Закон дії мас і гетерогенні системи.Добуток розчинності та добуток активності.Розчинність малорозчинних електролітів,її обчислення

При гетерогенному каталізі каталізатор і реагують речовини знаходяться в різних фазах, найчастіше каталізатором є тверде тіло, а реагуючі речовини знаходяться в рідкому або газоподібному стані і реакція протікає на поверхні розділу двох фаз, тобто на поверхні каталізатора. Тому гетерогенні каталітичні процеси часто називають контактними, а тверді каталізатори - контактними речовинами.

При гетерогенному каталізі велике значення мають структура, хімічний склад і величина поверхні каталізатора. Як правило всі гетерогенні каталітичні реакції (навітьвідносно прості з них) протікають у кілька стадій: 1) зближеннямолекул реагуючих речовин, 2) орієнтація молекул на активних центрахкаталізатора, 3) адсорбція молекул реагуючих речовин, що супроводжуєтьсядеформацією зв'язків у молекулах, 4) хімічне перетворення адсорбованих (і активованих) молекул, 5) десорбції продуктів реакції, 6) видалення цих продуктів з поверхні каталізатора.

Швидкість гетерогенних взаємодій залежить не тільки від самої хімічної взаємодії, а й від стадії переносу речовини, яким є підведення молекул газоподібного або розчиненого реагенту з обсягу
V до реакційної поверхні S і інтенсивність відводу від поверхні продуктів реакції.

У 1865 році професор М.М. Бекетов висловив гіпотезу про взаємозв'язокміж масами реагентів і часом перебігу реакції: «... Притягненняпропорційно добутку діючих мас», яка в 1867 році булапідтверджена норвезьким хіміком К.М. Гульдбергом і П. Вааге в законідії мас. Сучасна формулювання цього закону: «при постійнійтемпературі швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добуткуконцентрації реагуючих речовин, взятих у ступенях, рівнихстехіометричні коефіцієнти в рівнянні реакції».

Для реакції aA + bB - mM + nN

Математичне вираження закону дії мас має вигляд:

В стані хімічної рівноваги при фіксованій температурі й тиску вільна енергія Гібса повинна мати мінімальне значення, тому

.

Виходячи з рівнянь реакції

,

а тому

де - хімічний потенціал i-го реагента. Це рівняння є загальною формою запису закону, часткову форму якого можна отримати, виразивши хімічні потенціали через концентрації.

,

де - парціальний тиск, а - певна функція від термператури. Парціальні тиски кожної з речовин, що беруть участь у реакції, пропорційні їхнім концентраціям. Після нескладних перетворень можна отримати

.

Стала хімічної рівноваги не залежить від початкової концентрації реагентів, а визначається лише тиском і температурою.

Константа швидкості k визначається природою реагуючих речовин,залежить від температури і присутності каталізатора, але не залежить відконцентрації реагентів що беруть участь в реакції.

Закон дії мас справедливий тільки для найбільш простих за своїммеханізму взаємодій, що протікають в газах або в розведених розчинах.
Якщо складна реакція є сукупністю декількох процесів,здійснюваних паралельно або послідовно, то цей закон справедливийдля кожної окремої стадії реакції, але не всього взаємодії в цілому.

 

Але концентрація твердої фази (вуглецю) в ході реакції не змінюється. Томуїї зазвичай містять у константу швидкості (k):

V = k const [02] = k [02],

Тобто швидкість гетерогенної реакції залежить тільки від концентраціїречовин знаходяться в газовій або рідкій фазах.

2.Перша аналітична група катіонів.Реакції виявлення та відкриття катіонів NH₄⁺, K⁺, Na⁺.

До першої аналітичної групи катіонів належать NH₄⁺, K⁺, Na⁺ та Mg²⁺. Сюди також відносять іони Li⁺, Rb⁺, та Cs⁺. Особливість першої групи катіонів полягає в тому, що вона не має групового реагенту, здатного осаджувати всі катіони цієї групи.

Дія лугу.

З катіонів першої групи лише NH₄⁺ та Mg²⁺ взаємодіють з розчином лугу. Реакція NH₄⁺ з лугом при нагріванні супроводжується виділенням аміаку:

NH₄Cl + NaOH = NH₃ ↑ + NaCl + H₂O.

Аміак можна виявити або за запахом, або з допомогою деяких реакцій (наприклад, змочений водою рожевий лакмусовий папірець синіє, а фільтрувальний папір, змочений Hg₂(NO₃)₂, чорніє). Ця реакція є специфічною для NH₄⁺ і дає змогу виявити його в присутності всіх катіонів.

Дія розчину аміаку.

З катіонів першої аналітичної групи лише Mg2+ взаємодіє з аміаком, утворюючи малорозчинний Mg(OH)2 білого кольору. Проте осадження магнію не є повним, оскільки NH4OH – слабка основа, і тому концентрація ОН− в розчині недостатня. Якщо ж розчин містить надлишок солей амонію, осад Mg(OH)2 взагалі не утворюється, тому що рівновага

Mg²⁺ + 2 NH₄OH ↔ Mg(OH)₂ + 2 NH₄⁺.

порушується вліво. Крім того, суміш NH₄OH + NH₄Cl має буферні властивості і створює в розчині таку концентрацію іонів водню, за якої осад Mg(OH)₂ не утворюється (рН біля 9).