Принцип Ле Шателье. Влияние температуры, давления и концентрации на смещение химического равновесия.

Контрольная работа

По дисциплине « Товароведение пищевых продуктов»

вариант № 22

Выполнила:

студентка ТП – 3 группы

заочного отделения

Балашова Олеся Валентиновна

шифр 121

 

Проверила:

Преподаватель Конасова Анна Александровна

 

Дата проверки________________        Оценка__________________

             

 

                              Подпись_________________

 

Сыктывкар, 2010

 

 

№7

 Типы химических связей. Агрегатные состояния вещества, их общая характеристика.

                                        Типы химической связи.

1. Ковалентная связь – связь, осуществляемая общими электронными парами. Двуцентровая, двухэлектронная. Соединения с ковалентной связью называют атомными.

Ковалентная связь бывает:

- Неполярная ковалентная связь – то есть связь, при которой общая электронная пара принадлежит обеим атомам в ровной степени и находится симметрично относительно ядер атомов, образующих химическую связь.

- Полярная ковалентная связь – если атомы имеют различия электроотрицательности, то общая электронная пара смещается к элементу с более высокой электроотрицательностью.

 

2. Ионный тип связи – образование связи происходит за счёт электростатического притяжения между катионами и анионами. Соединения с таким типом химической связи называют ионными. Связь ненаправленная и ненасыщаемая, поскольку ионная связь действует сразу во всех направлениях и ионные соединения, это твёрдые тела с ионной кристаллической решеткой.

 

3. Металлическая связь - характернадля металлов в твёрдом и жидком состоянии. Элементы, образующие металлическую связь, имеют небольшое количество электронов на внешнем энергетическом уровне и достаточное количество свободных орбиталей. Валентные орбитали соседних атомов перекрываются и электроны свободно перемещаются по ним при образовании кристаллической решетки. Таким образом, осуществляется связь между всеми атомами металла.

4. Водородная связь. Может быть как внутримолекулярной (в биополимерах), так и межмолекулярной (НО). Обладает направленностью и насыщаемостью.

Межмолекулярная водородная связь – связь между молекулами, содержащий сильно электроотрицательный элемент (кислород, азот, сера) и водород.

 

 

Агрегатные состояния вещества - состояния (фазы) одного и того же вещества, переходы между которыми сопровождаются скачкообразным изменением ряда физических свойств (плотности, энтропии и др.). Обычно рассматривают газообразное, жидкое и твердое агрегатные состояния (иногда еще плазменное). Существование у вещества нескольких агрегатных состояний обусловлено различиями в тепловом движении его молекул (атомов) и в их взаимодействии

 

Газ - агрегатное состояние вещества, в котором кинетическая энергия теплового движения его частиц (молекул, атомов, ионов) значительно превосходит потенциальную энергию взаимодействий между ними, в связи с чем частицы движутся свободно, равномерно заполняя в отсутствие внешних полей весь предоставленный им объем.

 

Жидкость - агрегатное состояние вещества, сочетающее в себе черты твердого состояния (сохранение объема, определенная прочность на разрыв) и газообразного (изменчивость формы). Для жидкости характерны ближний порядок в расположении частиц (молекул, атомов) и малое различие в кинетической энергии теплового движения молекул и их потенциальной энергии взаимодействия. Тепловое движение молекул жидкости состоит из колебаний около положений равновесия и сравнительно редких перескоков из одного равновесного положения в другое, с этим связана текучесть жидкости.

 

Твердое тело - агрегатное состояние вещества, отличающееся стабильностью формы и характером теплового движения атомов, которые совершают малые колебания вокруг положений равновесия. Различают кристаллические и аморфные твердые тела. В первых существует пространственная периодичность в расположении равновесных положений атомов. В аморфных твердых телах атомы колеблются около хаотически расположенных точек. Устойчивым состоянием твердых тел является кристаллическое.

 

Баллон ёмкостью 30 л содержит 1 кг СО₂. Вычислите давление в баллоне при 20⁰С.

m = 1кг                          R = 8.31 Дж/мольК

t = 20⁰C                          Т = 273 + 20 = 293⁰К

v = 30 л                          V = 30 х 10^-3  M³

M(CO₂) = 44 г/моль      М = 44 х 10^-3 кг/моль

            Р - ?                                Р - ?

 

      PV = mRT/M

      P = mRT/MV

      P = 1кг х 8,31 Дж/мольК х 293⁰К = 1844568 Па = 1,8 МПа

              44 х 10^-3 кг/моль х 30 х 10^{-3 м3}

                                                      № 20

 

Принцип Ле Шателье. Влияние температуры, давления и концентрации на смещение химического равновесия.

 

Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, осуществляется воздействие (изменяется температура, давление или концентрация вещества), то в первую очередь происходит та реакция, которая уменьшает это воздействие
Р	Если давление растёт, равновесие смещается в сторону уменьшения объёма реагирующей системы
	Если давление снижается, равновесие смещается в сторону увеличения объёма реагирующей реакции
Т	Если температура растёт, равновесие смещается в сторону экзотермической реакции
	Если температура снижается, равновесие смещается в сторону экзотермической реакции
С	Если растёт концентрация одного из реагентов, равновесие смещается в сторону продуктов реакции
	Если снижается концентрация одного из реагентов, равновесие смещается в сторону обратной реакции (распада)

 

 

Направление смещения химического равновесия при изменениях концентрации реагирующих веществ, температуры и давления (в случае газовых реакций) определяется общим положением, известным под названием принципа подвижного равновесия или принципа Ле Шателье:

если на систему, находящуюся в равновесии, производится какое-либо внешнее воздействие (изменяется концентрация, температура, давление), то оно благоприятствует протеканию той из двух противоположных реакций, которая ослабляет воздействие.

Влияние температуры:

В каждой обратимой реакции одно из направлений отвечает экзотермическому процессу, а другое — эндотермическому.

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + Q

Прямая реакция — экзотермическая, а обратная реакция — эндотермическая.

Влияние изменения температуры на положение химического равновесия подчиняется следующим правилам: При повышении температуры химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, при понижении температуры — в направлении экзотермической реакции.

Влияние давления:

Во всех реакциях с участием газообразных веществ, сопровождающихся изменением объёма за счёт изменения количества вещества при переходе от исходных веществ к продуктам, на положение равновесия влияет давление в системе.

Влияние давления на положение равновесия подчиняется следующим правилам: При повышении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ (или исходных продуктов) с меньшим объёмом; при понижении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ с большим объёмом:

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃

Таким образом, при переходе от исходных веществ к продуктам объем газов уменьшился вдвое. Значит, при повышении давления равновесие смещается в сторону образования NH3, о чем свидетельствуют следующие данные для реакции синтеза аммиака при 400°С:

давление, МПа	0,1	10	20	30	60	100
объемная доля NH3, %	0,4	26	36	46	66	80

 

Влияние концентрации:

Влияние концентрации на состояние равновесия подчиняется следующим правилам:

При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции;

При повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ.

 

            В какую сторону сместится равновесие реакций при понижении температуры: 

CO + 2 H₂ ↔ CH₃ OH   ∆ H = -113.13 кДж реакция экзотермическая, при понижении температуры равновесие сместиться вправо;

2 SO₂ + O₂ ↔ 2 SO₃        ∆ H = -176.8 кДж реакция экзотермическая, при понижении температуры равновесие сместиться вправо;

2 H₂ S ↔ 2 H₂ + S₂ (пар) ∆Н = 41,9 кДж реакция эндотермическая, при понижении температуры равновесие сместится влево.

                          

                                                    № 29

Степень диссоциации, её зависимость от температуры и концентрации раствора. Константа диссоциации, независимость этой величины от концентрации раствора. Сильные и слабые электролиты.

Диссоциация – обратимый процесс: параллельно с распадом вещества на ионы происходит процесс соединения ионов (ассоциация):

                   КА К⁺ + А^-

Степень диссоциации - это отношение числа распавшихся на ионы молекул N' к общему числу растворенных молекул N:

Степень диссоциации электролита определяется опытным путем и выражается в долях единицы или в процентах. Если α = 0, то диссоциация отсутствует, а если α = 1 или 100%, то электролит полностью распадается на ионы.

         a = n (число распавшихся молекул)  

              N (общее число молекул)

Различные электролиты имеют различную степень диссоциации.

                      Константа диссоциации.

Процесс диссоциации электролитов является обратимым, поскольку ионы противоположного знака способны соединяться в молекуле. Для электролита вида АВ₂ процесс диссоциации выглядит следующим образом:

                    АВ₂ = А²⁺ + 2В^-

Равновесие данного процесса можно охарактеризовать определённой величиной – константой диссоциации К_Д. Выразим константу диссоциации для данной реакции:                               

                             К_Д = С(А⁺ ) С (В^2- )² /С(АВ₂),

где С(А⁺ ), С(В^2- ), С(АВ₂ ) – концентрации соответствующих ионов и недиссоциированных молекул электролита.

Полученное соотношение применимо к слабым электролитам в разбавленных растворах. В концентрированных растворах или в присутствии сильных электролитов вместо концентраций необходимо пользоваться соответствующими активностями:

                          К_Д,a = a(A⁺) a(В^2- )² / a(AВ₂ ),

Константу диссоциации, определяемую через активности, часто называют термодинамической константой диссоциации. При отсутствии данных об активности часто используют соотношение, выраженное через концентрации. Подобную величину называют условной константой диссоциации, ибо рассчитанная таким способом константа диссоциации может несколько меняться с концентрацией. Термодинамическая константа диссоциации связана с изменением энергии Гиббса в реакции диссоциации следующим уравнением изотермы: 

        -∆G_Д = RT (InK_Д,a - In [a^| (A⁺ ) a ^|(B^2- )² /a^| (AB₂ )],

где a^|  обозначены соответствующие активности в исходном состоянии.

Для стандартных условий данные активности равны единице, поэтому в этом случае уравнение изотермы будет выглядеть следующим образом:

                         ∆G⁰_Д = -RT (InK _{Д, a} ).

Константу диссоциации связывают с другим показателем, степенью диссоциации. Для электролита АВ, молекула которого образует два иона (такие электролиты называют бинарными), концентрации ионов С (А⁺ ) и С ( В^- ) и концентрация недиссоциированных молекул С ( АВ ) связываются с общей концентрацией электролита С соотношениями:

                    С ( А⁺ ) = С ( В^- ) = aС;    

                    С ( АВ ) = ( 1 – a ) С.

     

Представив значения С ( А⁺ ), С ( А⁺ ) и С ( АВ) в формулу для константы диссоциации, получим:

                    К_Д = a С² / ( 1 – a ).  

При малых значениях степени диссоциации разность ( 1 – a ) приблизительно равна единице. Тогда можно записать:

                     a =  ( К_Д / С ).

Полученные выражения являются формулировками закона разведения Оствальда

 

 

               Электролиты по степени диссоциации

 

Слабые электролиты	Электролиты средней силы	Сильные электролиты
- вода - соли тяжелых металлов - нерастворимые основания - кислоты Н2S, Н2SiO3, НNO2, Н2CO3, CН 3COOН, другие органические кислоты	Н2SO3 , Н3РО4	- почти все соли - щелочи - кислоты НСIO4, Н2SO3, НNO3, НСI, НI, НВr

 

Степень диссоциации, её зависимость от температуры и концентрации раствора. Константа диссоциации зависит от природы растворителя, электролита и внешних условий – температуры и давления.

Существуют электролиты, диссоциация которых протекает ступенчато, например сернистая кислота H2SO3 , при этом каждая ступень характеризуется своей константой и степенью диссоциации, которые обозначаются соответственно К₁ и a ₁ для первой ступени, К₂ и a ₂ – для второй и т.д.:

 

I-ая ступень H₂+ SO₃     H+ + HSO₃-

 

II-ая ступень H+SO₃-    H+ + SO₃^2-

 

Для электролитов, диссоциирующих ступенчато, всегда выполняются следующие соотношения для констант и степеней диссоциации:

К₁>>K₂>>K₃>>…

a1>a 2 >a 3 >…

т. е. диссоциация электролита протекает по каждой последующей ступени значительно труднее, чем по предыдущей.

Определите концентрацию ионов гидроксида, величину рН и среду раствора, если концентрация ионов водорода равна:

    а) 10^-9 моль/л; б) 10^-2 моль/л.

       Концентрацию ионов гидроксида определяем из равенства

(Н⁺) х (ОН^-) = 10^-14 моль²/л²

           где 10^-14 моль²/л² – ионное произведение воды при 25°С (является константой и для разбавленных водных растворов веществ).

 

       а)    (ОН^-) = 10^-14/10^-9 = 10^-5моль/л – концентрация ионов гидроксида

                   рН = -Lg(H⁺) = -Lg10^-5 = 5

                   pH = 5 – среда кислая

       б)    (ОН^-) = 10^-14/10^-2 = 10^-12моль/л – концентрация ионов гидроксида

                   рН = -Lg(H⁺) = -Lg10^-12 = 12

                   pH = 12 – среда щелочная

 

 

№ 37

Применение адсорбции в технологических процессах осветления мясных и рыбных бульонов, фруктово-ягодных сиропов, при использовании пищевых красителей, при производстве сахара, глюкозы, вин, ионитного молока, очистки питьевой воды.

Адсорбцией называют концентрирование (сгущение) газообразных или растворенных веществ на поверхности раздела фаз.

Адсорбирующееся вещество является адсорбатом, адсорбирующее вещество -адсорбентом.

Адсорбционный процесс идет самопроизвольно и вызван избытком поверхностной энергии.

При помощи различных твердых адсорбентов производится улавливанье примесей и осветление растворов в производстве сахара, глюкозы.

Ионообменная адсорбция нашла широкие применения в пищевой промышленности. Так, например, в производстве вина с помощью ионитов из него удаляют излишнее количество ионов Fe3+,Cu2+,Ca2+, которые вызывают помутнение вин. Таким же методом изменяют солевой состав молока. Коровье молоко характеризуется повышенным содержанием солей, поэтому отличаются от женского характером створаживания, зависящим от соотношения казеина и солей кальция. Удаляя с помощью ионитов определенное количество солей кальция из коровьего молока, можно так изменить соотношение кальция и казеина, что коровье молоко можно будет применять для питания детей раннего возраста. Полученное таким способом молоко называется ионитным. Иониты применяются для очистки воды и в пивоваренном производстве, могут найти применение для умягчения воды в общественном питании.

Адсорбция широко используется в кулинарной практике, в частности, для осветления мясных и рыбных бульонов. Процесс осветления бульонов основан на том, что белки икры и яиц (при осветлении рыбных бульонов) или специальной «оттяжки» (при осветлении обычных мясных или мясо-костных бульонов) при нагревании свертываются, образуя пористую массу, которая адсорбирует на своей поверхности взвешенные частицы, придающие бульону мутность. Яичным белком осветляют также мутные фруктово-ягодные сиропы для приготовления желе.

Мясной прозрачный бульон осветляют оттяжкой. С этой целью котлетное мясо измельчают, заливают холодной водой, добавляют соль, настаивают на холоде, затем вводят сырые яичные белки и перемешивают. В охлажденный до +50° бульон добавляют оттяжку и тщательно размешивают. После этого бульон доводится до кипения и выдерживается на слабом огне, пока белок не опустится на дно. Во время варки на поверхности мясной оттяжки оседают взвешенные частицы жира.

Адсорбционное фильтрование широко применяется в винодельческой промышленности. Это один из основных способов осветления виноматериалов.

Движущей силой фильтрования является разность давлений, под действием которой жидкость проходит через поры фильтрующей перегородки, а взвешенные в виноматериале частицы задерживаются на ее поверхности и не проникают в поры. В этом случае на фильтрующей перегородке образуется осадок. Если размеры взвешенных частиц меньше размеров пор, то они могут пройти с виноматериалом или задержаться внутри фильтрующей перегородки в результате адсорбции на стенках пор.

Общее сопротивление фильтрования увеличивается с повышением концентрации взвешенных частиц в виноматериале и разности давлений по обе стороны фильтрующей перегородки, что объясняется увеличением сжимаемости слоя осадка. Фильтрование на современных фильтрах происходит при постоянной скорости и возрастающем давлении до 150-250 кПа и выше. Для фильтрования применяют различные материалы, которые должны отвечать следующим требованиям: быть химически нейтральными, обладать высокой адсорбционной способностью к частицам мути и микроорганизмам, сохранять рыхлую микропористую структуру при повышении давления и иметь достаточную механическую прочность (ткани, асбест, целлюлозу, фильтр-картон, диатомит).

 

 

                                              

                              № 49.