Химические системы

Было бы, однако, неправильно не учитывать той громадной исследовательской работы, которая привела к утверждению системного взгляда на химические знания. Уже

Химические системы

Информация

Химия

Другие материалы по предмету

Химия

Сдать работу со 100% гаранией

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ижевский государственный технический университет

Кафедра «Профессиональная педагогика»

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

По дисциплине "Химия"

На тему: «Химические системы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ижевск, 2010.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

. ХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

.1Основные понятия и определения

.2 Условия существования систем

. САМООРГАНИЗАЦИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

.ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Химию обычно рассматривали как науку о составе и качественном превращении различных веществ. В первое время именно по составу реагирующих веществ пытались объяснить свойства полученных новых веществ. Уже на этом этапе ученые встретились с огромными трудностями. Ведь для того чтобы понять, какие именно первоначальные элементы определяют свойства простых и сложных веществ, надо, во-первых, уметь различать простые и сложные вещества, а во-вторых, определить те элементы, от которых зависят их свойства.

Между тем долгое время ученые считали, например, металлы сложными веществами, а об элементах существовали самые противоречивые представления. Поэтому, несмотря на обилие эмпирического материала о свойствах различных веществ и их соединений, особенностях протекания разнообразных реакций, в химии, по сути дела, до открытия в 1869 г. Периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева (1834-1907) не существовало той объединяющей концепции, с помощью которой можно было бы объяснить весь накопленный фактический материал, а следовательно, представить все наличное знание как систему теоретической химии.

 

 

. ХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

 

.1Основные понятия и определения

 

В химии, как в научных исследованиях, так и при ее практическом использовании, приходится иметь дело с колоссальными числами частиц-атомов, молекул или ионов. Одинаковые или разные, эти частицы объединяются вместе, образуя систему. Химическая система характеризуется семейством понятий, определений, формулировок как содержательных - что есть что, так и формальных - каковы связи, соотношения между частями, элементами системы. Лишь в рамках такого семейства определений можно выразить основные принципы построения и связей внутри каждой конкретной системы.

Простейшими частями химической системы, вообще говоря, являются атомы, молекулы или ионы. Однако конкретная система образуется не из абстрактных атомов, а из вполне конкретных веществ, которые могут реагировать друг с другом, вступая в химические реакции. Очень важно не только то, из каких веществ состоит система, но и то, при каких условиях она находится. Невозможно рассматривать химическую систему в отрыве от условий, в которых она существует.

Прежде всего, система должна быть ограничена. Например, стеклянные стенки стакана, в котором слиты растворы реагирующих веществ, ограничивают химическую систему (рис. 1 - Приложение). Стальной баллон ограничивает находящийся в нем газ. В этих случаях границы системы очевидны. Но часто систему ограничивают лишь мысленно: горящая свеча образует систему вместе с воздухом, в котором она горит, и система - пламя свечи - не имеет реальной границы, хотя мы видим пламя и можем говорить о его форме и размерах (рис. 2 - Приложение).

Химической системой называется ограниченная часть пространства, включающая какие - либо вещества. Все то, что не входит в систему, называется внешней средой.

Система может обмениваться с внешней средой веществами (массой) и энергией. Например, пламя свечи может существовать, только если в него поступает из внешней среды кислород, а продукты сгорания, в том числе и теплота, отводятся во внешнюю среду.

Если система обменивается с внешней средой веществами (массой) и энергией, она называется открытой. Если обмена веществами не происходит - система называется закрытой. Если же нет обмена ни массой, ни энергией, тогда система называется изолированной.

Например, разбавленный раствор серной кислоты в открытом стакане (рис. 3 - Приложение) представляет собой открытую систему - в зависимости от температуры вода будет либо испаряться из раствора во внешнюю среду (за край стакана), если раствор нагревать, либо поглощаться серной кислотой из внешней среды (влажного воздуха за краем стакана), если раствор охлаждать. Тот же раствор в запаянной ампуле - пример закрытой системы, а налитый в хороший термос, плотно закрытый пробкой представляет изолированную систему.

 

.2 Условия существования систем

 

Любая химическая система существует в каких- либо условиях: при определенных температуре и давлении, при определенной напряженности гравитационного, магнитного, электрического и электромагнитного полей.

На столе в пробирке при обычных условиях идет реакция:

 

Fe(тв) +2HCl(р-р) = FeCl2(р-р) + H2(г)

 

 

К обычным условиям относятся: температура - комнатная, то есть около 20 ºС, давление - атмосферное, т.е. около 101 кПа, ускорение силы тяжести в среднем около 9,8 м/с² , напряженность магнитного поля в среднем около 40 А/м, напряженность электрического поля в среднем около 130 В/м, освещенность видимым светом в среднем около 500 лк.

Все эти параметры настолько привычны, что мы зачастую забываем про них, особенно про действие полей. Но теперь уже реально исследуются различия в протекании химических реакций на Земле и в несовместимости.

Как, например, будет реагировать железо с кислотой в несовместимости в отсутствие гравитационного поля, когда железо не будет тонуть в кислоте, а водород не будет выделяться из жидкой фазы?

Во многих методах исследования используются очень сильные магнитные и электрические поля. В условиях интенсивного облучения рентгеновскими лучами, ультрафиолетовым и даже видимым светом многие системы ведут себя иначе, чем при обычных условиях.

 

 

. САМООРГАНИЗАЦИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

 

К условиям протекания химических процессов относятся, прежде всего, термодинамические факторы, характеризующие зависимость реакций от температуры, давления и некоторых других условий. В еще большей степени характер и особенно скорость реакций зависят от кинетических условий, которые определяются наличием катализаторов и других добавок к реагентам, а также влиянием растворителей, стенок реактора и иных условий.

Не следует, однако, забывать, что эти условия могут оказывать воздействие на характер и результат химических реакций при определенной структуре молекул химических соединений. Наиболее активны в этом отношении соединения переменного состава с ослабленными связями между их компонентами. Именно на них и направлено в первую очередь действие разных катализаторов, которые значительно ускоряют ход химических реакций. Меньшее влияние оказывают на реакции такие термодинамические факторы, как температура и давление.

Для сравнения можно привести реакцию синтеза аммиака из азота и водорода. Вначале его не удавалось получить ни с помощью большого давления, ни высокой температуры, и только использование в качестве катализатора специально обработанного железа впервые привело к успеху. Однако эта реакция сопряжена с большими технологическими трудностями, которые удалось преодолеть после того, когда был использован металлорганический катализатор. В его присутствии синтез аммиака происходит при обычной температуре (18°С) и нормальном атмосферном давлении, что открывает большие перспективы не только для производства удобрений, но в будущем такого изменения генной структуры злаков (ржи и пшеницы), когда они не будут нуждаться в азотных удобрениях. Еще большие возможности и перспективы возникают с использованием катализаторов в других отраслях химической промышленности, в особенности в «тонком» и «тяжелом» органическом синтезе.

Не приводя более примеров о чрезвычайно высокой эффективности катализаторов в ускорении химических реакций, следует обратить особое внимание на то, что возникновение и эволюция жизни на Земле были бы невозможны без существования ферментов, служащих по сути дела живыми катализаторами. Несмотря на то, что ферменты обладают общими свойствами, присущими всем катализаторам, тем не менее, они не тождественны последним, поскольку функционируют в рамках живых систем. Поэтому все попытки использовать опыт живой природы для ускорения химических процессов в неорганическом мире наталкиваются на серьезные ограничения. Речь может идти только о моделировании некоторых функций ферментов и использовании этих моделей для теоретического анализа деятельности живых систем, а также частично - практического применения выделенных ферментов для ускорения некоторых химических реакций.

Тот факт, что катализ играл решающую роль в процессе перехода от химических систем к биологическим, т. е. на предбиотической стадии эволюции, в настоящее время подтверждается многими данными и аргументами. Наиболее убедительные результаты связаны с опытами по самоорганизации химических систем, которые наблюдали наши соотечественники Б.П. Белоусов и А.М. Жаботинский. Такие реакции сопровождаются образованием специфических пространственных и временных структур за счет поступления новых и удаления использованных химических ре

Похожие работы

1 2 3 > >>