2.4. Классификация реагентов и реакций

Реагенты подразделяются на электрофильные и нуклеофильные.

Электрофильные реагенты – это реагенты, любящие электроны, стремящиеся к минусу. Следовательно, сами они характеризуются дефицитом электронной плотности:

а) катионы ( и др.);

b) Н- и L-кислоты (Н₂SО₄, ВF₃, A1C1₃ и др.);

с) радикалы ( и др.);

d) поляризованные молекулы ( , ).

Нуклеофильные реагенты – реагенты, стремящиеся к плюсу и обладающие, естественно, избыточным отрицательным зарядом или неподеленными парами электронов:

a) основания Льюиса ( , , , , , , и др.);

b) анионы ( и др.);

c) этилены, ацетилены, бензол и его производные;

d) поляризованные молекулы ( ).

Реакции подразделяются по типу реагирующих частиц на гомолитические и гетеролитические.

По направлению различают 4 типа реакций – реакции присоединения, отщепления, замещения и перегруппировки.

Для анализа химических процессов мы чаще всего будем пользоваться представлениями о двух типах реагентов, четырех типах реакций и двух типах катализа (кислотного и основного).

Контрольные задания (24-25)

24. Дайте расширенную характеристику электрофильных и нуклеофильных реагентов. Приведите примеры четырех типов реакций (по направлению) и двух типов по природе реагирующих частиц.

25. Классифицируйте реакции по типу реагирующих частиц и по направлению. Приведите конкретные примеры. Укажите в реакциях электрофильные (Е) и нуклеофильные реагенты (N).

2.5. Жидкие растворы. Электролитическая диссоциация. Электролиты

Раствор – это однофазная система, состоящая из двух и более компонентов. Растворы бывают газовыми, жидкими и твердыми.

Жидкие растворы, содержащие растворенные вещества в виде сольватированных индивидуальных молекул или продуктов их диссоциации (ионов, радикалов), называются истинными. Существуют также коллоидные растворы (дисперсные системы), в которых растворенное вещество находится в виде мицелл (сольватированных агрегатов атомов или молекул), или в виде сольватированных отдельных макромолекул высокомолекулярного соединения (крахмала, белка и др.).

Поясните механизм физико-химического процесса растворения вещества. Какие факторы обусловливают растворимость в воде ионного соединения ( ) и ковалентного (сахара, спирта)?

Что такое электролитическая диссоциация и чем она обусловлена? Чем электролиты отличаются от неэлектролитов и что такое степень диссоциации ( )? Что такое произведение растворимости (ПР) малорастворимых электролитов?

2.6. Теория кислот и оснований

Представления об ассоциации и диссоциации веществ в растворах приводят нас к фундаментальным понятиям: кислоты и основания.

Уясните, как изменяется характер диссоциации гидроксида элемента в зависимости от положения последнего в периодической системе?

Сравним два различных по природе гидроксида:

Ясно, что в водном растворе диполи молекул воды будут атаковать, прежде всего, наиболее полярные связи, соответственно и , что и предопределяет их разрыв под действием сольватационных сил.

Согласно теории электролитической диссоциации кислоты диссоциируют в растворе с образованием совальтированных (в водной среде – гидратированных) протонов, а основания – с образованием сольватированных гидроксид-анионов. Эти равновесные процессы характеризуютсяконстантами диссоциации – соответственно К_а и К_в – или отрицательными логарифмами этих величин – рК_а и рК_в (индексы а и в – от англ. Asid – кислота; base – основание).

Соотношение концентраций ионов Н⁺ и ОН^– в водных растворах определяется ионным произведением воды:

(w – от англ. water – вода).

Следовательно, в нейтральной среде:

.

Для любого раствора кислоты или основания рН + рОН =14

В случае кислой среды рН<7, а для щелочной среды рН>7.

Протогенные растворители: вода, аммиак, спирты, кислоты и др. – склонны к автопротолизу:

Согласно теории Льюиса кислоты – это вещества, молекулы которых содержат атомы с вакантной(ыми) орбиталью(ями), способной принимать пару электронов от донора электронов (основания Льюиса).

(донорно-акцепторная связь)

2.7. Моль как мера количества вещества.
Эквивалент и эквивалентная масса. Закон эквивалентов.
Формы выражения концентрации в растворе.

Моль – это количество вещества, которое содержит 6,02·10²³ (число Авогадро) структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов, связей, эквивалентов и др.).

Масса одного моля, выраженная в г или кг, называется молярной массой. Так, для серной кислоты М = 98 г/моль, для КОН М = 56 г/моль.

Важным является понятие эквивалента вещества. Это реальная частица, или формульная единица, или же ее часть, эквивалентная одному протону (в кислоте), или гидроксид-аниону (в основаниях), или одному электрону (в окислительно-восстановительных реакциях), или одной валентности (в реакциях обменного взаимодействия и присоединения). Масса одного моля эквивалента вещества выраженного в г или кг, называется эквивалентной массой.

Массы реагирующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам (закон эквивалентов, Дальтон).

Эквивалентная масса Н₂SО₄ в условиях ее полной нейтрализации равна 49 г, а фактор эквивалентности – 1/2. Эквивалентная масса КОН равна малярной массе – 56 г.

Важной характеристикой растворов и других многокомпонентных систем является концентрация вещества. В лабораторной практике чаще всего используются следующие формы ее выражения:

1. Процентная концентрация (массовая доля , выраженная в процентах) – масса вещества, содержащаяся в 100 г. раствора.

2. Молярная концентрация – количество молей растворенного вещества в литре раствора (С, моль/л).

3. Эквивалентная концентрация (нормальность) – выраженное в молях количество эквивалента, содержащееся в одном литре раствора (N, моль/л), например, 0,1 моль 1/2 Na₂S₂O₃ (то есть эквивалента Na₂S₂O₃) в 1 л.

Для упрощения восприятия мы в ряде случаев будем использовать наименование N экв/л.

4. Титр – масса вещества, растворенного в 1 мл раствора (Т, г/л).

Для работы с газообразными реагентами или продуктами реакции важно помнить некоторые константы и закономерности, характеризующие состояние газа.

Согласно закону Авогадро 1 моль любого газа при нормальных условиях (0^oС, или 273^оК; давление 101,325 кПа, или 1 атм.) занимает объем 22,4 л (молярный объем).

При постоянной температуре давление, производимое данной массой газа, обратно пропорционально его объему (закон Бойля-Мариотта):

, или .

При постоянном давлении объем газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре (Т) (закон Гей-Люссака):

, или .