Химическая реакция твердых веществ

Министерство  образования и  науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Химический факультет

Кафедра аналитической химии 
 
 
 

Реферат по неорганической химии 

ХИМИЧЕСКИЕ  РЕАКЦИИ ТВЁРДЫХ ВЕЩЕСТВ 
 
 
 
 
 
 

                                                                                              Выполнил (а): магистрант

                                                                                             кафедры аналитической химии

                                                                                             химического факультета

                                                                                             Мартынова Дарья Олеговна 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                  Томск 2010

                                                       Содержание 

1. Введение                                                                                                                     3
2. Классификация твёрдофазных материалов                                                             5
1. Классификация по составу                                                                                 5
2. Классификация по структуре                                                                             6
3. Классификация по свойствам                                                                            6
3. Химическое строение твёрдых веществ                                                                  7
4. Разупорядоченность в кристаллах как предпосылка для протекания

реакций в твёрдых телах                                                                                            8

5. Реакционная способность твёрдых тел                                                                     9

5.1.Приода  твёрдофазных реакций                                                                            9

5.2.Реакции,  включающие только одну твёрдую  фазу                                          10

5.3.Реакции  твёрдое – газ                                                                                         12

5.4.Реакции  твёрдое – твёрдое                                                                                  13

5.5.Реакции  твёрдое – жидкость                                                                               15

5.6.Химия  интеркалации                                                                                           15

6. Реакции органических твёрдых тел                                                                         16
7. Фотохимические превращения твёрдого вещества                                                17
8. Заключение                                                                                                                 21
9. Список литературы                                                                                                    22

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                1.Введение    

                     Химическое соединение

     Со  времени Лавуазье все вещества разделяют на простые вещества, сложные вещества (соединения) и смеси. Простое вещество состоит из атомов какого-нибудь одного элемента, соединения из химически связанных атомов двух или более элементов. Простые вещества и соединения представляют собой химические индивиды или индивидуальные вещества. Каждое из них обладает определенным составом, строением и только ему одному присущим набором свойств, обусловленных этим составом и строением. Химические индивиды отличаются от механических смесей однородностью, т. е. в их массе нет включений иного состава и строения.

     Различные образцы одного и того же вещества, представляющего собой химическое соединение, содержат в своем составе одни и те же элементы и всегда в одинаковых пропорциях. При этом каким бы способом мы ни получали данное соединение, оно всегда имеет один и тот же состав. Таков смысл известного закона постоянства состава.

 
                                               Реальное вещество

     Как и все научные истины, закон  постоянства состава отражает предельное, идеальное положение вещей. Реальные твердые вещества, как и газообразные и жидкие вещества, в обычных условиях находятся в состоянии некоторой диссоциации и в той или иной мере взаимодействуют с окружающей средой, испаряются и одновременно конденсируются или растворяются и осаждаются, сорбируют различные вещества из окружающей среды и вместе с тем десорбируют их. В результате, если вещество находится в замкнутом объеме, при постоянных условиях, его состав колеблется возле некоторого среднего значения, в проточных же системах медленно либо быстро изменяется.

     В реальных условиях все вещества нагреты, т. е. их атомы участвуют в колебательном и вращательном движении. Как известно, диффузия также изменяет состав и строение твёрдого вещества.

     В одних условиях вещества термодинамически устойчивы, в других - нестабильны. Например, перекись водорода, азотная кислота, органические вещества при обычных условиях (т. е. при 20° С в атмосферном давлении) термодинамически неустойчивы. Это же относится и ко многим твердым веществам, например ко всем аморфным высокодисперсным веществам и к таким кристаллическим, как алмаз. При определенных условиях нестабильные вещества могут самопроизвольно превращаться в стабильные при данных условиях. Но многие нестабильные вещества могут неопределенно долгое время находиться в метастабильном состоянии, пока какое-то воздействие, например приток энергии при нагревании в количестве, достаточном для разрыва значительной части межатомных связей, не послужит толчком, разрушающим его структуру. Такие нестабильные вещества, как, например, окись углерода, ацетилен, алмаз, становятся стабильными при достаточно высоких температурах и давлении. Таким образом, реальное твердое вещество, в принципе, не может иметь ни абсолютно постоянного состава, ни совершенно неизменного строения; оно может находиться при некоторых условиях в метастабильном состоянии и, наконец, его существование может быть очень недолгим. Тем не менее, при определенных условиях всегда существует принципиальная возможность получить любое вещество, в том числе и твердое, гарантируя с известной точностью его состав и строение.

                           Твёрдое химическое соединение

     Исходя  из общего определения химического  соединения, мы можем принять, что однородные твердые тела, имеющие одни и те же состав, строение и молекулярную массу, представляют собой образцы одного и того же индивидуального вещества - твердого химического соединения. В дальнейшем для краткости будем называть его просто твердым соединением. Это, конечно, идеализированное определение. Но, руководствуясь им, можно прийти к следующему практическому определению: однородное твердое вещество, состав и плотность которого практически одинаковы во всем объеме любых его образцов, представляет собой твердое соединение. Заметим, что постоянными состав и плотность можно считать в тех случаях, когда они не отклоняются от средних значений больше, чем на величину ошибки измерения соответствующего параметра. Если плотность или другие связанные с ней константы твердого вещества, например показатель преломления, одни и те же для образцов одинакового состава, то очевидно, что строение этих образцов одинаково.

     Существеннейшей особенностью твердого вещества является то, что все его отдельные части - твердые тела - имеют поверхность. Частицы, составляющие поверхностный слой твердого вещества, находятся в состоянии неуравновешенного взаимодействия с частицами остальной его массы, вследствие чего этот слой имеет, естественно, иное строение, чем глубинные слои вещества. Толщина приповерхностного слоя δ - величина порядка 10 Å. Следовательно, этот слой состоит, по крайней мере, из 3-4 монослоёв соответствующих структурных единиц. Имея иное строение, приповерхностный слой заметно отличается по свойствам от глубинного вещества. Поэтому твердые тела одного и того же состава, строго говоря, могут быть отнесены к одному и тому же твердому соединению только в том случае, если они характеризуются одинаковым отношением: 

     m_п/( m_п + m_вн) = m_п/M = f’_d , 

где m_п - молекулярная масса вещества приповерхностного слоя δ; m_вн — молекулярная масса внутренних слоев вещества; М — молекулярная масса данного твердого тела; f’_d - молярный фактор дисперсности твердого вещества. Молекулярную массу твердого тела можно определить по формуле

     M = G/Σn_iA_i ,

где G — масса твердого тела. A_i - атомные массы образующих его элементов, n_i - стехиометрические коэффициенты. Твердые вещества, имеющие одинаковый состав, но разную молекулярную массу, - это гомологи, т. е. однотипные соединения, составляющие соответствующий гомологический ряд твердых соединений, например: МО_N, МО_(N+1), МО_(N+2), …, MO_(N+2), где МО - структурные единицы; N и (N+i) — количество структурных единиц в твердом теле, i=1, 2, 3...

     Свойства  гомологов, в состав которых входит достаточно большое число структурных единиц, почти одинаковы. Это хорошо известно из органической химии, которая изучает многочисленные гомологические ряды, начиная с ряда парафинов. Высшие гомологи этого ряда - твердые вещества, которые образуют сложную смесь и считаются неразличимыми. Но это, конечно, не так. Любые вещества, в том числе и твердые, могут быть выделены и отождествлены, как бы близки не были их свойства и в какую сложную смесь они не входили бы. [1]  

                       2.Классификация твёрдофазных материалов

     Твердофазные  материалы подобно любым другим можно классифицировать по различным признакам включая состав, структуру, свойства и области применения. Современные твердофазные материалы исключительно многообразны по составу и охватывают практически все элементы периодической системы, имеющие стабильные изотопы и доступные в заметных количествах. Как правило, материалы имеют сложный состав включая три и более химических элемента. 

                                   2.1.Классификация по составу 

     Все твёрдофазные материалы можно условно  разделить на три группы: металлические, неметаллические и композитные.

     Металлические материалы обладают высокой тепло- и электропроводностью, механической прочностью, вязкостью, упругостью, хорошей пластичностью в сочетании с технологичностью обработки (ковкость, свариваемость, обрабатываемость режущими инструментами, существенные изменения эксплуатационных свойств в результате термической и химико-термической обработки).

     Все неметаллические материалы принято  разделять на две группы: органические и неорганические. Среди органических материалов преобладают полимеры, получаемые искусственным путем - методом полимеризации или поликонденсации. Синтетические смолы с линейным строением макромолекул (полиэфиры, полиамидные смолы и полиуретаны) относятся к числу эластомеров. Смолы же, макромолекулы которых имеют пространственное строение (пластики), характеризуются высокой твёрдостью и хрупкостью. В зависимости от состава и типа обработки одни и те же смолы (например, винильные) получают и в виде эластомеров и в виде пластиков.

     Органические материалы на основе высокомолекулярных соединений обладают, как правило, высокой химической стойкостью, но подвергаются деструкции при нагревании и длительной эксплуатации (старение), особенно усиливающейся под действием света, окислителей и органических растворителей.