Суперпроф хімічні системи

5 грудня 2017 р. ∙ 6 хвилин читання

Що таке хімічна система ?

Хімічна система відповідає простору з визначеними межами (наприклад, вмістом склянки) та всім хімічним видам, які вона містить.

Описано три типи систем:

У відкритій системі відбувається обмін енергією та речовиною
У замкнутій системі відбувається обмін енергією
В ізольованій системі обміну немає

Відкрита система Обмін речовини та енергії

Закрита система	Обмін енергією
Ізольована система	Без обміну

Нагадаємо: хімічний вид - це сукупність однакових хімічних утворень. Хімічний вид має свої фізико-хімічні характеристики, такі як температура кипіння, щільність тощо.

Існують атомні, молекулярні або іонні хімічні види. Хімічні види можуть бути природними або штучними.

Хімічна система

Як описати стан хімічної системи ?

Повний опис хімічної системи включає деталізацію:

Присутні різні види хімічних речовин: усі хімічні види повинні бути детально описані, включаючи ті, які не беруть участі в реакції.
Стан цих різних хімічних видів: а саме твердий, рідкий та газовий.
Кількість матеріалу, що відповідає кожному виду. Коли кількості речовини всіх реагентів пропорційні їх стехіометричним коефіцієнтам, говорять, що реакція відбувається в стехіометричних умовах. Якщо реакція завершиться, усі реагенти будуть витрачені. Отже, ці кількості матеріалу дуже великі і їх потрібно точно розрахувати, особливо в промисловості.
Фізичні параметри, яким піддаються хімічні види. Тому необхідно вказати експериментальні умови, такі як температура і тиск: дійсно тиск і температура можуть впливати на хімічну систему. Наприклад, при певних температурах певні речовини знаходяться у рідкій формі, але при інших температурах вони знаходяться у твердій формі.

IUPAC встановлює стандартні умови хімії таким чином: "Температура, 273,15 K (0 ° C) і тиск 10 5 паскалів. IUPAC рекомендує припинити попереднє використання тиску 1 атм як стандартного тиску (еквівалентно 1,01325 x10 5 Па). "

Для отримання додаткової інформації веб-сайт iupac детально описує ці умови.

Це означає, що Міжнародний союз чистої прикладної хімії довільно встановлює умови практики для гармонізації міжнародних наукових результатів. Отже, стандартними умовами є температура 0 ° C (або 273,15 K) і тиск в одній атмосфері (або 101 325 Па).

Однак можуть застосовуватися інші умови.

(Особливо в біохімії, де стандартні умови встановлюють температуру 37 ° C, оскільки це еталонна температура людського тіла).

Примітка: опис стану хімічної системи можна спростити, вказавши лише назву різних видів та їх кількість матеріалу.

Еволюція хімічної системи

Коли хімічна система розвивається, це означає, що відбувається хімічне перетворення. Під час хімічного перетворення реагенти зближуються і в кінці отримують продукти перетворення.

A хімічна система з часом можуть зазнати змін:

Кількість речовини різних видів може змінюватися: вона може збільшуватися або зменшуватися.
Можуть з’являтися нові види або, навпаки, види можуть зникати.

Будьте обережні, якщо під час перетворення можуть з’являтися нові види, а інші зникають, вони також можуть змінювати стан, але в будь-якому випадку природа та властивості речовини не змінилися: атоми завжди присутні.

Щоб описати еволюцію хімічної системи, ми вказуємо склад її початкового та кінцевого стану.

Початковий стан: цей стан відноситься до стану, коли хімічні речовини ще не взаємодіяли між собою. Отже, це стан системи до хімічного перетворення.

Кінцевий стан: реакція закінчується і утворюються продукти. Це стан системи після хімічного перетворення.

Як ви описуєте еволюцію хімічної системи ?

Хімічна реакція являє собою моделювання трансформації хімічної системи. Для опису реакції ми використовуємо так звані загальноприйняті знаки та скорочення, правилами яких є:

реагентице види, присутні в початковому стані, до хімічної реакції.
продуктів- це хімічні речовини, отримані після хімічної реакції.
Рівняння хімічної реакції відзначається зліва направо.
Стрілка, спрямована вправо, використовується для позначення хімічне перетворення (тобто реакція).
реагенти розміщуються ліворуч від стрілки (біля її основи).
продуктів розміщуються праворуч від стрілки (у верхній частині стрілки).

Слід завжди звертати увагу на стехіометричні коефіцієнти. Вони вказують на пропорції хімічних видів (у реагентах і продуктах): вони дозволяють дотримуватися правила збереження речовини. Тому завжди будьте обережні, щоб число атомів було однаково зліва та праворуч від стрілки.

Хімічна реакція може бути обмежена тим, що один з реагентів вичерпаний: цей реагент називається обмежуючим реагентом.

Примітка: Увага ! Коли в реакції беруть участь іони, загальний заряд іонів реагентів завжди повинен дорівнювати загальному заряду іонів продуктів.

Певні реакції можуть змінити стан хімічних видів (затвердіння, випаровування тощо).

Певні реакції віддають тепло: ми тоді говоримо про це екзотермічна реакція, з іншого боку, інші реакції споживають тепло: ми тоді говоримо про ендотермічна реакція. Реагенти, які не споживають і не виділяють тепло, називаються реакціями. атермальний.

Приклад опису хімічної системи та її перетворення: згоряння метану

Візьмемо випадок спалювання метану.

Метан - це газ, який присутній в природному стані на Землі і відомий з 18 століття, він становить третій за величиною енергетичний ресурс у світі і є єдиним вуглеводнем, що отримується природним процесом: насправді метан є основною складовою газ від органічного бродіння, оскільки його виробляють метаногенні бактерії.

Іншими словами, газ метеоризму.

Ти знав ? Метан є одним з найпотужніших парникових газів, і метеоризм від корів сприяє викиду цього газу у Франції. Тому компанія INRA вирішила запропонувати дієту, придатну для жуйних, щоб обмежити їх кількість !

Корови виділяють метан

Це легкозаймистий газ.

Опис системи.

У початковому стані, хімічна система визначається наступним чином:

СН4: метан
O2: кисень
Температура: 20 ° C
Тиск: 1015 гПа

Метан і діоксиген є реагентами

Трансформація: (система переходить від початкового стану до кінцевого)

Метан + кисень Вуглекислий газ + вода

Що можна перекласти за такою формулою:

Примітка: рівняння було скориговано з урахуванням правила збереження речовини: отже, ми додаємо стехіометричні коефіцієнти так, щоб ліворуч і праворуч від стрілки була однакова кількість атомів водню, вуглецю та кисню.

Кінцевий стан:

Продукти реакції - вуглекислий газ та вода.

При згорянні метану виділяється тепло, тому воно є екзотермічним.

Дійсно відбулася трансформація хімічних видів. Метан та кисень зникли, оскільки їх споживали під час переробки, але в остаточному стані з’явились нові хімічні види, а саме вуглекислий газ та вода. Атоми добре збережені, тому серед продуктів і серед реагентів є один атом вуглецю, 4 атоми водню та 4 атоми кисню.

Примітка: ми можемо встановити tпанель прогресу реакції для кращого опису еволюції системи від початкового стану до кінцевого. Для цього використовується величина, позначена X (яка має моль як одиницю). Коли перетворення завершено, це означає, що реагенти (або лише один, який тоді називали обмежуючим реагентом) споживаються повністю: тоді ми знаходимося на рівні максимального прогресу реакції, зазначеного Xm.

На практиці: щоб повністю зрозуміти використання стехіометричних коефіцієнтів, ми можемо вивчити іншу реакцію горіння, горіння пропану. Пропан має таку формулу: C3H8

Формула пропану

Пропан - це газ, який дуже часто використовується для двигунів внутрішнього згоряння або для роботи котлів.

Рівняння горіння пропану дає:

Коли це написано таким чином, правило збереження речовини не дотримується: насправді ліворуч від стрілки є три вуглецю, тоді як праворуч - лише один, ліворуч від стрілки - два кисню, тоді як праворуч - три, нарешті - вісім водню зліва, а праворуч - лише 2.

Тому необхідно адаптувати коефіцієнти наступним чином:

Вам сподобалась стаття ?

Засновник Superprof та інженер, ми намагаємось надати найбільшу базу знань.
Захоплюючись фізикою та хімією та вивчаючи природничі науки в середній школі, я ділюсь своїми уроками (після оновлення їх відповідно до Національної освітньої програми).