6: Рівноважна хімія
- Page ID
- 24916
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Незалежно від проблеми, над якою працює хімік-аналітика, її вирішення вимагає знання хімії та вміння застосовувати ці знання для вирішення проблеми. Наприклад, хімік-аналітик, який вивчає вплив забруднення на ялинові дерева, повинен знати або знати, де знайти хімічні відмінності між p -гідроксибензойною кислотою та p -гідроксиацетофеноном, двома поширеними фенолами, виявленими в хвої ялин.
Уміння «мислити як хімік» - це продукт вашого досвіду в класі та в лабораторії. Здебільшого матеріал у цьому тексті передбачає, що ви знайомі з темами, висвітленими в попередніх курсах; однак, через його важливість для аналітичної хімії, ця глава містить огляд рівноважної хімії. Значна частина матеріалу в цій главі повинна бути вам знайома, хоча деякі теми - діаграми сходів та діяльність, наприклад, - ймовірно, нададуть вам нові способи поглянути на рівноважну хімію.
- 6.1: Оборотні реакції та хімічні рівноваги
- Хоча система в рівновазі виглядає статичною на макроскопічному рівні, важливо пам'ятати, що пряма і зворотна реакції продовжують відбуватися. Реакція в рівновазі існує в сталому стані, в якому швидкість формування виду дорівнює швидкості, з якою він споживається.
- 6.2: Термодинаміка та хімія рівноваги
- Термодинаміка - це вивчення теплової, електричної, хімічної та механічної форм енергії. Вивчення термодинаміки перетинає багато дисциплін, включаючи фізику, техніку та хімію. З різних галузей термодинаміки найважливішим для хімії є вивчення того, як змінюється енергія під час хімічної реакції.
- 6.3: Маніпулювання константами рівноваги
- Ми можемо скористатися двома корисними відносинами, коли працюємо з константами рівноваги. По-перше, якщо ми повернемо напрямок реакції, постійна рівноваги для нової реакції є оберненою тій, що для початкової реакції. По-друге, якщо скласти разом дві реакції, щоб сформувати нову реакцію, постійна рівноваги для нової реакції є добутком констант рівноваги для початкових реакцій.
- 6.4: Константи рівноваги для хімічних реакцій
- Кілька типів хімічних реакцій важливі в аналітичній хімії, або при підготовці зразка до аналізу, або під час аналізу. Найбільш значущими з них є реакції осадження, реакції кислотно-основи, реакції комплексоутворення та реакції окислення та відновлення. У цьому розділі ми розглядаємо ці реакції та їх вирази постійної рівноваги.
- 6.5: Принцип Ле Шательє
- Спостереження за тим, що система в рівновазі реагує на зовнішню дію, перерівноважуючи себе таким чином, що зменшує цю дію, формалізується як принцип Ле Чательє.
- 6.6: Схеми сходів
- У цьому розділі ми представимо діаграму сходів як простий графічний інструмент для візуалізації хімії рівноваги. Ми будемо використовувати сходові діаграми, щоб визначити, які реакції відбуваються при об'єднанні декількох реагентів, оцінити приблизний склад системи в рівновазі і оцінити, як зміна умов рішення може вплинути на аналітичний метод.
- 6.7: Розв'язування задач рівноваги
- Сходові діаграми є корисним інструментом для оцінки хімічної реакційної здатності та для забезпечення обґрунтованої оцінки складу хімічної системи при рівновазі. Якщо нам потрібен більш точний кількісний опис умови рівноваги, то діаграма сходів недостатня; натомість нам потрібно знайти алгебраїчне рішення. У цьому розділі ми дізнаємося, як налаштовувати та вирішувати проблеми рівноваги.
- 6.8: Буферні розчини
- Додавання всього лише 0,1 мл концентрованого HCl до літра\(\text{H}_2\text{O}\) зміщує рН від 7,0 до 3,0. Додавання такої ж кількості HCl до літра розчину, що 0,1 М в оцтовій кислоті і 0,1 М в ацетаті натрію, однак призводить до незначної зміни рН. Чому ці два рішення так по-різному реагують на додавання HCl? Суміш оцтової кислоти та ацетату натрію є одним із прикладів кислотно-основного буфера.
- 6.9: Ефекти активності
- Ретельні вимірювання на комплексі метал—ліганд\(\text{Fe(SCN)}^{2+}\) свідчать про його стабільність, а отже, і постійна рівноваги, зменшується в присутності інертних іонів. Розуміння того, чому це так важливо для розробки повного розуміння рівноважної хімії.
- 6.10: Використання Excel і R для вирішення проблем рівноваги
- При вирішенні задач рівноваги ми зазвичай робимо припущення для спрощення алгебри. Ці припущення важливі, оскільки дозволяють звести задачу до рівняння\(x\), яке ми можемо вирішити, просто взявши квадратний корінь, кубічний корінь або використовуючи квадратне рівняння. Без цих припущень більшість проблем рівноваги призводять до рівняння вищого порядку, яке є більш складним для вирішення. І Excel, і R є корисними інструментами для вирішення таких рівнянь.
- 6.11: Деякі заключні думки про розрахунки рівноваги
- У цьому розділі ми розробили кілька інструментів для оцінки складу системи в рівновазі. Ці інструменти відрізняються тим, наскільки точно вони дозволяють відповідати на питання, що стосуються рівноважної хімії. Вони також відрізняються тим, наскільки вони прості у використанні. Важливою частиною наявності декількох інструментів на вибір є знання, коли кожен є найбільш корисним.
- 6.12: Проблеми
- Проблеми в кінці глави, щоб перевірити ваше розуміння тем в цьому розділі.
- 6.13: Додаткові ресурси
- Збірник ресурсів для супроводу тем у цьому розділі.
- 6.14: Підсумок глави та ключові терміни
- Короткий зміст основних тем глави та перелік ключових термінів, представлених у цій главі.