Реакции, протекающие на водородном электроде.

Если водородный электрод является анодом, то на нем протекает реакция окисления:

Н₂⁰ – 2е = 2Н⁺.

Если водородный электрод является катодом, то на нем протекает реакция восстановления:

2Н⁺ + 2е = Н₂⁰.

15. Дайте характеристику твердому агрегатному состоянию вещества, с точки зрения энергии и расстояния между частицами. На какие группы делят кристаллические вещества по внутреннему строению? Охарактеризуйте понятие «кристаллическая решетка». Как тип кристаллической решетки влияет на физические свойства вещества?

В зависимости от внешних условий (температуры и давления) каждое вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном. Эти состояния называются агрегатными состояниями. Для некоторых веществ характерно только два или даже одно агрегатное состояние. Например, нафталин, йод при нагревании в обычных условиях из твер­дого состояния переходят в газообразное состояние, минуя жидкое. Такие вещества, как белки, крахмал, каучуки, имеющие огромные макромолекулы, не могут существовать в газообразном состоянии.

Твердые тела в отличие от жидкостей и газов сохраняют свою форму. Силы притяжения между частицами, составляющими твердое тело, настолько велики, что они не могут двигаться свободно относительно друг друга, а только колеблются около какого-то среднего положения. Частицы твердого вещества обладают большим значением потенциальной энергии, и невысоким значением кинетической энергии.

Все твердые тела делят на кристаллические и аморфные. В кристаллических телах частицы расположены в определенном характерном для каждого вещества порядке и этот порядок распространяется на весь объем. Во всем объеме аморфного тела порядка в расположении частиц нет. В этом отношении аморфные тела можно рассматривать как жидкости с аномально большой вязкостью.

Кристаллическая форма – наиболее устойчивая, вещества постепенно переходят из аморфного состояния в кристаллическое. В обычных условиях этот процесс идет очень медленно, повышение температуры может его ускорить. Например, сахар может быть в кристаллическом (сахар-песок, кусковой сахар) и в аморфном (карамелизованный) состояниях. Со временем карамель может кри­сталлизоваться, что нежелательно в кондитерском производстве.

Порядок в пространственном расположении частиц и кристаллических тел – кристаллическая решетка – определяет внешние признаки кристаллического состо­яния. К ним относятся: 1) определенная и резко выраженная температура плавления; 2) определенная геометрическая форма одиночных кристаллов; 3) анизотропия.

16. Дайте характеристику жидкому агрегатному состоянию вещества, с точки зрения энергии и расстояния между частицами. От чего зависят свойства жидкостей? Какие физические свойства характеризуют жидкое состояние вещества? Дайте им характеристику и объясните, от каких факторов они зависят.

В зависимости от внешних условий (температуры и давления) каждое вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном. Эти состояния называются агрегатными состояниями. Для некоторых веществ характерно только два или даже одно агрегатное состояние. Например, нафталин, йод при нагревании в обычных условиях из твер­дого состояния переходят в газообразное состояние, минуя жидкое. Такие вещества, как белки, крахмал, каучуки, имеющие огромные макромолекулы, не могут существовать в газообразном состоянии.

В отличие от газов между молекулами жидкости действуют достаточно большие силы взаимного притяжения, что определяет своеобразный характер молекулярного движения. Тепловое движение молекулы жидкости включает колебательное и поступательное движения. Каждая молекула в течение какого-то времени колеблется около определенной точки равновесия, затем перемещается и снова занимает новое равновесное положение. Это определяет ее текучесть. Силы межмолекулярного притяжения не дают молекулам при их движении далеко отходить друг от друга. Суммарный эффект притяжения молекул можно пред­ставить как внутреннее давление жидкостей, которое достигает очень больших значений. Этим и объясняются постоянство объема и практическая не сжимаемость жидкостей, хотя они легко принимают любую форму.

Свойства жидкостей зависят также от объема молекул, формы и полярности их. Если молекулы жидкости полярны, то происходит объединение (ассоциация) двух и более молекул в сложный комплекс. Такие жидкости называют ассоциированными жидкостями. Ассоциированные жидкости (вода, ацетон, спирты) имеют более высокие температуры кипения, обладают меньшей летучестью, более высокой диэлектрической проницаемостью. Например, этиловый спирт и диметиловый эфир имеют одинаковую молекулярную формулу (С₂Н₆О). Спирт является ассоциированной жидкостью и кипит при более высокой температуре, чем диметиловый эфир, который относится к неассоциированным жидкостям.

Жидкое состояние характеризуют такие физические свойства, как плотность, вязкость, поверхностное натяжение.

Вязкостьη (Па·с) – свойство оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. В практической жизни человек сталкивается с большим множеством жидких систем, вязкость которых различна, – вода, молоко, растительные масла, сметана, мед, соки, патока и т. д.

Вязкость жидкостей обусловлена межмолекулярным воздействием, ограничивающим подвижность молекул. Она зависит от природы жидкости, температуры, давления.

Для измерения вязкости служат приборы, называемые вискозиметрами. Выбор вискозиметра и метода определения вязкости зависит от состояния исследуемой системы и ее концентрации.

17. Дайте характеристику газообразному агрегатному состоянию вещества, с точки зрения энергии и расстояния между частицами. Какие свойства характерны для газов? Что такое «идеальный газ»? При каких условиях реальные газы похожи на идеальные? Какими уравнениями описываются идеальный и реальные газы?

В зависимости от внешних условий (температуры и давления) каждое вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном. Эти состояния называются агрегатными состояниями. Для некоторых веществ характерно только два или даже одно агрегатное состояние. Например, нафталин, йод при нагревании в обычных условиях из твер­дого состояния переходят в газообразное состояние, минуя жидкое. Такие вещества, как белки, крахмал, каучуки, имеющие огромные макромолекулы, не могут существовать в газообразном состоянии.

Для газов характерны, следующие свойства:

- равномерное заполнение всего предоставленного объема;

- малая плотность по сравнению с жидкими и твердыми веществами и большая скорость диффузии;

- сравнительно легкая сжимаемость.

Эти свойства определяются силами межмолекулярного притяжения и расстоянием между молекулами.

В газе молекулы находятся на очень большом расстоянии друг от друга, силы притяжения между ними ничтожно малы. При низких давлениях расстояния между молекулами газа настолько велики, что по сравнению с ними размером молекул, а, следовательно, объемом молекул в общем объеме газа можно пренебречь. При боль­ших расстояниях между молекулами практически отсутствуют силы притяжения между ними. Газ в таком состоянии называется идеальным. При нормальных усло­виях Т=273К (0⁰С) и p=101,325 кПа реальные газы независимо от природы можно считать идеальными и применять к ним уравнение состояния идеального газа (уравнение Клайперона-Менделеева):

PV = n RT, (1)

где

Р – давление газа,

V – объем газа,

n – количество вещества,

R – универсальная газовая постоянная (в единицах СИ R =8,314 Дж/моль*К),

Т – абсолютная температура.

Реальные газы при высоких давлениях и низких температурах не подчиняются уравнению состояния идеального газа, так как в этих условиях начинают проявляться силы взаимодействия между молекулами и уже нельзя пренебрегать собственным объемом молекул по сравнению с объемом тела. Для математического описания поведения реальных газов используют уравнение Ван-дер-Ваальса:

(р + n² a/V²) (V - nb) = nRT, (2)

где

а и b – постоянные,

a/V² – поправка на взаимное притяжение,

b – поправка на собственный объем молекул,

n – число молей газа.

Для одного моля газа уравнение Ван-дер-Ваальса имеет вид:

(p + a/V)(V - b) = R T.

18. Дайте определение понятиям «критическое давление», «критическая температура», «критическое состояние». Чему равна плотность газа в критическом состоянии? Какие параметры называются приведенными? Сформулируйте закон соответственных состояний.