Видно, что для смещения равновесия вправо (т.е. для ускорения прямой реакции) в соответствии с принципом Ле Шателье нужно:
поддерживать оптимальную tº, высокое давление, повышать [ N2 ] и [ H2 ]
и понижать [ NH3 ]. Что касается применения катализаторов, то доказано, что они ускоряют обе реакции – прямую и обратную, поэтому не смещают химического равновесия.
Анри Луи Ле Шателье (1850 – 1936)
Французский физик и химик Ле Шателье окончил Высшую горную школу в Париже. После её окончания Ле Шателье работал горным инженером в Алжире, с 1877 по 1919 год был профессором Парижской Высшей горной школы, где преподавал общую и техническую химию. Он был также профессором кафедры общей химии в Коллеж де Франс (1898-1907), а с 1907 по 1925 год – профессором Парижского университета. В 1907 году был избран членом Парижской Академии наук. Большинство работ Ле Шателье посвящены прикладным проблемам; он был одним из первых химиков, систематически проводившим фундаментальные исследования металлургических и химико-технологических процессов. В 1884 году Ле Шателье сформулировал принцип динамического равновесия, ныне носящий его имя. Согласно этому принципу, система, находящаяся в состоянии устойчивого химического равновесия, при внешнем воздействии стремится вернуться в первоначальное состояние. Принцип Ле Шателье используется для моделирования различных технологических процессов. Независимо от Ф. Габера в 1901 году Ле Шателье нашёл оптимальные условия синтеза аммиака.
Периодический закон –1869 год
Вечером 1 марта 1869 года Д.И.Менделеев набело переписал составленную им таблицу и под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» послал ее в типографию. Так был открыт Периодический закон... Сегодня он формулируется так: «Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов». Менделееву тогда было всего 35 лет. В 1905 году Менделеев написал: «По-видимому, Периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает, хотя как русского, меня хотели затереть, особенно немцы».
Дмитрий Иванович Менделеев (1834 – 1907)
Родился в Тобольске и был семнадцатым ребенком в большой семье. Окончил Главный педагогический институт в Петербурге в 1855 году. В 1855-1856 годах – учитель гимназии при Ришельевском лицее в Одессе. В 1857-1890 преподавал в Петербургском университете (с 1865 года – профессор), одновременно в 1863-1872 годы – профессор Петербургского технологического института.
Научные работы относятся к общей химии, а также к физике, химической технологии, экономике, сельскому хозяйству, метрологии, географии, метеорологии. Автор первого русского учебника «Органическая химия» (1861). Работая над трудом «Основы химии», открыл в 1869 году фундаментальный закон природы – Периодический закон. Развил идеи периодичности, ввёл понятие о месте элемента в Периодической системе как совокупности его свойств в сопоставлении со свойствами других элементов. На этой основе исправил значения атомных масс многих элементов (бериллия, индия, урана и других). Предсказал в 1870 году существование и описал свойства трех еще не открытых элементов – «экаалюминий» (открыт в 1875 – Ga), «экабор» (открыт в 1879 – Sc) и «экасилиций» (открыт в 1885 – Ge). Затем предсказал существование еще восьми элементов, в их числе Po, Tc, At, Fr. Менделеев сконструировал пикнометр – прибор для определения плотности жидкости, создал гидратную теорию растворов. Исследуя газы, нашел общее уравнение состояния идеального газа – уравнение Клапейрона-Менделеева). В 1877 году предложил принцип дробной перегонки при переработке нефти. Выдвинул в 1880 году идею подземной газификации угля. Один из основателей в 1868 году Русского химического общества. В его честь назван элемент №101 – менделевий, Md. АН СССР учредила в 1962 году премию и Золотую медаль им. Д. И. Менделеева за лучшие работы по химии и химической технологии.
Теория электролитической диссоциации – 1887 год
Соли, кислоты и основания при растворении в воде и некоторых других полярных растворителях диссоциируют на ионы;
Ионы существуют в растворе независимо от того, проходит через раствор электрический ток или нет, вследствие этого число независимо движущихся частиц растворенного вещества больше, чем при отсутствии диссоциации;
Процесс диссоциации протекает обратимо. При уменьшении концентрации диссоциация становится практически полной
Сванте Август Аррениус (1859 – 1927)
Шведский физик и химик, автор теории электролитической диссоциации, лауреат Нобелевской премии по химии. С раннего детства Сванте проявлял исключительные способности к биологии, физике и математике. 1876 году Сванте поступил в Упсальский университет, где изучал математику, физику, химию. 1878 году ему присвоили степень бакалавра естественных наук. Он продолжал изучение физики в этом университете еще три года, однако ему были нужны глубокие знания, поэтому 1881 году он выехал в Стокгольм для продолжения исследований в области электричества.
В результате исследований он выдвинул предположение, что молекулы некоторых веществ во время растворения в жидкости диссоциируют или распадаются на две или больше долек, которые он назвал ионами. Несмотря на то, что каждая целая молекула электронейтральна, ее составные несут небольшой электрический заряд – положительный или отрицательный, в зависимости от природы частицы. Например, молекулы NaCl в процессе растворения в воде распадаются на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора. Эти заряженные частицы образуются только в растворе и делают возможным прохождение электрического тока. Электроток, в свою очередь, направляет ионы к противоположно заряженным электродам. На основании этой гипотезы Аррениус защитил 1884 году докторскую диссертацию. 1886 году Аррениус стал стипендиатом Королевской академии Швеции. Это позволило проводить исследования за границей. В Стокгольмском университете Аррениус получил должность профессора и с 1897 года стал ректором университета. В 1903 году Аррениусу была присуждена Нобелевская премия в области химии «как признание особого значения его теории диссоциации для развития химии».
Ряд активности металлов – 1863 год
Берцелиус на основе электрохимической теории сродства построил классификацию элементов, разделив их на «металлоиды» («неметаллы»), и «металлы», поставив между ними водород. Последовательность металлов по их способности вытеснять друг друга, давно известная химикам, была в 1860 и последующие годы особенно основательно и всесторонне изучена и дополнена Н. Н. Бекетовым.
ослабление активности и уменьшение вытеснительной силы металлов
Николай Николаевич Бекетов
(1827 – 1911)
Русский физико-химик, академик Петербургской АН (1886), один из основоположников физической химии. Учился в Первой Санкт-Петербургской гимназии; в 1844 году поступил в Петербургский университет, но с третьего курса перевёлся в Казанский университет, который окончил в 1849 году со степенью кандидата естественных наук. Окончив Казанский университет, работал у Н. Н. Зинина. С 1855 года адъюнкт химии, в 1859 – 1887 годах профессор Харьковского университета. В 1865 году защитил докторскую диссертацию «Исследования над явлениями вытеснения одних металлов другими». Бекетов открыл вытеснение металлов из растворов их солей водородом под давлением. В 1859 –1865 годах показал, что при высоких температурах алюминий восстанавливает металлы из их оксидов. Позднее эти опыты послужили отправной точкой для возникновения алюминотермии. С его именем связывают «Вытеснительный ряд металлов», хотя правильнее называть его «Электрохимический ряд напряжений», окончательно утвердившийся благодаря работам В. Г. Нернста.
Вальтер Герман Нернст
(1864 – 1941)
Немецкий физик и химик. Профессор и академик. Лауреат Нобелевской премии по химии 1920 года «в признание его работ по термодинамике». Нернст ввёл точную количественную величину, характеризующую способность каждого металла переходить в раствор в виде ионов, а также восстанавливаться из ионов до металла на электроде, а соответствующий ряд получил название Ряда стандартных электродных потенциалов.
Закон Авогадро – 1811 год
Для количественной характеристики любого газа используют давление, температуру и занимаемый объем. Наиболее часто применяют так называемые нормальные условия (н.у.) Согласно закону Авогадро: одинаковые объемы различных газов при одинаковых условиях (давлении и температуре) содержат одинаковое число молекул.
Большое практическое значение имеет следствие из закона Авогадро:
при нормальных условиях (н.у.) один моль любого газа занимает объем, равный 22,4 л.
Объем 22,4 л называют молярным объемом газа и обозначают соответственно VM = 22,4 л/моль.
Амедео Авогадро
(1776 – 1856)
Амедео Авогадро родился 9 августа 1776 года в городе Турин, в Италии, в семье юристов. Амедео в 16 лет с успехом окончил школу. К двадцати годам он уже становится доктором философии. Изучая философию и юриспруденцию, он продолжал проявлять живой интерес к математике и физике. Уже через несколько лет это увлечение сделало его знаменитым физиком.
Вскоре он оставил юридическую практику и в 1804 году стал членом Туринской академии наук. В 1809 году Авогадро получил звание профессора натуральной философии Королевской школы города Верчелли, а в 1820 году – почётное звание профессора физико-математических наук в Туринском университете. Ранние его работы были научными записками на тему электричества, удельной теплоёмкости веществ, расширении жидкости при нагреве. Многие исследования изложены в работе «Физическая природа весомых тел, или Трактат о структуре материальных тел». Известность к Авогадро пришла с выдвижением гипотезы, получившей название «закон Авогадро». Своё открытие он изложил в публикации, появившейся в 1811 году. Этот закон утверждает, что, при данном значении температуры и равных объёмах, газы содержат равное количество молекул, независимо от своей химической природы и физических свойств. Первым открытие Авогадро признал известный учёный своего времени Джозеф Луи Гей-Люссак. Число 6.022·1023, выражающее количество молекул в одном моле, получило название «числа Авогадро» – в честь неоценимого вклада учёного в развитие физики и математики, а также за разработку «молекулярной теории».
Закон Дальтона – 1811 год
Из закона Авогадро следует ещё один важный вывод, известный как закон Дальтона.
Объемы реагирующих газов и продуктов их реакций относятся друг к другу как небольшие целые числа (коэффициенты в уравнении реакции):
Джон Дальтон
(1766 – 1844)
Джон Дальтон был английским химиком, метеорологом и физиком, который приобрёл известность своими работами над «современной атомной теорией строения вещества» и «цветовой слепотой» – дальтонизмом. Джон Дальтон родился в небольшом поселении Иглсфилд в Англии, в семье бедного ткача, придерживающегося квакерских христианских взглядов. Где-то около 1790 года Дальтон строил планы поступления на юридический или медицинский факультет института, но, поскольку он принадлежал к «сектантам» – к членам групп, противостоявших англиканской церкви – учиться в английских учебных заведениях ему запрещалось. В 1793 году Дальтон переехал в Манчестер, где получил пост учителя математики и натуральной философии в Новом колледже – сектантской академии, предоставляющей рабочие места религиозным нонконформистам с высшим образованием. С 1801 года учёный вывел «закон Дальтона», ввёл термин «дальтонизм» для определения цветовой слепоты, получивший своё название от имени учёного. В вышедшем в свет в 1808 году труде «Новая система философии химии», он разработал «атомную теорию строения вещества» и стал первым учёным, составившим таблицу относительных атомных весов. Эта теория, заложившая основы для дальнейших исследований в данной области, актуальна и в наше время.
Свойства некоторых веществ, которые следует знать
H2SO4 разбавленная реагирует с металлами как обычная кислота в соответствии с их положением в ряду напряжений, например:
H2SO4 + Fe → Fe SO4 + H2↑
H2SO4 + Cu ≠
H2SO4 концентрированная холодная пассивирует Al, Cr, Fe
H2SO4 концентрированная горячая сильный окислитель, реагирует со всеми металлами, независимо от положения в ряду напряжений, кроме благородных платины, золота:
с активными металлами
5H2SO4 + 4Mg ℃→ 4Mg SO4 + H2S↑ + 4H2O
с металлами средней активности
4H2SO4 + 3Pb ℃→ 3Pb SO4 + S + 4H2O
с неактивными металлами
2H2SO4 + Cu ℃→ Cu SO4 + SO2↑ + 2H2O
HNO3 разбавленная реагирует со всеми металлами, в зависимости от степени разбавления восстанавливается до NO↑, N2O↑, N2↑, NH3↑ и воды, например:
3Mg + 8HNO3 разб. → 3Mg(NO3)2 + 2NO + 4H2O
HNO3 концентрированная холодная пассивирует многие металлы, например, Al, Fe
HNO3 концентрированная горячая окисляет практически все металлы до высокой степени окисления, восстанавливаясь до бурого NO2↑ и H2O
Fe + 6HNO3 конц.℃→ Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
Cu + 4HNO3 конц. ℃→ Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
Нитраты при нагревании разлагаются
Нитрат аммония разлагается при нагревании до оксида азота (+1) и воды
NH4NO3 → N2O + 2H2O
Нитрит аммония разлагается до азота и воды
NH4NO2 → N2↑ + 2H2O
Электрохимический ряд напряжений металлов
Li Rb
K
Ba
Ca
Na
Mg
Al
Mn
Cr
Zn
Fe
Co
Sn
Pb
H2
Sb
Cu
Hg
Ag
Au
Восстановительная активность металлов (способность отдавать электроны) увеличивается
Li+ Rb+
K+
Ba2+
Ca2+
Na+
Mg2+
Al3+
Mn2+
Cr2+
Zn2+
Fe2+
Co2+
Sn2+
Pb2+
2H+
Sb3+
Cu2+
Hg2+
Ag+
Au3+
Окислительная активность ионов (способность захватывать электроны) увеличивается
1) Металлы высокой активности (от Li до Al) реагируют с водой с образованием гидроксидов и водорода:
2Cs + 2HOH → 2CsOH + H2↑
Ca + 2HOH → Ca(OH)2 + H2↑
2Alамальг. + 6HOH → 2Al(OH)3↓ + 3H2↑
2) Металлы средней активности (от Mn до Pb) реагируют с водой с образованием оксидов и водорода:
Fe + H2O → FeO + H2↑
Ni + H2O → NiO + H2↑
3) Неактивные металлы (от Sb до Au) с водой и обычными кислотами-неокислителями не реагируют.
Электролитическая сила кислот (способность диссоциировать)
HI HBr
HClO4
HCl
H2SO4
HNO3
H2SO3
H3PO4
HF
HNO2
H2CO3
H2S
H3BO3
HCN
H2SiO3
сильные кислоты
кислоты средней силы
слабые кислоты
Степень диссоциации () уменьшается
Вытеснительная сила кислот (реакции с солями)
H2SO4 HNO3
H3PO4
H2SO3
HNO2
CH3COOH
H2CO3
H2S
HCN
H2SiO3
HClO4
Вытеснительная сила кислот уменьшается
Ресурсы Интернет и литература:
http://www.xumuk.ru/ Сайт о химии и для химиков
http://orgchem.ru/ Органическая химия. Электронный учебник для средней школы от СГАУ
http://www.alhimik.ru/ Алхимик - ваш помощник, лоцман в море химических веществ и явлений
http://him.1september.ru/ «1 сентября». Все для учителя химии
https://ru.wikipedia.org/wiki/Портал:Химия Химический портал Википедии
https://dic.academic.ru/ Химии история
Джуа М. История химии. М., «Просвещение», 1975
Миттова И.Я., Самойлов А.М. «История химии с древнейших времён до конца XX века», 1-2 том. Учебное пособие». М., «Просвещение», 2012
Кузьменко Н.Е. и др. Начала химии. М.: Экзамен, 2005.
Химия. Неорганическая химия. 8 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. М., «Просвещение», 2017
Химия. Неорганическая химия. 9 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. М., «Просвещение», 2017
Химия. Органическая химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. М., «Просвещение», 2017
Химия. Основы общей химии. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. М., «Просвещение», 2017
Ерохин Ю.М. Химия: учебник для студентов ССУЗов. М., издательский центр «Академия», 2014
Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. «Аванта», М., 2003
Занимательные задания и эффектные опыты по химии. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. «Дрофа», М., 2002
Книга по химии для домашнего чтения. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. «Химия», М., 1995
Лидин Р.А. Реакции неорганических веществ: справочник. М., «Дрофа», 2007
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.