لها معاني مختلفة تمامًا.

الكتلة المولية للغاز

الكتلة المولية هي الكتلة بالكيلوغرام من مول واحد من مادة ما. نظرًا لأن مولًا واحدًا يحتوي على نفس عدد الوحدات الهيكلية ، فإن صيغة الكتلة المولية تبدو كما يلي:

م = κ × السيد

حيث k هو معامل التناسب ؛

السيد هو الكتلة الذرية للمادة.

يمكن حساب الكتلة المولية للغاز باستخدام معادلة Mendeleev-Clapeyron:

pV = mRT / M ،

يمكن أن تستنتج منه:

M = mRT / الكهروضوئية

وبالتالي ، فإن الكتلة المولية للغاز تتناسب طرديًا مع ناتج كتلة الغاز مضروبة في درجة الحرارة وثابت الغاز العام ، وتتناسب عكسياً مع ناتج ضغط الغاز وحجمه.

انتباه!وتجدر الإشارة إلى أن الكتلة المولية للغاز كعنصر قد تختلف عن الغاز كمادة ، على سبيل المثال ، الكتلة المولية لعنصر الأكسجين (O) هي 16 جم / مول ، وكتلة الأكسجين كمادة (O2) 32 جم / مول.

الأحكام الأساسية لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات.

الفيزياء في 5 دقائق - الفيزياء الجزيئية

استنتاج

تتيح الصيغ الواردة في الفيزياء الجزيئية والديناميكا الحرارية حساب القيم الكمية لجميع العمليات التي تحدث مع المواد الصلبة والغازات. هذه الحسابات ضرورية في كل من البحث النظري والممارسة ، لأنها تساهم في حل المشكلات العملية.

الغازات هي أبسط شيء للبحث ، لذلك تمت دراسة خصائصها وتفاعلاتها بين المواد الغازية بشكل كامل. من أجل تسهيل تحليل قواعد القرار مهام الحسابعلى أساس معادلات التفاعلات الكيميائية ،من المستحسن النظر في هذه القوانين في بداية الدراسة المنهجية للكيمياء العامة

قال العالم الفرنسي ج. وضع جاي لوساك القانون العلاقات الجماعية:

فمثلا، 1 لتر كلور يربط مع 1 لتر من الهيدروجين , تشكيل 2 لتر من كلوريد الهيدروجين ; 2 لتر من أكسيد الكبريت (IV) متصل مع 1 لتر من الأكسجين مكونًا لترًا واحدًا من أكسيد الكبريت (VI).

سمح هذا القانون للعالم الإيطالي افترض أن جزيئات الغازات البسيطة ( الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكلور ، إلخ. ) يتألف من ذرتان متطابقتان . عندما يتحد الهيدروجين مع الكلور ، تنقسم جزيئاتهما إلى ذرات ، وتشكل الأخيرة جزيئات كلوريد الهيدروجين. ولكن نظرًا لأن جزيئين من كلوريد الهيدروجين يتكونان من جزيء واحد من الهيدروجين وجزيء واحد من الكلور ، فيجب أن يكون حجم الأخير مساويًا لمجموع أحجام الغازات الأولية.
وبالتالي ، يمكن شرح نسب الحجم بسهولة إذا انطلقنا من مفهوم الطبيعة ثنائية الذرة لجزيئات الغازات البسيطة ( H2 ، Cl2 ، O2 ، N2 ، إلخ. ) - وهذا بدوره بمثابة دليل على الطبيعة ثنائية الذرة لجزيئات هذه المواد.
سمحت دراسة خصائص الغازات لـ A. Avogadro بالتعبير عن فرضية تم تأكيدها لاحقًا من خلال البيانات التجريبية ، وبالتالي أصبحت تعرف باسم قانون Avogadro:

من قانون Avogadro يتبع مهمة عاقبة: في ظل نفس الظروف ، يحتل 1 مول من أي غاز نفس الحجم.

يمكن حساب هذا الحجم إذا كانت الكتلة معروفة 1 لتر غاز. تحت العادي الظروف ، (لا) أي درجة الحرارة 273 كلفن (درجة حرارة الغرفة) والضغط 101325 باسكال (760 مم زئبق) , كتلة 1 لتر من الهيدروجين 0.09 جم ، كتلته المولية 1.008 2 = 2.016 جم / مول. ثم الحجم الذي يشغله 1 مول من الهيدروجين في ظل الظروف العادية يساوي 22.4 لتر

في ظل نفس الظروف ، الكتلة 1 لتر الأكسجين 1.492 جرام ؛ الضرس 32 جم / مول . ثم حجم الأكسجين عند (n.s.) يساوي أيضًا 22.4 مول.

بالتالي:

الحجم المولي للغاز هو نسبة حجم المادة إلى كمية تلك المادة:

أين الخامس م - الحجم المولي للغاز (البعدلتر / مول ) ؛ V هو حجم مادة النظام ؛ن هو مقدار المادة في النظام. مثال على التسجيل:الخامس م غاز (نحن سوف.)= 22.4 لتر / مول.

بناءً على قانون أفوجادرو ، يتم تحديد الكتل المولية للمواد الغازية. كلما زادت كتلة جزيئات الغاز ، زادت كتلة نفس حجم الغاز. تحتوي الأحجام المتساوية من الغازات في نفس الظروف على نفس عدد الجزيئات ، وبالتالي عدد مولات الغازات. نسبة كتل الأحجام المتساوية من الغازات تساوي نسبة كتلها المولية:

أين م 1 - كتلة حجم معين من الغاز الأول ؛ م 2 هي كتلة الحجم نفسه من الغاز الثاني ؛ م 1 و م 2 - الكتل المولية للغازين الأول والثاني.

عادة ، يتم تحديد كثافة الغاز بالنسبة إلى أخف غاز - الهيدروجين (يشار إليه د H2 ). الكتلة المولية للهيدروجين هي 2 جم / مول . لذلك ، نحصل عليه.

الوزن الجزيئي لمادة في الحالة الغازية يساوي ضعف كثافة الهيدروجين.

غالبًا ما يتم تحديد كثافة الغاز بالنسبة للهواء. (د ب ) . على الرغم من أن الهواء عبارة عن مزيج من الغازات ، إلا أنها لا تزال تتحدث عن متوسط ​​كتلتها المولية. يساوي 29 جم / مول. في هذه الحالة ، يتم إعطاء الكتلة المولية بواسطة م = 29 د ب .

أظهر تحديد الأوزان الجزيئية أن جزيئات الغازات البسيطة تتكون من ذرتين (H2، F2، Cl2، O2 N2) وجزيئات الغازات الخاملة - من ذرة واحدة (هو ، ني ، أر ، كر ، إكس ، آكانيوز). بالنسبة للغازات النبيلة ، فإن "الجزيء" و "الذرة" متساويان.

قانون بويل - ماريوت: عند درجة حرارة ثابتة ، يتناسب حجم كمية معينة من الغاز عكسًا مع الضغط الذي يقع تحته.من هنا pV = const ,
أين ص - الضغط، الخامس - حجم الغاز.

قانون جاي لوساك: عند ضغط ثابت والتغير في حجم الغاز يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة ، أي
V / T = const
أين تي - درجة حرارة على مقياس إلى (كلفن)

قانون الغاز المشترك لبويل-ماريوت وجاي-لوساك:
pV / T = const.
تُستخدم هذه الصيغة عادةً لحساب حجم الغاز في ظل ظروف معينة ، إذا كان حجمه معروفًا في ظل ظروف أخرى. إذا تم الانتقال من الظروف العادية (أو إلى الظروف العادية) ، تتم كتابة هذه الصيغة على النحو التالي:
pV / T = ص 0 الخامس 0 / ت 0 ,
أين ص 0 ،الخامس 0 ، ت 0 - الضغط وحجم الغاز ودرجة الحرارة في ظل الظروف العادية ( ص 0 = 101 325 باسكال , تي 0 = 273 ك الخامس 0 = 22.4 لتر / مول) .

إذا كانت كتلة الغاز وكميته معروفة ، ولكن من الضروري حساب حجمه ، أو العكس ، استخدمه معادلة مندليف-كلابيرون:

أين ن - كمية مادة الغاز ، مول ؛ م - الكتلة ، ز ؛ م هي الكتلة المولية للغاز ، ز / صفار ; ص هو ثابت الغاز العام. ص \ u003d 8.31 جول / (مول * ك)

إلى جانب الكتلة والحجم في الحسابات الكيميائية ، غالبًا ما يتم استخدام كمية المادة ، والتي تتناسب مع عدد الوحدات الهيكلية الموجودة في المادة. في هذه الحالة ، في كل حالة ، يجب الإشارة إلى الوحدات الهيكلية (الجزيئات ، الذرات ، الأيونات ، إلخ) المقصودة. وحدة كمية المادة هي الخلد.

الخلد هو كمية مادة تحتوي على العديد من الجزيئات أو الذرات أو الأيونات أو الإلكترونات أو الوحدات الهيكلية الأخرى كما هو الحال في 12 جم من نظير الكربون 12C.

يتم تحديد عدد الوحدات الهيكلية الموجودة في 1 مول من مادة (ثابت أفوجادرو) بدقة كبيرة ؛ في العمليات الحسابية العملية ، يؤخذ يساوي 6.02 1024 مول -1.

من السهل إظهار أن كتلة 1 مول من مادة (الكتلة المولية) ، معبرًا عنها بالجرام ، تساوي عدديًا الوزن الجزيئي النسبي لهذه المادة.

وبالتالي ، فإن الوزن الجزيئي النسبي (أو الوزن الجزيئي باختصار) للكلور الحر C1r هو 70.90. لذلك ، الكتلة المولية للكلور الجزيئي هي 70.90 جم / مول. ومع ذلك ، فإن الكتلة المولية لذرات الكلور هي نصف (45.45 جم / مول) ، حيث أن 1 مول من جزيئات الكلور يحتوي على 2 مول من ذرات الكلور.

وفقًا لقانون أفوجادرو ، تحتوي الأحجام المتساوية من أي غازات يتم أخذها عند نفس درجة الحرارة والضغط على نفس عدد الجزيئات. بمعنى آخر ، يشغل نفس عدد جزيئات أي غاز نفس الحجم في ظل نفس الظروف. ومع ذلك ، يحتوي مول واحد من أي غاز على نفس عدد الجزيئات. لذلك ، في ظل نفس الظروف ، يحتل 1 مول من أي غاز نفس الحجم. هذا الحجم يسمى الحجم المولي للغاز وتحت الظروف العادية (0 درجة مئوية ، الضغط 101 ، 425 كيلو باسكال) هو 22.4 لتر.

على سبيل المثال ، العبارة "محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء 0.04٪ (حجم)" تعني أنه عند الضغط الجزئي لـ CO 2 يساوي ضغط الهواء وعند نفس درجة الحرارة ، فإن ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء سوف خذ 0.04٪ من الحجم الإجمالي الذي يشغله الهواء.

مهمة التحكم

1. قارن بين عدد الجزيئات الموجودة في 1 جم من NH 4 و 1 جم من N 2. في هذه الحالة وكم مرة يكون عدد الجزيئات أكبر؟

2. التعبير عن كتلة جزيء واحد من ثاني أكسيد الكبريت بالجرام.

4. كم عدد الجزيئات الموجودة في 5.00 مل من الكلور في الظروف العادية؟

4. ما هو الحجم الذي تشغله 27 10 21 جزيء غاز في الظروف العادية؟

5. التعبير عن كتلة جزيء NO 2 بالجرام -

6. ما هي نسبة الأحجام التي يشغلها 1 مول من O 2 و 1 مول من Oz (الشروط هي نفسها)؟

7. يتم أخذ كتل متساوية من الأكسجين والهيدروجين والميثان في ظل نفس الظروف. أوجد نسبة أحجام الغازات المأخوذة.

8. عندما سئل عن مقدار حجم 1 مول من الماء الذي سيأخذ في ظل الظروف العادية ، تم تلقي الإجابة: 22.4 لترًا. هل هذه هي الإجابة الصحيحة؟

9. التعبير عن كتلة جزيء واحد من حمض الهيدروكلوريك بالجرام.

كم عدد جزيئات ثاني أكسيد الكربون في لتر واحد من الهواء إذا كان محتوى حجم ثاني أكسيد الكربون 0.04٪ (ظروف طبيعية)؟

10. كم عدد المولات الموجودة في 1 م 4 من أي غاز في الظروف العادية؟

11. يعبر بالجرام عن كتلة جزيء واحد من H 2 O-

12. كم عدد مولات الأكسجين في 1 لتر من الهواء ، إذا كان الحجم

14. كم عدد مولات النيتروجين في 1 لتر من الهواء إذا كان حجم المحتوى 78٪ (الظروف العادية)؟

14. يتم أخذ كتل متساوية من الأكسجين والهيدروجين والنيتروجين في نفس الظروف. أوجد نسبة أحجام الغازات المأخوذة.

15. قارن بين عدد الجزيئات الموجودة في 1 جم من NO 2 و 1 جم من N 2. في هذه الحالة وكم مرة يكون عدد الجزيئات أكبر؟

16. كم عدد الجزيئات الموجودة في 2.00 مل من الهيدروجين في الظروف العادية؟

17. يعبر بالجرام عن كتلة جزيء واحد من H 2 O-

18. ما الحجم الذي تشغله 17 10 21 جزيء غاز في الظروف العادية؟

معدل التفاعلات الكيميائية

عند تحديد المفهوم معدل التفاعل الكيميائيمن الضروري التمييز بين ردود الفعل المتجانسة وغير المتجانسة. إذا استمر التفاعل في نظام متجانس ، على سبيل المثال ، في محلول أو في خليط من الغازات ، فإنه يحدث في الحجم الكامل للنظام. معدل رد الفعل المتجانستسمى كمية المادة التي تدخل في التفاعل أو تتشكل نتيجة تفاعل لكل وحدة زمنية في وحدة حجم النظام. نظرًا لأن نسبة عدد مولات المادة إلى الحجم الذي يتم توزيعها فيه هي التركيز المولي للمادة ، يمكن أيضًا تعريف معدل التفاعل المتجانس على أنه تغيير في التركيز لكل وحدة زمنية لأي من المواد: الكاشف الأولي أو منتج التفاعل. للتأكد من أن نتيجة الحساب تكون دائمًا موجبة ، بغض النظر عما إذا تم إنتاجها بواسطة كاشف أو منتج ، يتم استخدام علامة "±" في الصيغة:

اعتمادًا على طبيعة التفاعل ، يمكن التعبير عن الوقت ليس بالثواني فقط ، كما هو مطلوب بواسطة نظام SI ، ولكن أيضًا بالدقائق أو الساعات. أثناء التفاعل ، لا تكون قيمة معدله ثابتة ، ولكنها تتغير باستمرار: تتناقص ، حيث تنخفض تركيزات المواد الأولية. يعطي الحساب أعلاه متوسط ​​قيمة معدل التفاعل خلال فترة زمنية معينة Δτ = τ 2 - τ 1. يتم تعريف السرعة الحقيقية (اللحظية) على أنها الحد الذي تصل إليه النسبة من/ Δτ عند Δτ → 0 ، أي أن السرعة الحقيقية تساوي مشتق الوقت للتركيز.

بالنسبة للتفاعل الذي تحتوي معادلته على معاملات متكافئة تختلف عن الوحدة ، فإن قيم المعدل المعبر عنها للمواد المختلفة ليست هي نفسها. على سبيل المثال ، بالنسبة للتفاعل A + 4B \ u003d D + 2E ، فإن استهلاك المادة A هو مول واحد ، والمادة B عبارة عن ثلاث مولات ، ووصول المادة E هو مولات. لهذا υ (أ) = ⅓ υ (ب) = υ (د) = ½ υ (E) أو υ (هـ). = ⅔ υ (في) .

إذا استمر التفاعل بين المواد الموجودة في مراحل مختلفة من نظام غير متجانس ، فيمكن أن يحدث فقط عند السطح البيني بين هذه المراحل. على سبيل المثال ، يحدث تفاعل محلول حامضي وقطعة من المعدن على سطح المعدن فقط. معدل التفاعل غير المتجانستسمى كمية المادة التي تدخل في تفاعل أو تتشكل نتيجة تفاعل لكل وحدة زمنية لكل وحدة من الواجهة بين المراحل:

.

يتم التعبير عن اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على تركيز المواد المتفاعلة في قانون التأثير الجماعي: عند درجة حرارة ثابتة ، يكون معدل التفاعل الكيميائي متناسبًا طرديًا مع ناتج التركيزات المولية للمواد المتفاعلة مرفوعة إلى قوى مساوية للمعاملات في صيغ هذه المواد في معادلة التفاعل. ثم لرد الفعل

2A + B → المنتجات

النسبة υ ~ · منأ 2 منب ، وللانتقال إلى المساواة ، يتم إدخال معامل التناسب ك، اتصل معدل رد الفعل ثابت:

υ = ك· منأ 2 منب = ك[A] 2 [V]

(يمكن الإشارة إلى التركيزات المولية في الصيغ بالحرف منمع الفهرس المقابل وصيغة المادة الموضوعة بين قوسين معقوفين). المعنى المادي لثابت معدل التفاعل هو معدل التفاعل بتركيزات جميع المواد المتفاعلة التي تساوي 1 مول / لتر. يعتمد حجم ثابت معدل التفاعل على عدد العوامل على الجانب الأيمن من المعادلة ويمكن أن يكون من -1 ؛ ق -1 (لتر / مول) ؛ s –1 (l 2 / mol 2) ، إلخ ، أي أنه في أي حالة ، في الحسابات ، يتم التعبير عن معدل التفاعل في mol l –1 s –1.

بالنسبة للتفاعلات غير المتجانسة ، تتضمن معادلة قانون التأثير الجماعي تركيزات المواد الموجودة في الطور الغازي أو في المحلول فقط. تركيز المادة في الطور الصلب هو قيمة ثابتة ويتم تضمينه في معدل ثابت ، على سبيل المثال ، لعملية احتراق الفحم C + O 2 = CO 2 ، يتم كتابة قانون العمل الجماعي:

υ = كي const = ك·,

أين ك= كيمقدار ثابت.

في الأنظمة التي تكون فيها مادة واحدة أو أكثر غازات ، يعتمد معدل التفاعل أيضًا على الضغط. على سبيل المثال ، عندما يتفاعل الهيدروجين مع بخار اليود H 2 + I 2 \ u003d 2HI ، سيتم تحديد معدل التفاعل الكيميائي من خلال التعبير:

υ = ك··.

إذا زاد الضغط ، على سبيل المثال ، بمقدار 4 مرات ، فإن الحجم الذي يشغله النظام سينخفض ​​بنفس المقدار ، وبالتالي ، سيزداد تركيز كل مادة من المواد المتفاعلة بنفس المقدار. سيزداد معدل التفاعل في هذه الحالة بمقدار 9 مرات

الاعتماد على درجة الحرارة لمعدل التفاعلموصوفة من قبل قاعدة فانت هوف: لكل 10 درجات زيادة في درجة الحرارة ، يزيد معدل التفاعل بمقدار 2-4 مرات. هذا يعني أنه مع زيادة درجة الحرارة بشكل كبير ، يزداد معدل التفاعل الكيميائي بشكل كبير. الأساس في صيغة التقدم هو معامل درجة حرارة معدل التفاعلγ ، يوضح عدد مرات زيادة معدل تفاعل معين (أو ، ما هو نفسه ، ثابت المعدل) مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجات. رياضيا ، يتم التعبير عن قاعدة فانت هوف بالصيغ:

أو

أين و هي معدلات التفاعل ، على التوالي ، في البداية ر 1 والنهائي ر 2 درجات حرارة. يمكن أيضًا التعبير عن قاعدة Van't Hoff على النحو التالي:

; ; ; ,

أين و ، على التوالي ، معدل وثابت معدل التفاعل عند درجة حرارة ر؛ وهي نفس القيم عند درجة الحرارة ر +10ن; نهو عدد فترات "العشر درجات" ( ن =(ر 2 –ر 1) / 10) التي تغيرت بها درجة الحرارة (يمكن أن تكون عددًا صحيحًا أو رقمًا كسريًا ، موجبًا أو سالبًا).

مهمة التحكم

1. أوجد قيمة ثابت معدل التفاعل A + B -> AB ، إذا كانت تركيزات المواد A و B تساوي 0.05 و 0.01 مول / لتر على التوالي ، يكون معدل التفاعل 5 10 -5 مول / (لتر-دقيقة ).

2. كم مرة سيتغير معدل التفاعل 2A + B -> A2B إذا زاد تركيز المادة A بمقدار مرتين ، وانخفض تركيز المادة B بمقدار مرتين؟

4. كم مرة يجب زيادة تركيز مادة ما ، B 2 في النظام 2A 2 (g.) + B 2 (g.) \ u003d 2A 2 B (g.) ، بحيث يكون ذلك عند تركيز المادة A ينخفض ​​بمقدار 4 مرات ، لا يتغير معدل رد الفعل المباشر؟

4. بعد مرور بعض الوقت على بدء التفاعل 3A + B-> 2C + D ، كانت تركيزات المواد: [A] = 0.04 مول / لتر ؛ [B] = 0.01 مول / لتر ؛ [C] \ u003d 0.008 مول / لتر. ما هي التركيزات الأولية للمادتين A و B؟

5. في نظام CO + C1 2 = COC1 2 ، تمت زيادة التركيز من 0.04 إلى 0.12 مول / لتر ، وتركيز الكلور - من 0.02 إلى 0.06 مول / لتر. إلى أي مدى زاد معدل رد الفعل الآجل؟

6. يتم التعبير عن التفاعل بين المادتين A و B بالمعادلة: A + 2B → C. التركيزات الأولية هي: [A] 0 \ u003d 0.04 مول / لتر ، [B] o \ u003d 0.05 مول / لتر. ثابت معدل التفاعل 0.4. أوجد معدل التفاعل الأولي ومعدل التفاعل بعد مرور بعض الوقت ، عندما ينخفض ​​تركيز المادة أ بمقدار 0.01 مول / لتر.

7. كيف سيتغير معدل التفاعل 2СО + 2 = 2СО2 ، في وعاء مغلق ، إذا تضاعف الضغط؟

8. احسب عدد المرات التي سيزداد فيها معدل التفاعل إذا ارتفعت درجة حرارة النظام من 20 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية ، بافتراض أن معامل درجة الحرارة لمعدل التفاعل هو 4.

9. كيف سيتغير معدل التفاعل 2NO (r.) + 0 2 (g.) → 2N02 (r.) إذا زاد الضغط في النظام بمقدار 4 مرات ؛

10. كيف سيتغير معدل التفاعل 2NO (r.) + 0 2 (g.) → 2N02 (r.) إذا تم تقليل حجم النظام بمقدار 4 مرات؟

11. كيف سيتغير معدل التفاعل 2NO (r.) + 0 2 (g.) → 2N02 (r.) إذا زاد تركيز NO بمقدار 4 مرات؟

12. ما هو معامل درجة الحرارة لمعدل التفاعل إذا كان معدل التفاعل مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 40 درجة

بمعدل 15.6 مرة؟

أربعة عشرة. . أوجد قيمة معدل التفاعل الثابت A + B -> AB ، إذا كانت تركيزات المواد A و B تساوي 0.07 و 0.09 مول / لتر على التوالي ، يكون معدل التفاعل 2.7 10 -5 مول / (لتر-دقيقة).

14. يتم التعبير عن التفاعل بين المادتين A و B بالمعادلة: A + 2B → C. التركيزات الأولية هي: [A] 0 \ u003d 0.01 مول / لتر ، [B] o \ u003d 0.04 مول / لتر. ثابت معدل التفاعل 0.5. أوجد معدل التفاعل الأولي ومعدل التفاعل بعد مرور بعض الوقت ، عندما ينخفض ​​تركيز المادة أ بمقدار 0.01 مول / لتر.

15. كيف سيتغير معدل التفاعل 2NO (r.) + 0 2 (g.) → 2N02 (r.) إذا تضاعف الضغط في النظام؟

16. في نظام CO + C1 2 = COC1 2 ، تمت زيادة التركيز من 0.05 إلى 0.1 مول / لتر ، وتركيز الكلور - من 0.04 إلى 0.06 مول / لتر. إلى أي مدى زاد معدل رد الفعل الآجل؟

17. احسب عدد المرات التي سيزداد فيها معدل التفاعل إذا زادت درجة حرارة النظام من 20 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية ، بافتراض أن قيمة معامل درجة الحرارة لمعدل التفاعل هي 2.

18. احسب عدد المرات التي سيزداد فيها معدل التفاعل إذا ارتفعت درجة حرارة النظام من 40 درجة مئوية إلى 90 درجة مئوية ، بافتراض أن قيمة معامل درجة الحرارة لمعدل التفاعل هي 4.

السند الكيماوي. تشكيل وهيكل الجزيئات

1. ما هي أنواع الروابط الكيميائية التي تعرفها؟ أعط مثالاً على تكوين رابطة أيونية بطريقة روابط التكافؤ.

2. ما يسمى الرابطة الكيميائية التساهمية؟ ما هي سمة النوع التساهمي من الرابطة؟

4. ما هي الخصائص التي تتميز بها الرابطة التساهمية؟ أظهر هذا بأمثلة ملموسة.

4. ما نوع الرابطة الكيميائية في جزيئات H 2؟ Cl 2 HC1؟

5. ما هي طبيعة الروابط في الجزيئات NCI 4 ، CS 2 ، CO 2؟ وضح لكل منهما اتجاه إزاحة زوج الإلكترون المشترك.

6. ما يسمى الرابطة الكيميائية الأيونية؟ ما هي خاصية الرابطة الأيونية؟

7. ما نوع الرابطة الموجودة في جزيئات كلوريد الصوديوم ، N 2 ، Cl 2؟

8. ارسم جميع الطرق الممكنة لتداخل المدار s مع المدار p ؛. حدد اتجاه الاتصال في هذه الحالة.

9. اشرح آلية متلقي المانح للرابطة التساهمية باستخدام مثال تكوين أيون الفوسفونيوم [РН 4] +.

10. في جزيئات ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ، هل الرابطة قطبية أم غير قطبية؟ يشرح. صف الرابطة الهيدروجينية.

11. لماذا بعض الجزيئات التي لها روابط قطبية غير قطبية بشكل عام؟

12. النوع التساهمي أو الأيوني من الرابطة هو نموذجي للمركبات التالية: Nal ، S0 2 ، KF؟ لماذا الرابطة الأيونية هي الحالة المحددة للرابطة التساهمية؟

14. ما هي الرابطة المعدنية؟ كيف تختلف عن الرابطة التساهمية؟ ما هي خصائص المعادن التي تسببها؟

14. ما هي طبيعة الروابط بين الذرات في الجزيئات؟ KHF 2، H 2 0، HNO ?

15. كيف نفسر القوة العالية للرابطة بين الذرات في جزيء النيتروجين N 2 والقوة الأقل بكثير في جزيء الفوسفور P 4؟

16. ما هي الرابطة الهيدروجينية؟ لماذا يعتبر تكوين روابط الهيدروجين غير نموذجي لجزيئات H2S و HC1 ، على عكس H2O و HF؟

17. ما يسمى الرابطة الأيونية؟ هل الرابطة الأيونية لها خصائص التشبع والاتجاه؟ لماذا هي الحالة المقيدة للرابطة التساهمية؟

18. ما نوع الرابطة الموجودة في جزيئات كلوريد الصوديوم ، N 2 ، Cl 2؟

الجزء الأول

1. 1 مول من أي غاز عند n. ذ. يشغل نفس الحجم ، أي ما يعادل 22.4 لترًا. هذا الحجم يسمىالضرس ويشار إليه بواسطة Vm.

2. كمية المادة (ن) - النسبةحجم الغاز في n. ذ. إلى الحجم المولي:
n = V / Vm => Vm يقاس في l / mol.

3. لذلك مقدار الجوهر

4. أكمل جدول "الخصائص الكمية للمواد" بإجراء الحسابات اللازمة.

الجزء الثاني

1. إنشاء علاقة بين اسم القيمة وأبعادها.

2. حدد الصيغ المشتقة من الصيغة الرئيسية n = V / Vm.
2) V = n Vm
3) Vm = V / n

3. كم عدد الجزيئات الموجودة في 44.8 لتر من ثاني أكسيد الكربون؟ حل المشكلة بطريقتين.

4. ابتكر شرطًا للمشكلة حيث تحتاج إلى إيجاد عدد الجزيئات N ، إذا كان الحجم V معروفًا.
أوجد عدد جزيئات أكسيد النيتريك (II) إذا كان حجمه 67.2 لترًا.
حل المشكلة بأي شكل من الأشكال.

5. احسب كتلة 78.4 لترًا من الكلور.

6. أوجد حجم 297 جم من الفوسجين (COCl2).

7. احسب كتلة 56 لترًا من الأمونيا ، يُعرف محلول مائي بنسبة 10٪ منها في الطب باسم "الأمونيا".

8. قم بإيجاد مشكلة باستخدام المفاهيم التي تعلمتها. استخدم جهاز الكمبيوتر الخاص بك لإنشاء رسم لتوضيح هذه المهمة. اقترح طريقة لحلها. هل صحيح أن 22.4 لترًا من النيتروجين أو 22.4 لترًا من الهيدروجين لها نفس الكتلة؟ ادعم إجابتك بالحسابات.

كتلة 1 مول من مادة تسمى الكتلة المولية. ما هو حجم 1 مول من مادة تسمى؟ من الواضح أنه يسمى أيضًا الحجم المولي.

ما هو الحجم المولي للماء؟ عندما قمنا بقياس 1 مول من الماء ، لم نزن 18 جرامًا من الماء على الميزان - وهذا غير مريح. استخدمنا أدوات القياس: أسطوانة أو دورق ، لأننا علمنا أن كثافة الماء 1 جم / مل. لذلك ، يبلغ الحجم المولي للماء 18 مل / مول. بالنسبة للسوائل والمواد الصلبة ، يعتمد الحجم المولي على كثافتها (الشكل 52 ، أ). شيء آخر للغازات (الشكل 52 ، ب).

أرز. 52.
الأحجام المولية (غير متوفر):
أ - السوائل والمواد الصلبة. ب - المواد الغازية

إذا أخذنا 1 مول من الهيدروجين H 2 (2 جم) ، 1 مول من الأكسجين O 2 (32 جم) ، 1 مول من الأوزون O 3 (48 جم) ، 1 مول من ثاني أكسيد الكربون CO 2 (44 جم) وحتى 1 مول من بخار الماء H 2 O (18 جم) في نفس الظروف ، على سبيل المثال ، عادي (في الكيمياء ، من المعتاد استدعاء الظروف العادية (n.a.) درجة حرارة 0 درجة مئوية وضغط 760 مم زئبق ، أو 101.3 kPa) ، اتضح أن 1 مول من أي غاز سيشغل نفس الحجم ، أي ما يعادل 22.4 لترًا ، ويحتوي على نفس العدد من الجزيئات - 6 × 10 23.

وإذا أخذنا 44.8 لترًا من الغاز ، فما هي كمية المادة التي سيتم أخذها؟ بالطبع ، 2 مول ، لأن الحجم المعطى هو ضعف الحجم المولي. بالتالي:

حيث V هو حجم الغاز. من هنا

الحجم المولي هو كمية فيزيائية تساوي نسبة حجم المادة إلى كمية المادة.

يتم التعبير عن الحجم المولي للمواد الغازية في لتر / مول. فم - 22.4 لتر / مول. يُطلق على حجم الكيلومول الواحد كيلو مولار ويقاس بالمتر 3 / كمول (Vm = 22.4 م 3 / كمول). وفقًا لذلك ، يبلغ حجم الملي مولار 22.4 مل / مليمول.

المهمة 1. أوجد كتلة 33.6 م 3 من الأمونيا NH 3 (n.a.).

المهمة 2. أوجد الكتلة والحجم (n.s.) الذي يحتوي عليه 18 × 10 20 جزيءًا من كبريتيد الهيدروجين H 2S.

عند حل المشكلة ، دعنا ننتبه إلى عدد الجزيئات 18 × 10 20. نظرًا لأن 10 20 أصغر 1000 مرة من 10 23 ، فمن الواضح أنه يجب إجراء الحسابات باستخدام مليمول ، مل / مليمول و مجم / مليمول.

كلمات وعبارات

1. الأحجام المولية والمللي مولار والكيلومولار من الغازات.
2. الحجم المولي للغازات (في ظل الظروف العادية) هو 22.4 لتر / مول.
3. الظروف الطبيعية.

العمل مع الكمبيوتر

1. الرجوع إلى التطبيق الإلكتروني. ادرس مادة الدرس وأكمل المهام المقترحة.
2. ابحث في الإنترنت عن عناوين البريد الإلكتروني التي يمكن أن تكون بمثابة مصادر إضافية تكشف عن محتوى الكلمات الرئيسية والعبارات الواردة في الفقرة. اعرض على المعلم مساعدتك في إعداد درس جديد - قم بعمل تقرير عن الكلمات والعبارات الرئيسية في الفقرة التالية.

أسئلة ومهام

1. أوجد كتلة الجزيئات وعددها في n. ذ. من أجل: أ) 11.2 لترًا من الأكسجين ؛ ب) 5.6 م 3 نيتروجين ؛ ج) 22.4 مل من الكلور.
2. أوجد الحجم الذي عند n. ذ. سيأخذ: أ) 3 غرام من الهيدروجين ؛ ب) 96 كجم من الأوزون ؛ ج) 12 × 10 20 جزيء نيتروجين.
3. أوجد كثافات الأرجون والكلور والأكسجين والأوزون (كتلة 1 لتر) عند n. ذ. كم عدد جزيئات كل مادة سيتم احتواؤها في لتر واحد في نفس الظروف؟
4. احسب الكتلة 5 لتر (غير متوفر): أ) الأكسجين ؛ ب) الأوزون. ج) ثاني أكسيد الكربون CO 2.
5. حدد أيهما أثقل: أ) 5 لترات من ثاني أكسيد الكبريت (SO 2) أو 5 لترات من ثاني أكسيد الكربون (CO 2) ؛ ب) 2 لتر من ثاني أكسيد الكربون (CO 2) أو 3 لترات من أول أكسيد الكربون (CO).