भौतिक रसायन
भौतिक रसायन विज्ञान का विषय। इसका अर्थ
रासायनिक और भौतिक घटना के अध्ययन का संबंध भौतिक रसायन।रसायन विज्ञान की यह शाखा रसायन विज्ञान और भौतिकी के बीच की सीमा है। दोनों विज्ञानों के सैद्धांतिक और प्रायोगिक तरीकों के साथ-साथ अपने स्वयं के तरीकों का उपयोग करते हुए, भौतिक रसायन विज्ञान रासायनिक प्रतिक्रियाओं और उनके साथ होने वाली भौतिक प्रक्रियाओं के बहुआयामी अध्ययन में लगा हुआ है। चूंकि, हालांकि, यहां तक कि एक बहुआयामी अध्ययन भी कभी पूरा नहीं होता है और घटना को संपूर्ण तरीके से कवर नहीं करता है, भौतिक रसायन विज्ञान के नियम और कानून, अन्य प्राकृतिक विज्ञानों की तरह, हमेशा घटना को सरल बनाते हैं और इसे पूरी तरह से प्रतिबिंबित नहीं करते हैं।
भौतिक रसायन विज्ञान का तेजी से विकास और बढ़ता महत्व भौतिकी और रसायन विज्ञान के बीच इसकी सीमा स्थिति से जुड़ा है। भौतिक रसायन विज्ञान का मुख्य सामान्य कार्य अध्ययन के तहत प्रणाली को बनाने वाले पदार्थों की संरचना और गुणों के आंकड़ों के आधार पर विभिन्न परिस्थितियों में प्रक्रिया के समय के पाठ्यक्रम और अंतिम परिणाम (संतुलन राज्य) की भविष्यवाणी है।
भौतिक रसायन विज्ञान के विकास के इतिहास की संक्षिप्त रूपरेखा
शब्द "भौतिक रसायन विज्ञान" और इस विज्ञान की परिभाषा सबसे पहले एम.वी. लोमोनोसोव ने दी थी, जिन्होंने 1752-1754 में। विज्ञान अकादमी के छात्रों के लिए भौतिक रसायन विज्ञान में एक पाठ्यक्रम पढ़ा और इस पाठ्यक्रम की पांडुलिपि "सच्ची भौतिक रसायन विज्ञान का परिचय" (1752) को छोड़ दिया। लोमोनोसोव ने कई अध्ययन किए, जिनमें से विषय उनके द्वारा संकलित "भौतिक रसायन विज्ञान के पाठ्यक्रम के लिए योजना" (1752) और प्रयोगात्मक कार्य "भौतिक रसायन विज्ञान में अनुभव" (1754) के कार्यक्रम के अनुरूप हैं। उनके नेतृत्व में भौतिक रसायन विज्ञान में एक छात्र कार्यशाला भी आयोजित की गई।
लोमोनोसोव ने भौतिक रसायन विज्ञान की निम्नलिखित परिभाषा दी: "भौतिक रसायन विज्ञान एक विज्ञान है जो भौतिकी के प्रावधानों और प्रयोगों के आधार पर बताता है कि रासायनिक संचालन के दौरान मिश्रित निकायों में क्या होता है।" यह परिभाषा आधुनिक के करीब है।
भौतिक रसायन विज्ञान के विकास के लिए 19वीं शताब्दी के मध्य में उष्मागतिकी के दो नियमों की खोज (एस. कार्नोट, यू.आर. मेयर, जी. हेल्महोल्ट्ज़, डी.पी. जूल, आर. क्लॉसियस, डब्ल्यू. थॉमसन) महान थी। महत्त्व।
19वीं शताब्दी में भौतिकी और रसायन विज्ञान के बीच के क्षेत्र में शोध की संख्या और विविधता में लगातार वृद्धि हुई। रासायनिक संतुलन का थर्मोडायनामिक सिद्धांत विकसित किया गया था (के.एम. गुल्डबर्ग, पी। वेज, डी.डब्ल्यू। गिब्स)। एल.एफ. विल्हेल्मी के अध्ययन ने रासायनिक प्रतिक्रियाओं (रासायनिक कैनेटीक्स) की दरों के अध्ययन की नींव रखी। समाधानों में बिजली के हस्तांतरण का अध्ययन किया गया था (I.V. Gittorf, F.V.G. Kolrausch), भाप के साथ समाधान के संतुलन के नियमों का अध्ययन किया गया था (D.P. Konovalov) और समाधान के सिद्धांत को विकसित किया गया था (D.I. Mendeleev)।
एक स्वतंत्र विज्ञान और अकादमिक अनुशासन के रूप में भौतिक रसायन विज्ञान की मान्यता 1887 में लीपज़िग विश्वविद्यालय (जर्मनी) में डब्ल्यू ओस्टवाल्ड की अध्यक्षता में भौतिक रसायन विज्ञान के पहले विभाग की स्थापना में और भौतिक पर पहली वैज्ञानिक पत्रिका की नींव में व्यक्त की गई थी। वहाँ रसायन। पर देर से XIXसेंचुरी लीपज़िग विश्वविद्यालय भौतिक रसायन विज्ञान के विकास का केंद्र था, और प्रमुख भौतिक रसायनज्ञ W.Ostwald, J.H.Vant-Hoff, S.Arhenius और W.Nernst थे। इस समय तक, भौतिक रसायन विज्ञान के तीन मुख्य खंड परिभाषित किए गए थे - रासायनिक थर्मोडायनामिक्स, रासायनिक कैनेटीक्स और इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री।
प्रति सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्रविज्ञान, जिसका विकास तकनीकी प्रगति के लिए एक आवश्यक शर्त है, में रासायनिक प्रक्रियाओं का अध्ययन शामिल है; भौतिक रसायन विज्ञान इस समस्या के विकास में एक प्रमुख भूमिका निभाता है।
भौतिक रसायन विज्ञान के खंड। अनुसंधान की विधियां
रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी। इस खंड में, सामान्य उष्मागतिकी के नियमों के आधार पर, रासायनिक संतुलन के नियम और चरण संतुलन के सिद्धांत की व्याख्या की जाती है।
समाधान के सिद्धांत का उद्देश्य समाधान बनाने वाले पदार्थों के गुणों के आधार पर समाधान के गुणों (कई पदार्थों के सजातीय मिश्रण) की व्याख्या और भविष्यवाणी करना है।
सतही घटना का सिद्धांत। ठोस और तरल पदार्थ (चरणों के बीच इंटरफेस) की सतह परतों के विभिन्न गुणों का अध्ययन किया जाता है; सतह की परतों में अध्ययन की जाने वाली मुख्य घटनाओं में से एक है सोखना(सतह परत में पदार्थ का संचय)।
उन प्रणालियों में जहां तरल, ठोस और गैसीय चरणों के बीच इंटरफेस अत्यधिक विकसित होते हैं (इमल्शन, मिस्ट, स्मोक इत्यादि), सतह परतों के गुण प्राथमिक महत्व के हो जाते हैं और पूरे सिस्टम के कई अद्वितीय गुणों को एक के रूप में निर्धारित करते हैं। पूरे। ऐसा तितर - बितर (सूक्ष्मविषम)प्रणालियों का अध्ययन किया जा रहा है कोलाइड रसायन,जो भौतिक रसायन विज्ञान की एक प्रमुख स्वतंत्र शाखा है।
भौतिक रसायन विज्ञान के मुख्य वर्गों की उपरोक्त सूची में इस विज्ञान के कुछ क्षेत्रों और छोटे वर्गों को शामिल नहीं किया गया है, जिन्हें बड़े वर्गों के हिस्से या भौतिक रसायन विज्ञान के स्वतंत्र वर्गों के रूप में माना जा सकता है। भौतिक रसायन विज्ञान की विभिन्न शाखाओं के बीच घनिष्ठ अंतर्संबंध पर एक बार फिर जोर दिया जाना चाहिए। किसी भी घटना के अध्ययन में, किसी को रसायन विज्ञान की कई शाखाओं (और अक्सर अन्य विज्ञानों) के अध्ययन के लिए विचारों, सिद्धांतों और विधियों के एक शस्त्रागार का उपयोग करना पड़ता है। केवल भौतिक रसायन विज्ञान के साथ प्रारंभिक परिचित के साथ ही शैक्षिक उद्देश्यों के लिए सामग्री को संकेतित वर्गों में वितरित करना संभव है।
भौतिक और रासायनिक अनुसंधान के तरीके. भौतिक रसायन विज्ञान की मूल विधियाँ स्वाभाविक रूप से भौतिकी और रसायन विज्ञान की विधियाँ हैं। यह, सबसे पहले, एक प्रयोगात्मक विधि है - पदार्थों के गुणों की निर्भरता का अध्ययन बाहरी स्थितियांविभिन्न प्रक्रियाओं के प्रवाह के नियमों और रासायनिक संतुलन के नियमों का प्रायोगिक अध्ययन।
प्रयोगात्मक डेटा की सैद्धांतिक समझ और ज्ञान की एक सुसंगत प्रणाली का निर्माण सैद्धांतिक भौतिकी के तरीकों पर आधारित है।
थर्मोडायनामिक विधि, जो उनमें से एक है, किसी पदार्थ के विभिन्न गुणों ("मैक्रोस्कोपिक" गुण) को मात्रात्मक रूप से संबंधित करना और अन्य गुणों के प्रयोगात्मक मूल्यों के आधार पर इनमें से कुछ गुणों की गणना करना संभव बनाता है।
अध्याय 1
थर्मोडायनामिक्स का पहला नियम
गर्मजोशी और काम
एक शरीर से दूसरे शरीर में संक्रमण के दौरान गति के रूपों में परिवर्तन और ऊर्जा के संबंधित परिवर्तन बहुत विविध हैं। गति के संक्रमण के रूपों और उससे जुड़ी ऊर्जा के संक्रमणों को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है।
पहले समूह में दो आसन्न पिंडों के अणुओं के अराजक टकराव से गति संक्रमण का केवल एक रूप शामिल है, अर्थात। चालन द्वारा (और साथ ही विकिरण द्वारा)। इस प्रकार प्रेषित गति का माप है गर्मी .
दूसरे समूह में विभिन्न प्रकार के आंदोलन संक्रमण शामिल हैं, जिनमें से सामान्य विशेषता किसी भी बाहरी ताकतों की कार्रवाई के तहत मैक्रोस्कोपिक जनता की गति है जो एक निर्देशित चरित्र है। इस तरह के एक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में निकायों का उदय, एक निश्चित मात्रा में बिजली का एक बड़े इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता से एक छोटे से संक्रमण, दबाव में गैस का विस्तार आदि है। इस तरह के माध्यम से संचरित गति का सामान्य माप है काम .
गर्मी और कार्य भौतिक दुनिया के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में गति के संचरण के गुणात्मक और मात्रात्मक रूप से दो अलग-अलग रूपों की विशेषता रखते हैं।
गति का संचरण पदार्थ की एक प्रकार की जटिल गति है, जिसके दो मुख्य रूपों में हम अंतर करते हैं। ऊष्मा और कार्य पदार्थ की गति के इन दो जटिल रूपों के माप हैं, और उन्हें ऊर्जा के प्रकार के रूप में माना जाना चाहिए।
ऊष्मा और कार्य का सामान्य गुण यह है कि वे केवल उस समय अंतराल के दौरान मायने रखते हैं जिसमें ये प्रक्रियाएँ होती हैं। ऐसी प्रक्रियाओं के दौरान, कुछ निकायों में, किसी न किसी रूप में गति कम हो जाती है और संबंधित ऊर्जा कम हो जाती है, जबकि अन्य निकायों में उसी या अन्य रूपों में गति बढ़ जाती है और संबंधित प्रकार की ऊर्जा बढ़ जाती है।
हम किसी पिंड में ऊष्मा के भंडार या कार्य की बात नहीं कर रहे हैं, बल्कि केवल एक ज्ञात प्रक्रिया की ऊष्मा और कार्य के बारे में बात कर रहे हैं। इसके पूरा होने के बाद शरीर में गर्मी या काम की उपस्थिति के बारे में बात करने की जरूरत नहीं है।
आंतरिक ऊर्जा
एक गैर-वृत्ताकार प्रक्रिया के लिए, समानता (I, 1) नहीं देखी जाती है, क्योंकि सिस्टम अपनी मूल स्थिति में वापस नहीं आता है। इसके बजाय, एक गैर-गोलाकार प्रक्रिया के लिए समानताएं लिखी जा सकती हैं (गुणांक को छोड़कर क):
चूँकि समाकलन की सीमाएँ आम तौर पर मनमानी होती हैं, इसलिए प्राथमिक मात्राओं के लिए डीडब्ल्यूतथा डीक्यू:
डी क्यू d वू,
फलस्वरूप:
डी क्यू- डी वू ¹ 0
अंतर को निरूपित करें डीक्यू - डीडब्ल्यूके माध्यम से किसी भी प्राथमिक थर्मोडायनामिक प्रक्रिया के लिए डीयू:
ड्यू d क्यू- डी वू(मैं, 2)
या अंतिम प्रक्रिया के लिए:
– (मैं, 2ए)
वृत्तीय प्रक्रिया पर लौटते हुए, हम प्राप्त करते हैं (समीकरण I, 1 से):
= - = 0 (मैं, 3)
इस प्रकार, मान ड्यूकुछ सिस्टम स्टेट फ़ंक्शन का कुल अंतर है। जब सिस्टम अपनी मूल स्थिति (चक्रीय परिवर्तन के बाद) में लौटता है, तो इस फ़ंक्शन का मान अपना मूल मान प्राप्त कर लेता है।
सिस्टम स्टेट फंक्शन तुम,समानता (I, 2) या (I, 2a) द्वारा परिभाषित को कहा जाता है आंतरिक ऊर्जा प्रणाली .
जाहिर है, व्यंजक (I, 2a) को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
\u003d यू 2 - यू 1 \u003d यू \u003d -(मैं, 2बी)
यू 2 – यू 1 \u003d यू \u003d क्यू - डब्ल्यू
यह तर्क अनुभवजन्य रूप से सिस्टम की स्थिति के एक निश्चित कार्य की उपस्थिति की पुष्टि करता है, जिसका अर्थ है कि सिस्टम के सभी आंदोलनों के कुल माप का अर्थ है।
दूसरे शब्दों में, आंतरिक ऊर्जा में अणुओं की ट्रांसलेशनल और घूर्णी ऊर्जा शामिल होती है, कंपन ऊर्जाएक अणु में परमाणु और परमाणुओं के समूह, इलेक्ट्रॉन गति की ऊर्जा, इंट्रान्यूक्लियर और अन्य प्रकार की ऊर्जा, यानी, सिस्टम में सभी प्रकार की कण ऊर्जा की समग्रता, सिस्टम की संभावित और गतिज ऊर्जा के अपवाद के साथ।
आइए मान लें कि चक्रीय प्रक्रिया इस तरह से की गई थी कि सिस्टम के अपनी प्रारंभिक अवस्था में लौटने के बाद, सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा ने प्रारंभिक मूल्य नहीं लिया, बल्कि बढ़ गया। इस मामले में, परिपत्र प्रक्रियाओं की पुनरावृत्ति प्रणाली में ऊर्जा के संचय का कारण बनेगी। इस ऊर्जा को काम में बदलना और इस तरह से काम प्राप्त करना संभव होगा, गर्मी की कीमत पर नहीं, बल्कि "कुछ भी नहीं", क्योंकि एक परिपत्र प्रक्रिया में काम और गर्मी एक दूसरे के बराबर हैं, जो प्रत्यक्ष प्रयोगों द्वारा दिखाया गया है .
निर्दिष्ट निर्माण चक्र को पूरा करने में असमर्थता पहली तरह का पेरपेटुम मोबाइल (पेरपेटम मोबाइल),जो किसी अन्य प्रकार की ऊर्जा के बराबर राशि खर्च किए बिना काम देता है, हजारों वर्षों के मानव अनुभव के नकारात्मक परिणाम से सिद्ध होता है। यह परिणाम उसी निष्कर्ष की ओर ले जाता है जो हमने जूल के प्रयोगों का विश्लेषण करके एक विशेष लेकिन अधिक कठोर रूप में प्राप्त किया था।
आइए हम एक बार फिर प्राप्त परिणाम तैयार करें। एक चक्रीय प्रक्रिया के परिणामस्वरूप प्रणाली की कुल ऊर्जा आपूर्ति (इसकी आंतरिक ऊर्जा) अपने मूल मूल्य पर वापस आ जाती है, अर्थात, में स्थित प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा दिया गया राज्य, का एक विशिष्ट मूल्य होता है और यह इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि इस स्थिति में पहुंचने से पहले सिस्टम में क्या परिवर्तन हुए थे।
दूसरे शब्दों में, प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा प्रणाली की स्थिति का एक स्पष्ट, निरंतर और परिमित कार्य है।
निकाय की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन व्यंजक (I, 2b) द्वारा निर्धारित होता है; व्यंजक (I, 3) एक वृत्तीय प्रक्रिया के लिए मान्य है। सिस्टम के कुछ गुणों (पैरामीटर) में एक असीम परिवर्तन के साथ, सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा भी असीम रूप से बदलती है। यह एक सतत कार्य की एक संपत्ति है।
ऊष्मप्रवैगिकी के भीतर, उपयोग करने की कोई आवश्यकता नहीं है सामान्य परिभाषाआंतरिक ऊर्जा की अवधारणा। अभिव्यक्तियों (I, 2) या (I, 2a) के माध्यम से एक औपचारिक मात्रात्मक परिभाषा आगे के सभी थर्मोडायनामिक तर्क और निष्कर्षों के लिए पर्याप्त है।
चूंकि सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा इसकी स्थिति का एक कार्य है, इसलिए, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, सिस्टम स्टेट्स के मापदंडों में असीम परिवर्तन के साथ आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि राज्य फ़ंक्शन का कुल अंतर है। समीकरण (I, 3) में समाकल को राज्य से पथ के खंडों पर दो समाकलों में तोड़ना 1 राज्य तक 2 (पथ "ए") (अंजीर देखें। I) और इसके विपरीत - राज्य से 2 राज्य तक 1 (दूसरा रास्ता "बी" ), - हम पाते हैं:
(मैं, 4)
(मैं, 5)
हम पथ "ए" और "सी", या "बी" और "सी", आदि की तुलना करके एक ही परिणाम पर पहुंचेंगे।
चावल। I. एक परिपत्र (चक्रीय) प्रक्रिया की योजना।
व्यंजक (I, 5) दर्शाता है कि एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण के दौरान सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि प्रक्रिया के पथ पर निर्भर नहीं करती है, बल्कि सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं पर ही निर्भर करती है।
ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम
ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम सीधे ऊर्जा संरक्षण के नियम से संबंधित है। यह आपको रासायनिक प्रतिक्रियाओं सहित विभिन्न प्रक्रियाओं के दौरान ऊर्जा संतुलन की गणना करने की अनुमति देता है।
ऊर्जा के संरक्षण के नियम से निम्नानुसार है:
क्यू = ∆यू + डब्ल्यू
एक बंद प्रणाली के लिए परिणामी अभिव्यक्ति को निम्नानुसार पढ़ा जा सकता है: निकाय को आपूर्ति की जाने वाली ऊष्मा उसकी आंतरिक ऊर्जा को बदलने और कार्य करने में ही खर्च होती है।
उपरोक्त कथन, समीकरणों (I, 3) और (I, 5) से संबंधित है, कार्य करता है ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम का निर्माण(समीकरण (I, 2) के साथ संयुक्त जो आंतरिक ऊर्जा की मात्रा निर्धारित करता है)।
ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम ऊर्जा के संरक्षण के कानून का एक मात्रात्मक सूत्रीकरण है जैसा कि गर्मी और कार्य के परिवर्तन से जुड़ी प्रक्रियाओं पर लागू होता है।
ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम का एक अन्य सूत्रीकरण व्यंजक (I, 2a) से प्राप्त किया जा सकता है। एक पृथक प्रणाली में डीक्यू = 0तथा डीडब्ल्यू = 0, फिर और डीयू = 0; इसलिए, एक पृथक प्रणाली में होने वाली किसी भी प्रक्रिया के लिए:
(आई.6)
अर्थात। एक पृथक प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा स्थिर होती है . ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम का यह सूत्रीकरण विशिष्ट परिस्थितियों और परिमित प्रणालियों पर लागू ऊर्जा के संरक्षण के सामान्य कानून की एक मात्रात्मक अभिव्यक्ति है, जिसके अनुसार ऊर्जा का निर्माण या गायब नहीं होता है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम किसी भी राज्य में सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा के कुल मूल्य का पता लगाना संभव नहीं बनाता है, क्योंकि पहले कानून को व्यक्त करने वाले समीकरण केवल ऊर्जा में परिवर्तन की गणना की ओर ले जाते हैं विभिन्न प्रक्रियाओं में प्रणाली। इसी तरह, कोई भी मैक्रोस्कोपिक प्रक्रियाओं में आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन को सीधे माप नहीं सकता है; इस प्रक्रिया के मापन योग्य मात्राओं - ऊष्मा और कार्य को ध्यान में रखते हुए, समीकरण (I, 2b) का उपयोग करके इस परिवर्तन की गणना करना ही संभव है।
ध्यान दें कि गर्मी और कार्य (प्रत्येक अलग-अलग) में समीकरण (I, 3) या (I, 5) द्वारा व्यक्त की गई राज्य फ़ंक्शन संपत्ति नहीं होती है और आंतरिक ऊर्जा में निहित होती है। प्रक्रिया की गर्मी और कार्य जो सिस्टम को राज्य 1 से राज्य 2 में स्थानांतरित करता है, सामान्य मामले में प्रक्रिया के पथ और मूल्य पर निर्भर करता है क्यूतथा डब्ल्यूअवस्था फलन के अवकलन नहीं हैं, बल्कि केवल अतिसूक्ष्म मात्राएँ हैं, जिन्हें हम कहेंगे तात्विक गर्मीतथा प्राथमिक कार्य।
इस प्रकार, आंतरिक ऊर्जा अंतर ड्यूतात्विक ताप के अलावा अन्य गणितीय गुण हैं डीक्यूऔर काम डीडब्ल्यू. ऊष्मप्रवैगिकी की एक प्रणाली के निर्माण में यह आवश्यक है।
राज्य समीकरण
संतुलन और उसके घटक चरणों में एक प्रणाली के कई गुण अन्योन्याश्रित हैं। उनमें से एक में परिवर्तन दूसरे में परिवर्तन का कारण बनता है। एक प्रणाली (चरण) के गुणों के बीच मात्रात्मक कार्यात्मक निर्भरता विभिन्न प्रकार के समीकरणों द्वारा परिलक्षित हो सकती है।
इन समीकरणों में सबसे महत्वपूर्ण है स्थिति के समीकरणचरण, संतुलन में प्रणाली के प्रत्येक चरण के दबाव, तापमान, घनत्व (या आयतन), संरचना और अन्य गुणों को अभिन्न रूप से जोड़ना।
राज्य का समीकरण प्रणाली और उसके सजातीय भागों (चरणों) के थर्मोडायनामिक समीकरणों से निकटता से संबंधित है, लेकिन ऊष्मप्रवैगिकी के बुनियादी समीकरणों से एक ठोस रूप में प्राप्त नहीं किया जा सकता है और इसे आनुभविक रूप से पाया जाना चाहिए या सांख्यिकीय भौतिकी के तरीकों से प्राप्त किया जाना चाहिए। आणविक मापदंडों पर (यानी, व्यक्तिगत अणुओं की संरचना और गुणों की विशेषता वाली मात्रा)। राज्य के सबसे सरल समीकरण निम्न दबाव पर गैसों के समीकरण हैं: क्लैपेरॉन-मेंडेलीव समीकरण, वैन डेर वाल्स समीकरण, आदि।
चरण के विभिन्न गुणों से संबंधित राज्य और अन्य समीकरणों के समीकरणों की उपस्थिति इस तथ्य की ओर ले जाती है कि प्रणाली की स्थिति के एक स्पष्ट लक्षण वर्णन के लिए, केवल कुछ, कुछ स्वतंत्र गुणों को जानना पर्याप्त है। इन गुणों को कहा जाता है स्वतंत्र प्रभावित करने वाली वस्तुएँया राज्य पैरामीटरसिस्टम शेष गुण राज्य के मापदंडों के कार्य हैं और विशिष्ट रूप से निर्धारित किए जाते हैं यदि बाद के मान दिए गए हैं। इस मामले में, कई समस्याओं के लिए यह मायने नहीं रखता है कि क्या हम अध्ययन के तहत चरणों की स्थिति के विशिष्ट समीकरणों को जानते हैं; यह केवल महत्वपूर्ण है कि संबंधित निर्भरताएं हमेशा वास्तव में मौजूद हों।
इस प्रकार, प्रणाली की स्थिति स्वतंत्र चर (राज्य मापदंडों) द्वारा निर्धारित की जाती है, जिसकी संख्या प्रकृति पर निर्भर करती है विशिष्ट प्रणाली, और उनकी पसंद, सिद्धांत रूप में, मनमानी है और समीचीनता के विचारों से जुड़ी है। सबसे सरल प्रणालियों की स्थिति निर्धारित करने के लिए - द्रव्यमान और संरचना में समय में सजातीय और स्थिर (एक चरण से मिलकर और रासायनिक रूप से नहीं बदल रहा है) - तीन में से दो स्वतंत्र चर (वॉल्यूम) को जानना पर्याप्त है वी,दबाव पीऔर तापमान टी)।अधिक में जटिल प्रणालीस्वतंत्र चर में सांद्रता, विद्युत आवेश, इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता, चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और अन्य शामिल हो सकते हैं।
कैलोरी गुणांक
प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा, राज्य का एक कार्य होने के नाते, प्रणाली के स्वतंत्र चर (राज्य मापदंडों) का एक कार्य है।
सरलतम प्रणालियों में
यू = एफ (वी, टी) (मैं, 7)
जहां से कुल अंतर U :
डीयू = डीवी + डीटी (1,8)
मूल्य को प्रतिस्थापित करना ड्यूसमीकरण (I, 8) से समीकरण (I, 2) तक, हम पाते हैं:
क्यू = डीवी + डीटी + डब्ल्यू(मैं, 9)
यदि अध्ययन के तहत प्रणाली में केवल विस्तार कार्य होता है और कोई विद्युत कार्य, गुरुत्वाकर्षण, सतह बल आदि नहीं होते हैं, तो घ वू = पीडीएफ।फिर
क्यू = + पी डीवी + डीटी(मैं, 9ए)
समीकरण (I, 9a) में स्वतंत्र चरों के अंतरों पर गुणांकों को प्रतीकों द्वारा निरूपित करना मैंतथा सीवी ,हम पाते हैं:
क्यू = एलडीवी + सी वी डीटी(1,10)
समीकरण (I, 9a) और (I, 10) का अर्थ है:
= एल = + पी(I.11)
= सी वी =
मात्रा तथा किसी फ़ंक्शन के व्युत्पन्न नहीं हैं। पहला है इज़ोटेर्मल विस्तार की गर्मीतन। यह मात्रा, जिसका आयाम दबाव के आयाम के साथ मेल खाता है, बाहरी दबाव और पद का योग है ; जो अणुओं के पारस्परिक आकर्षण को दर्शाता है। यह शब्द वास्तविक गैसों के लिए छोटा और तरल और ठोस के लिए बहुत बड़ा (बाहरी दबाव के सामान्य मूल्यों की तुलना में) है।
मूल्य सीवी, समीकरण (I, 11) के अनुसार, is स्थिर मात्रा में ताप क्षमता. एक स्थिर आयतन पर सिस्टम द्वारा अवशोषित गर्मी पूरी तरह से आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने पर खर्च की जाती है (बशर्ते कि विस्तार कार्य सहित सभी प्रकार के कार्य अनुपस्थित हों)।
चर के साथ आंतरिक ऊर्जा के कुल अंतर के गुणांक वीतथा टीएक सरल है भौतिक अर्थजैसा कि उपर दिखाया गया है।
स्वतंत्र चर के रूप में चयन पीतथा टीया वीतथा पीऔर आंतरिक ऊर्जा को चरों के इन युग्मों के फलन के रूप में देखते हुए, हम इसी प्रकार प्राप्त कर सकते हैं:
डी क्यू = एचडीपी + सी पी डीटी(मैं, 10ए)
डी क्यू= सी डीवी+ ली डी पी(मैं, 10बी)
जहां मात्रा एच, सी पी, c और l समीकरण (I, 11) में प्रस्तुत किए गए संबंधों की तुलना में अधिक जटिल संबंधों द्वारा आंतरिक ऊर्जा के डेरिवेटिव से संबंधित हैं। ध्यान दें कि सी पी =वहाँ है निरंतर दबाव पर ताप क्षमता,एक एच = – इज़ोटेर्मल की गर्मी दबाव में वृद्धि।बाद वाला मान अनिवार्य रूप से नकारात्मक है।
कठिनाइयाँ मैं, एच, सीवी , सी पी ,सी और कहा जाता है कैलोरी अनुपात।एक स्वतंत्र भौतिक अर्थ होना (विशेषकर सी पी,सीवी और मैं), वे थर्मोडायनामिक निष्कर्षों और गणनाओं में उपयोगी सहायक मात्राएँ भी हैं।
विभिन्न प्रक्रियाओं का संचालन
काम के नाम पर कई ऊर्जा प्रक्रियाएं संयुक्त होती हैं; इन प्रक्रियाओं की एक सामान्य संपत्ति बाहर से अभिनय करने वाले बल को दूर करने के लिए सिस्टम ऊर्जा का व्यय है। ऐसी प्रक्रियाओं में शामिल हैं, उदाहरण के लिए, संभावित क्षेत्र में जनता की आवाजाही। यदि गति बल प्रवणता के विरुद्ध है, तो निकाय कार्य के रूप में ऊर्जा व्यय करता है; काम की मात्रा सकारात्मक है। बल प्रवणता के साथ आगे बढ़ने पर, सिस्टम बाहर से कार्य के रूप में ऊर्जा प्राप्त करता है; काम की मात्रा नकारात्मक है। गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में ज्ञात द्रव्यमान को उठाने का कार्य ऐसा है। इस मामले में प्राथमिक कार्य:
डी वू = – एमजीडीएच
कहाँ पे एम- शरीर का द्रव्यमान; एचप्रारंभिक शून्य स्तर से ऊपर की ऊंचाई है। जब कोई सिस्टम बाहरी दबाव में फैलता है पी,सिस्टम काम करता है , इस मामले में प्राथमिक कार्य समान है पीडीवी (वी 1तथा वी 2 -सिस्टम के प्रारंभिक और अंतिम खंड, क्रमशः)।
जब कोई विद्युत आवेश गति करता है क्यूसंभावित ड्रॉप की दिशा के खिलाफ एक विद्युत क्षेत्र में जेऔर उस क्षेत्र में जहां संभावित परिवर्तन बराबर है डीजे,साथ ही एक शरीर के प्रभार में वृद्धि के साथ जिसमें क्षमता है जे, मूल्य से डीक्यूसिस्टम पर काम किया जाता है, इसका मान पहले मामले में बराबर होता है - क्यूडीजे, और दूसरे मामले में जेडीक्यू.
इसी तरह, इंटरफ़ेस सतह को बढ़ाने का कार्य व्यक्त किया जा सकता है एससिस्टम के सजातीय भागों (चरणों) के बीच: d वू=-एस डी एस,
जहाँ s पृष्ठ तनाव है।
सामान्य तौर पर, प्राथमिक कार्य डीडब्ल्यूकई गुणात्मक रूप से भिन्न प्राथमिक कार्यों का योग है:
डी वू = पी.डी.वी एमजीडीएच-एस डी एस- जे डीक्यू + ... (1.12)
यहां पी, -एमजी, -, -j एक सामान्यीकृत अर्थ में बल हैं (सामान्यीकृत बल)या तीव्रता कारक; वी, एच, एस, क्यू – सामान्यीकृत निर्देशांकया समाई कारक।
प्रत्येक विशिष्ट मामले में, यह निर्धारित करना आवश्यक है कि अध्ययन के तहत प्रणाली में किस प्रकार के कार्य संभव हैं, और इसके लिए उपयुक्त अभिव्यक्तियों को संकलित करके डीडब्ल्यू, उनका उपयोग समीकरण (I, 2a) में करें। समीकरण (I, 12) का एकीकरण और एक विशिष्ट प्रक्रिया के लिए कार्य की गणना केवल उन मामलों में संभव है जहां प्रक्रिया संतुलन में है और राज्य का समीकरण ज्ञात है।
बहुत सी प्रणालियों के लिए, समीकरण की श्रृंखला (I, 12) को एक पद तक सीमित करना संभव है - विस्तार कार्य।
संतुलन प्रक्रियाओं में विस्तार का कार्य विभिन्न समीकरणों द्वारा व्यक्त किया जाता है जो राज्य के समीकरण से अनुसरण करते हैं। उनमें से कुछ यहां हैं:
1) एक स्थिर आयतन पर आगे बढ़ने वाली प्रक्रिया (आइसोकोरिक प्रक्रिया; वी = कॉन्स्ट):
डब्ल्यू = ∫δW = पीडीवी = 0(मैं, 13)
2) निरंतर दबाव में आगे बढ़ने वाली प्रक्रिया (आइसोबैरिक प्रक्रिया; P = const):
डब्ल्यू = = पी (वी 2 - वी 1) \u003d पीडीवी(मैं, 14)
3) एक प्रक्रिया जो स्थिर तापमान पर होती है (समतापी प्रक्रिया, T = const) एक आदर्श गैस के प्रसार का कार्य, जिसके लिए पीवी = एनआरटी:
डब्ल्यू = डीवी = एनआरटी लॉग(मैं, 15)
तापीय धारिता
प्रक्रियाओं के लिए ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम का समीकरण जहाँ केवल विस्तार कार्य किया जाता है, रूप लेता है:
क्यू = डीयू + पीडीवी(मैं, 19)
यदि प्रक्रिया निरंतर दबाव में आगे बढ़ती है, तो, एकीकृत करके, हम प्राप्त करते हैं:
क्यू पी \u003d यू 2 - यू 1 + पी (वी 2 - वी 1)(मैं, 20)
क्यू पी \u003d (यू 2 + पीवी 2) - (यू 1 + पीवी 1)(मैं, 21)
इसलिये पीतथा वी- राज्य पैरामीटर, एक यूएक राज्य समारोह है, तो योग यू+पीवीयह भी एक राज्य कार्य है और प्रक्रिया में इसका परिवर्तन प्रक्रिया के पथ पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि केवल प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं पर निर्भर करता है। इस फ़ंक्शन को कहा जाता है तापीय धारिताऔर प्रतीक . द्वारा निरूपित किया जाता है एच. मूल्य का निर्धारण एचपहचान कार्य करती है:
एच यू + पीवी(मैं, 22)
समीकरण (I, 21) से यह निष्कर्ष निकलता है कि स्थिर दाब पर अवशोषित ऊष्मा, एन्थैल्पी D में वृद्धि के बराबर होती है एचऔर प्रक्रिया पथ पर निर्भर नहीं करता है:
(मैं, 21ए)
ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम
सबसे आम और निश्चित रूप से स्वतःस्फूर्त प्रक्रियाएं गर्म शरीर से ठंडे शरीर (थर्मल चालन) में गर्मी का स्थानांतरण और काम का गर्मी (घर्षण) में संक्रमण हैं। मानव जाति की सदियों पुरानी रोज़मर्रा की, तकनीकी और वैज्ञानिक प्रथा ने इन प्रक्रियाओं की रोज़मर्रा की वास्तविकता के साथ-साथ रिवर्स प्रक्रियाओं की सहज घटना की असंभवता को दिखाया है, जो व्यावहारिक दृष्टिकोण से बहुत मोहक हैं (गर्मी को दूर करके काम प्राप्त करना) काम करने वाले शरीर के आसपास के निकायों से)। यह इस बात पर जोर देने का आधार देता है कि प्रक्रियाओं के किसी भी सेट का एकमात्र परिणाम कम गर्म शरीर से अधिक गर्म शरीर में गर्मी का हस्तांतरण नहीं हो सकता है। (क्लॉसियस का अभिधारणा)।
एक अधिक गर्म शरीर से कम गर्म शरीर में गर्मी के संकेतित संक्रमण के विपरीत गर्मी चालन द्वारा गर्मी हस्तांतरण की सामान्य गैर-संतुलन प्रक्रिया है। इसे उलटा नहीं किया जा सकता है, अर्थात इसे राज्यों के एक ही क्रम के माध्यम से वापस नहीं खींचा जा सकता है। लेकिन यह पर्याप्त नहीं है: यदि सिस्टम में प्रत्यक्ष गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया होती है, तो किसी भी तरह से किसी भी प्रक्रिया का ऐसा क्रम नहीं किया जा सकता है जिसके परिणामस्वरूप गर्मी हस्तांतरण में भाग लेने वाले सभी निकाय अपने स्थान पर वापस आ जाएंगे। मूल स्थिति और अन्य निकायों में कोई परिवर्तन नहीं होगा। गर्मी चालन प्रक्रिया अपरिवर्तनीय है।
अन्य सामान्य स्थिति, जिसका एक ही प्रयोगात्मक आधार है, निम्नलिखित बताता है: प्रक्रियाओं के किसी भी सेट का एकमात्र परिणाम गर्मी को काम में परिवर्तित नहीं कर सकता है (यानी, सिस्टम द्वारा पर्यावरण से गर्मी का अवशोषण और इस गर्मी के बराबर काम की रिहाई। ) इस प्रकार, कार्य को ऊष्मा (घर्षण द्वारा) में बदलने की स्वतःस्फूर्त प्रक्रिया अपरिवर्तनीय है (ठीक उसी तरह जैसे ऊष्मा चालन)।
अंतिम कथन को अलग तरह से कहा जा सकता है: प्रक्रिया में भाग लेने वाले सबसे ठंडे पिंडों की गर्मी काम के स्रोत के रूप में काम नहीं कर सकती है (थॉमसन की अभिधारणा)।
दोनों स्थितियाँ (क्लौसियस और थॉमसन की अभिधारणाएँ) ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के सूत्रीकरण हैं और एक दूसरे के समतुल्य हैं, अर्थात् उनमें से प्रत्येक को दूसरे के आधार पर सिद्ध किया जा सकता है।
चूंकि ऊष्मा का स्थानांतरण या कार्य में इसके परिवर्तन को प्रक्रिया का एकमात्र परिणाम माना जाता है, यह स्पष्ट रूप से आवश्यक है कि ऊष्मा विनिमय में भाग लेने वाला सिस्टम प्रक्रिया या प्रक्रियाओं के संयोजन के परिणामस्वरूप अपनी मूल स्थिति में लौट आए। ऐसी चक्रीय प्रक्रिया में निकाय की आंतरिक ऊर्जा नहीं बदलेगी।
मान लीजिए कि उपरोक्त सूत्रों में से दूसरा (विशेषकर अपने अंतिम रूप में) गलत है। तब एक ऐसी मशीन का निर्माण करना संभव होगा जो चक्रों में काम करती है, जिसका "काम करने वाला शरीर" समय-समय पर अपनी मूल स्थिति में लौटता है, और यह मशीन शरीर से बाहर से अवशोषित गर्मी के कारण सिस्टम से अधिक गर्म नहीं होती है। स्वयं और सिस्टम के आसपास के अन्य सभी निकाय। . इस तरह की प्रक्रिया थर्मोडायनामिक्स (गर्मी के कारण काम) के पहले कानून का उल्लंघन किए बिना आगे बढ़ेगी, लेकिन अभ्यास के लिए यह कुछ भी नहीं से काम प्राप्त करने के बराबर है, क्योंकि किसी भी मशीन में पर्यावरण में गर्मी का लगभग अटूट स्रोत होगा। तो जहाज आगे बढ़ सकता था, समुद्र के पानी की गर्मी को दूर कर सकता था और ईंधन की आवश्यकता नहीं थी। ऐसी मशीन कहलाती है दूसरी तरह का पेरपेटुम मोबाइल (पेरपेटम मोबाइल)।इस परिभाषा के आधार पर, हम ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम तैयार कर सकते हैं, जिससे थॉमसन के अभिधारणा को एक अलग रूप दिया जा सकता है: दूसरी तरह का एक स्थायी मोबाइल असंभव है।
इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि क्लॉसियस और थॉमसन के दोनों प्रावधान और यह दावा कि दूसरी तरह का स्थायी मोबाइल असंभव है, अन्य कानूनों या प्रावधानों के आधार पर साबित नहीं किया जा सकता है। वे अनुमान हैं जो उनसे होने वाले सभी परिणामों से उचित हैं, लेकिन सभी संभावित मामलों के लिए सिद्ध नहीं किए जा सकते हैं।
आइए हम ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का एक और सूत्रीकरण दें, जो निश्चित रूप से काफी सटीक और संक्षिप्त है। इस सूत्रीकरण में एक नए राज्य कार्य के अस्तित्व के बारे में एक अभिधारणा है, जिसके माध्यम से प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं के बीच अंतर व्यक्त किया जाता है:
एन्ट्रापी की गणना के तरीके
समीकरण (II, 1) और (II, 1a), जो एन्ट्रापी को निर्धारित करते हैं, सिस्टम के एन्ट्रापी में परिवर्तन की थर्मोडायनामिक गणना के लिए एकमात्र प्रारंभिक समीकरण हैं। समीकरण (II, 1a) में तात्विक ऊष्मा को कैलोरी गुणांक के रूप में इसके व्यंजकों द्वारा प्रतिस्थापित करते हुए (समीकरण देखें (I, 10) और (I, 10a)), हम संतुलन प्रक्रियाओं के लिए प्राप्त करते हैं:
केजे/मोल; पिघलने का तापमान टीवर्ग \u003d 5.5 ° ( टी= 278,5 प्रति) इसलिए, एन्ट्रापी परिवर्तन 1 तिलपिघलने के दौरान बेंजीन (पिघलने की एन्ट्रापी) किसके बराबर होती है:
डीएस वर्ग = 35,06जे/मोल
2. निरंतर दबाव पर ताप (आइसोबैरिक प्रक्रिया; पी = कॉन्स्ट) समीकरणों (I, 18a) और (II, 1a) से हम प्राप्त करते हैं:
डी.एस. =(द्वितीय, 6)
आइए, 25 से 600°C तक गर्म करने पर एल्युमिनियम के एक मोल की एन्ट्रापी में परिवर्तन ज्ञात करें। एल्युमिनियम की वास्तविक दाढ़ ताप क्षमता को समीकरण द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:
सी पी = 565.5 + 0.290 टी।समीकरण (II, 6) के अनुसार, एन्ट्रापी में परिवर्तन बराबर होगा:
डीएस = = 565.5 + 0.290 (873 - 298) = 607.8 + 166.8 = 774.6 जे/मोलके
प्लैंक की अभिधारणा। निरपेक्ष एन्ट्रापी मान
समीकरण (II, 3) द्वारा निकाय की एन्ट्रापी के निरपेक्ष मान की गणना करना असंभव है। यह संभावना एक नई, अप्राप्य स्थिति द्वारा प्रदान की जाती है जो थर्मोडायनामिक्स के दो कानूनों का पालन नहीं करती है, जिसे एम। प्लैंक (1912) द्वारा तैयार किया गया था। इस प्रावधान के अनुसार, कहा जाता है प्लैंक की अभिधारणा, व्यक्ति की एन्ट्रापी क्रिस्टलीय पदार्थपर परम शुन्यशून्य:
कड़ाई से बोलते हुए, प्लैंक का अभिधारणा केवल व्यक्तिगत पदार्थों के लिए मान्य है, जिनमें से क्रिस्टल आदर्श रूप से निर्मित होते हैं (क्रिस्टल जाली में, सभी नोड्स अणुओं या परमाणुओं द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, नियमित रूप से बारी-बारी से और नियमित रूप से उन्मुख होते हैं)। ऐसे क्रिस्टल कहलाते हैं आदर्श ठोस।असली क्रिस्टल ऐसे नहीं होते हैं, क्योंकि उनकी क्रिस्टल जाली पूरी तरह से नहीं बनी होती है।
कुछ हद तक यादृच्छिक रूप से निर्मित क्रिस्टल जाली की एन्ट्रॉपी पूरी तरह से निर्मित क्रिस्टल जाली की एन्ट्रॉपी से अधिक होती है। इसलिए, 0 K पर भी वास्तविक क्रिस्टल की एन्ट्रापी शून्य से अधिक होती है। हालांकि, पूर्ण शून्य पर अलग-अलग पदार्थों के वास्तविक अच्छी तरह से गठित क्रिस्टल के एन्ट्रॉपी छोटे होते हैं।
प्लांक की अभिधारणा के अनुसार, आदर्श के लिए समीकरण (II, 6) ठोस शरीरफॉर्म लेगा:
प्लैंक की अभिधारणा का उपयोग रासायनिक प्रक्रियाओं के उष्मागतिकी अध्ययन में रासायनिक यौगिकों के एन्ट्रापी के निरपेक्ष मूल्यों की गणना करने के लिए किया जाता है - मात्राएँ जो हैं बहुत महत्वरासायनिक संतुलन की गणना करते समय।
एंट्रोपी का व्यापक रूप से तकनीकी थर्मोडायनामिक्स (हीट इंजीनियरिंग) में उपयोग किया जाता है, एक हीट इंजन में काम कर रहे तरल पदार्थ के महत्वपूर्ण मापदंडों में से एक के रूप में, उदाहरण के लिए, जल वाष्प। किसी दिए गए राज्य में जल वाष्प के एन्ट्रापी मूल्यों की गणना कुछ मानक अवस्था की तुलना में की जाती है - आमतौर पर 0 डिग्री सेल्सियस और 1 एम.एम.इन एन्ट्रापी मूल्यों का उपयोग तथाकथित . के निर्माण के लिए किया जाता है एन्ट्रापी राज्य आरेखनिर्देशांक में जल वाष्प अनुसूचित जनजातिया श्री(मोलियर आरेख)। ऐसे आरेखों में, आरेखों की तरह वी-पीगर्मी इंजन के कामकाजी शरीर में होने वाली विभिन्न प्रक्रियाओं को चित्रित करना और मशीन के कामकाजी चक्रों को बनाना संभव है।
अंत में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हमें ऊष्मप्रवैगिकी के क्षेत्र में तल्लीन करने की आवश्यकता नहीं है। हमारा उद्देश्य केवल इस विज्ञान के मुख्य विचारों को स्पष्ट करना और उन कारणों की व्याख्या करना है कि इसके तर्कों पर निर्माण करना क्यों संभव है।
अंत में, ऊष्मप्रवैगिकी के दो नियम अक्सर निम्नानुसार तैयार किए जाते हैं:
पहला नियम: ब्रह्मांड की ऊर्जा हमेशा स्थिर रहती है।
दूसरा नियम: ब्रह्मांड की एन्ट्रापी हमेशा बढ़ती है।
भौतिक रसायन विज्ञान की शुरुआत 18 वीं शताब्दी के मध्य में हुई थी। शब्द "भौतिक रसायन विज्ञान", विज्ञान की कार्यप्रणाली और ज्ञान के सिद्धांत के प्रश्नों की आधुनिक समझ में, एम। वी। लोमोनोसोव का है, जिन्होंने पहली बार सेंट पीटर्सबर्ग विश्वविद्यालय के छात्रों को "सच्ची भौतिक रसायन विज्ञान का पाठ्यक्रम" पढ़ा। . इन व्याख्यानों की प्रस्तावना में, वह निम्नलिखित परिभाषा देता है: "भौतिक रसायन विज्ञान एक विज्ञान है, जो भौतिक वैज्ञानिकों के प्रावधानों और प्रयोगों के आधार पर, जटिल निकायों में रासायनिक संचालन के माध्यम से क्या होता है, इसका कारण स्पष्ट करना चाहिए।" गर्मी के अपने कणिका-गतिज सिद्धांत के कार्यों में वैज्ञानिक उन मुद्दों से निपटता है जो उपरोक्त कार्यों और विधियों को पूरी तरह से पूरा करते हैं। यह प्रायोगिक क्रियाओं की प्रकृति है जो इस अवधारणा की व्यक्तिगत परिकल्पनाओं और प्रावधानों की पुष्टि करने का काम करती है। एम. वी. लोमोनोसोव ने अपने शोध के कई क्षेत्रों में इन सिद्धांतों का पालन किया: उनके द्वारा स्थापित "कांच के विज्ञान" के विकास और व्यावहारिक कार्यान्वयन में, पदार्थ और बल (गति) के संरक्षण के कानून की पुष्टि करने के लिए समर्पित विभिन्न प्रयोगों में; - समाधान के सिद्धांत से संबंधित कार्यों और प्रयोगों में - उन्होंने इस भौतिक और रासायनिक घटना पर अनुसंधान का एक व्यापक कार्यक्रम विकसित किया, जो आज तक विकास की प्रक्रिया में है।
इसके बाद सौ से अधिक वर्षों का विराम हुआ, और 1850 के दशक के अंत में रूस में पहले भौतिक-रासायनिक अध्ययनों में से एक डी। आई। मेंडेलीव द्वारा शुरू किया गया था।
भौतिक रसायन विज्ञान में अगला पाठ्यक्रम 1865 में खार्कोव विश्वविद्यालय में एन.एन. बेकेटोव द्वारा पढ़ाया गया था।
रूस में पहला भौतिक रसायन विज्ञान विभाग 1914 में सेंट पीटर्सबर्ग विश्वविद्यालय के भौतिकी और गणित संकाय में खोला गया था, गिरावट में, डी.पी. कोनोवलोव, एम.एस. व्रेव्स्की के एक छात्र ने भौतिक रसायन विज्ञान में अनिवार्य पाठ्यक्रम और व्यावहारिक कक्षाएं पढ़ना शुरू किया। .
सबसे पहला विज्ञान पत्रिका, भौतिक रसायन विज्ञान पर लेखों के प्रकाशन के उद्देश्य से, 1887 में डब्ल्यू ओस्टवाल्ड और जे। वैन'ट हॉफ द्वारा स्थापित किया गया था।
भौतिक रसायन विज्ञान का विषय
भौतिक रसायन विज्ञान आधुनिक रसायन विज्ञान का मुख्य सैद्धांतिक आधार है, क्वांटम यांत्रिकी, सांख्यिकीय भौतिकी और ऊष्मप्रवैगिकी, अरेखीय गतिकी, क्षेत्र सिद्धांत, आदि जैसे भौतिकी के ऐसे महत्वपूर्ण वर्गों के सैद्धांतिक तरीकों का उपयोग करते हुए। इसमें पदार्थ की संरचना का सिद्धांत शामिल है, जिसमें शामिल हैं: अणुओं की संरचना, रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी, रासायनिक गतिकी और उत्प्रेरण। भौतिक रसायन विज्ञान, इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री, फोटोकैमिस्ट्री, सतह की घटनाओं के भौतिक रसायन शास्त्र (सोखना सहित), विकिरण रसायन शास्त्र, धातु जंग का अध्ययन, मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों के भौतिक रसायन शास्त्र (पॉलिमर भौतिकी देखें) आदि में अलग-अलग वर्गों के रूप में भी प्रतिष्ठित हैं। बहुत निकट से सटे भौतिक रसायन शास्त्र के लिए और कभी-कभी कोलाइड रसायन शास्त्र, भौतिक-रासायनिक विश्लेषण और क्वांटम रसायन शास्त्र के अपने स्वतंत्र वर्गों के रूप में माना जाता है। भौतिक रसायन विज्ञान के अधिकांश वर्गों में वस्तुओं और अनुसंधान विधियों, पद्धति संबंधी विशेषताओं और उपयोग किए जाने वाले उपकरणों के संदर्भ में काफी स्पष्ट सीमाएं हैं।
भौतिक रसायन विज्ञान और रासायनिक भौतिकी के बीच का अंतर
प्राथमिक प्रतिक्रिया की आणविकता कणों की संख्या है, जो प्रयोगात्मक रूप से स्थापित प्रतिक्रिया तंत्र के अनुसार, रासायनिक बातचीत के प्राथमिक कार्य में भाग लेते हैं। मोनोमोलेक्यूलर प्रतिक्रियाएं- प्रतिक्रियाएं जिसमें एक अणु का रासायनिक परिवर्तन होता है (आइसोमराइजेशन, पृथक्करण, आदि): एच 2 एस → एच 2 + एस द्वि-आणविक प्रतिक्रियाएं- प्रतिक्रियाएं, जिनमें से प्राथमिक कार्य दो कणों (समान या भिन्न) के टकराने पर किया जाता है: सीएच 3 बीआर + केओएच → सीएच 3 ओएच + केबीआर त्रिआण्विक प्रतिक्रियाएं- प्रतिक्रियाएं, जिनमें से प्राथमिक कार्य तीन कणों के टकराने पर किया जाता है: ओ 2 + नहीं + नहीं → 2NO 2 तीन से अधिक आणविकता वाली प्रतिक्रियाएं अज्ञात हैं। प्रारंभिक पदार्थों के निकट सांद्रता में किए गए प्राथमिक प्रतिक्रियाओं के लिए, आणविकता के मूल्य और प्रतिक्रिया के क्रम समान होते हैं। आणविकता और प्रतिक्रिया क्रम की अवधारणाओं के बीच कोई स्पष्ट रूप से परिभाषित संबंध नहीं है, क्योंकि प्रतिक्रिया क्रम प्रतिक्रिया के गतिज समीकरण की विशेषता है, और आणविकता प्रतिक्रिया तंत्र की विशेषता है। रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी के मुख्य क्षेत्र हैं:
रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी रसायन विज्ञान की ऐसी शाखाओं से निकटता से संबंधित है जैसे
भौतिक-रासायनिक विश्लेषणभौतिक-रासायनिक विश्लेषण का सिद्धांत एन.एस. कुर्नाकोव द्वारा तैयार किए गए पत्राचार और निरंतरता के सिद्धांतों पर आधारित है। निरंतरता का सिद्धांत कहता है कि यदि सिस्टम में नए चरण नहीं बनते हैं या मौजूदा गायब नहीं होते हैं, तो सिस्टम के मापदंडों में निरंतर परिवर्तन के साथ, व्यक्तिगत चरणों के गुण और संपूर्ण रूप से सिस्टम के गुण लगातार बदलते रहते हैं। . पत्राचार सिद्धांत बताता है कि चरणों का प्रत्येक परिसर संरचना-संपत्ति आरेख पर एक निश्चित ज्यामितीय छवि से मेल खाता है। रासायनिक यौगिकों की प्रतिक्रियाशीलता का सिद्धांतउच्च ऊर्जा रसायन (HVE) गैर-तापीय ऊर्जा के प्रभाव में पदार्थ में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं और परिवर्तनों का अध्ययन करता है। इस तरह की प्रतिक्रियाओं और परिवर्तनों के तंत्र और कैनेटीक्स को उनके थर्मल गति की ऊर्जा से अधिक ऊर्जा के साथ तेज, उत्तेजित या आयनित कणों की अनिवार्य रूप से गैर-संतुलन सांद्रता की विशेषता है, और कुछ मामलों में, रासायनिक बंधन। पदार्थ पर अभिनय करने वाली गैर-थर्मल ऊर्जा के वाहक: त्वरित इलेक्ट्रॉन और आयन, तेज और धीमी न्यूट्रॉन, अल्फा और बीटा कण, पॉज़िट्रॉन, म्यूऑन, पायन, परमाणु और अणु सुपरसोनिक गति पर, विद्युत चुम्बकीय विकिरण क्वांटा, साथ ही स्पंदित विद्युत, चुंबकीय और ध्वनिक क्षेत्र। उच्च-ऊर्जा रसायन विज्ञान की प्रक्रियाओं को समय के चरणों द्वारा भौतिक रूप से प्रतिष्ठित किया जाता है, जो कि फेमटोसेकंड या उससे कम समय में होता है, जिसके दौरान गैर-थर्मल ऊर्जा को माध्यम में असमान रूप से वितरित किया जाता है और एक "हॉट स्पॉट" बनता है, भौतिक-रासायनिक, के दौरान जो "हॉट स्पॉट" में असमानता और असमानता प्रकट होती है और अंत में, रासायनिक, जिसमें पदार्थ के परिवर्तन सामान्य रसायन विज्ञान के नियमों का पालन करते हैं। नतीजतन, ऐसे आयन और परमाणुओं और अणुओं की उत्तेजित अवस्थाएँ कमरे के तापमान पर बनती हैं जो संतुलन प्रक्रियाओं के कारण उत्पन्न नहीं हो सकती हैं। CHE की बाहरी अभिव्यक्ति कमरे के तापमान पर आयनों और परमाणुओं और अणुओं की उत्तेजित अवस्थाओं का निर्माण है, जिस पर ये कण संतुलन प्रक्रियाओं के कारण उत्पन्न नहीं हो सकते हैं। एनई एब्लेसिमोव ने गैर-संतुलन भौतिक और रासायनिक प्रणालियों के गुणों को नियंत्रित करने के लिए एक छूट सिद्धांत तैयार किया। मामले में जब विश्राम का समय शारीरिक प्रभाव की अवधि से अधिक लंबा होता है, तो रासायनिक रूपों, चरणों की रिहाई को नियंत्रित करना संभव होता है, और परिणामस्वरूप, पदार्थों (सामग्री) के गुणों को छूट तंत्र के बारे में जानकारी का उपयोग करके नियंत्रित किया जा सकता है। विश्राम प्रक्रियाओं के भौतिक-रासायनिक चरण में (संख्या सहित और संचालन के दौरान) कोई भी संतुलन संघनित प्रणाली में नहीं। HVE . के मुख्य खंड
और दूसरे। लेजर रसायन शास्त्रआयनीकरण क्षमता विद्युत चुम्बकीय विकिरण (एक्स-रे, γ-विकिरण, सिंक्रोट्रॉन विकिरण) और त्वरित कणों (इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, हेलियंस, भारी आयनों, भारी नाभिक के विखंडन टुकड़े, आदि) की ऊर्जा के पास होती है। जो परमाणुओं या अणुओं की आयनीकरण क्षमता से अधिक है (ज्यादातर मामलों में, 10-15 eV की सीमा में पड़ा हुआ)। विकिरण रसायन विज्ञान के ढांचे के भीतर, कुछ रासायनिक प्रक्रियाओं को पारंपरिक रासायनिक दृष्टिकोणों का उपयोग करके असंभव माना जाता है। आयनकारी विकिरण उत्प्रेरक और सर्जक के उपयोग के बिना रासायनिक प्रतिक्रियाओं के तापमान को बहुत कम कर सकता है। विकिरण रसायन विज्ञान का इतिहास 1895 में W. Roentgen द्वारा एक्स-रे की खोज और 1896 में A. Becquerel द्वारा रेडियोधर्मिता की खोज के बाद विकिरण रसायन विज्ञान का उदय हुआ, जो फोटोग्राफिक प्लेटों में विकिरण प्रभावों का निरीक्षण करने वाले पहले व्यक्ति थे। विकिरण रसायन पर पहला काम 1899-1903 में पति-पत्नी एम.क्यूरी और पी.क्यूरी द्वारा किया गया था। बाद के वर्षों में, अध्ययन की सबसे बड़ी संख्या पानी और जलीय घोल के रेडियोलिसिस के लिए समर्पित थी। परमाणु रसायनपरमाणु रसायन विज्ञान की मुख्य दिशाएँ:
इलेक्ट्रोकैमिस्ट्रीइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री रासायनिक विज्ञान की एक शाखा है जो सिस्टम और इंटरफेज़ सीमाओं पर विचार करती है जब उनके माध्यम से विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है, कंडक्टर में प्रक्रियाएं, इलेक्ट्रोड पर (धातु या अर्धचालक से, ग्रेफाइट सहित) और आयनिक कंडक्टर (इलेक्ट्रोलाइट्स) में अध्ययन किया जाता है। इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री प्रक्रियाओं की जांच करती है |
शिक्षा मंत्रालय रूसी संघटॉम्स्क पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी ________________________________________________________________ एन.ए. कोल्पाकोवा, वी.ए. कोलपाकोव, एस.वी. रोमानेंको भौतिक रसायन शास्त्र पाठ्यपुस्तक भाग I टॉम्स्क 2004 यूडीसी 541.1 भौतिक रसायन। पाठ्यपुस्तक / एन.ए. कोलपाकोवा, वी.ए. कोलपाकोव, एस.वी. रोमनेंको। - टॉम्स्क: एड। टीपीयू, 2004. - भाग 1. - 168 पी। पर अध्ययन गाइड "भौतिक रसायन विज्ञान" के निम्नलिखित वर्गों पर विचार किया जाता है: ऊष्मप्रवैगिकी के बुनियादी नियम, रासायनिक और चरण संतुलन, गैर-इलेक्ट्रोलाइट समाधानों के थर्मोडायनामिक्स। मैनुअल टीपीयू के भौतिक और विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान विभाग में तैयार किया गया था और यह रासायनिक विशिष्टताओं में पत्राचार पाठ्यक्रम के छात्रों के लिए है। टॉम्स्क पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी समीक्षकों के संपादकीय और प्रकाशन परिषद के आदेश से प्रकाशित: कुरीना एल.एन. - प्रो. भौतिक रसायन विज्ञान विभाग, टीएसयू, डॉक्टर ऑफ केम। विज्ञान; बुइनोव्स्की ए.एस. - सिर। कैफ़े रसायन विज्ञान टीपीयू एसटीयू, रसायन के डॉक्टर। विज्ञान। © टॉम्स्क पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी, 2004 © लेखक, 2004 अध्याय 1। भौतिक रसायन का परिचय 1.1. भौतिक रसायन विज्ञान के विकास की संक्षिप्त ऐतिहासिक रूपरेखा भौतिक रसायन विज्ञान की सामग्री का नाम और परिभाषा सबसे पहले एम.वी. लोमोनोसोव (1752) द्वारा दी गई थी: "भौतिक रसायन विज्ञान एक ऐसा विज्ञान है, जो भौतिक वैज्ञानिकों के पदों और प्रयोगों के आधार पर, जटिल निकायों में रासायनिक क्रियाओं के माध्यम से क्या होता है, इसका कारण स्पष्ट कीजिए। रूस में एक स्वतंत्र विज्ञान के रूप में भौतिक रसायन विज्ञान का शिक्षण प्रोफेसर द्वारा पेश किया गया था। 1860 में खार्कोव विश्वविद्यालय में एन.एन. बेकेटोव। लोमोनोसोव के सबसे महत्वपूर्ण सैद्धांतिक और प्रायोगिक अध्ययनों ने उन्हें उन खोजों की ओर अग्रसर किया जिन्होंने अब भी अपना महत्व नहीं खोया है। लोमोनोसोव पदार्थ और गति के संरक्षण के सिद्धांत की सही परिभाषा के करीब आया, गर्मी की गतिज प्रकृति, और एक ठंडे शरीर से एक गर्म शरीर में गर्मी के सहज हस्तांतरण की असंभवता को भी नोट किया, जो वर्तमान में योगों में से एक है। ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के। अगली शताब्दी में, अनुसंधान किए गए, जिसके आधार पर कई महत्वपूर्ण खोजें और सामान्यीकरण किए गए। स्वीडन में के.वी. शीले (1773) और फ्रांस में फोंटाना (1777) ने गैसों के सोखने की खोज की; रूस में टी. ई. लोविट्स (1785) ने विलयनों से अधिशोषण की खोज की। फ्रांस में A. L. Lavoisier और P. S. Laplace (1779-1784) ने पदार्थों की ऊष्मा क्षमता और प्रतिक्रियाओं के ऊष्मा प्रभावों का अध्ययन किया। XIX सदी की शुरुआत में। इंग्लैंड में जी. डेवी और फ्रांस में एल.जे. टेनार्ड ने उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं की खोज की, और स्वीडन में जे. जे. बर्ज़ेलियस (1835) ने उत्प्रेरण के विचार को और विकसित किया। इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री की नींव गैल्वेनिक कोशिकाओं, इलेक्ट्रोलिसिस और इलेक्ट्रोलाइट्स में करंट ट्रांसफर पर शोध द्वारा रखी गई थी। इटली में गैलवानी और ए वोल्टा ने 1799 में एक गैल्वेनिक सेल बनाया। रूस में वी.वी. पेट्रोव (1802) ने विद्युत चाप की परिघटना की खोज की। 1805 में रूस में टी. ग्रोटगस ने इलेक्ट्रोलिसिस के सिद्धांत की नींव रखी। 1800 में, जी। डेवी ने पदार्थों की बातचीत के इलेक्ट्रोकेमिकल सिद्धांत को उन्नत किया: उन्होंने रासायनिक अनुसंधान के लिए व्यापक रूप से इलेक्ट्रोलिसिस का इस्तेमाल किया। एम. फैराडे, डेवी का छात्र, 1833-1834 में इलेक्ट्रोलिसिस के मात्रात्मक कानून तैयार किए। रूस में बी.एस. जैकोबी, इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के व्यावहारिक उपयोग की समस्याओं को हल करते हुए, 1836 में गैल्वेनोप्लास्टी की खोज की। XIX सदी की पहली छमाही में। इंग्लैंड में डी. डाल्टन (1801-1803), फ्रांस में जे. एल. गे-लुसाक (1802) और इटली में ए. अवोगाद्रो (1811) के कार्यों के लिए धन्यवाद, जिन्होंने गैसीय अवस्था के सबसे महत्वपूर्ण कानूनों की खोज की, परमाणुवादी विचार व्यापक रूप से थे विकसित। थर्मोकैमिस्ट्री पर जी। आई। हेस (1802-1856) के कार्य उसी अवधि के हैं। नॉर्वे में सी. गुल्डबर्ग और पी. वेज (1864-1867), संयुक्त राज्य अमेरिका में जे. डब्ल्यू. गिब्स (1873-1878) ने रासायनिक संतुलन के थर्मोडायनामिक सिद्धांत को विकसित किया, और फ्रांस में ए एल ले चेटेलियर (1884) ने विस्थापन संतुलन के सामान्य सिद्धांत की खोज की बाहरी परिस्थितियों को बदलना। डच रसायनज्ञ जे. एच. वैन्ट हॉफ के कार्यों में, रासायनिक संतुलन का थर्मोडायनामिक सिद्धांत विकसित किया गया था। उन्होंने तनु विलयनों का मात्रात्मक सिद्धांत (1885-1889) भी विकसित किया। जर्मनी में समाधान में बिजली के हस्तांतरण का अध्ययन I. V. Gittorf और F. V. G. Kohlrausch द्वारा किया गया था। स्वीडिश वैज्ञानिक एस ए अरहेनियस का विकास 1883-1887 में हुआ था। लिखित इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण. ए.एम. बटलरोव, जिन्होंने कार्बनिक यौगिकों की संरचना का सिद्धांत बनाया, ने भौतिक रसायन विज्ञान के विकास पर एक गहरी छाप छोड़ी। महान रूसी रसायनज्ञ डी.आई. मेंडेलीव (1834-1907) ने एक महत्वपूर्ण तापमान (1860) के अस्तित्व की खोज की, जिसे घटाया गया सामान्य समीकरण गैसों की अवस्थाएँ, (1874) और समाधान के रासायनिक सिद्धांत (1887) को विकसित किया। मेंडेलीव के छात्र डी. पी. कोनोवलोव (1889) समाधान के सिद्धांत के संस्थापकों में से एक हैं। XIX सदी के अंत में। पदार्थ की संरचना के सिद्धांत के क्षेत्र में कई प्रमुख खोजें की गईं, जिन्होंने परमाणु की संरचना की जटिलता को साबित किया और भौतिक रसायन विज्ञान के विकास में एक बड़ी भूमिका निभाई। इनमें जे.बी. पेरिन (1895) और जे. थॉमसन (1897) द्वारा इलेक्ट्रॉन की खोज, आर. प्लैंक द्वारा प्रकाश की क्वांटम प्रकृति (1900), पी.एन. लेबेदेव (1899) द्वारा प्रकाश दबाव का अस्तित्व, अध्ययन (से 1898 का) पी. क्यूरी और एम. स्कोलोडोव्स्का-क्यूरी द्वारा रेडियोधर्मिता की परिघटनाएं। XX सदी की शुरुआत तक। भौतिक रसायन विज्ञान को उस विज्ञान के रूप में परिभाषित किया गया था जो पदार्थ की संरचना, रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी का अध्ययन करता है, जिसमें थर्मोकैमिस्ट्री और संतुलन, समाधान, रासायनिक कैनेटीक्स और इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के सिद्धांत शामिल हैं। नए सैद्धांतिक तरीकों को लागू किया गया, और परमाणुओं, अणुओं और क्रिस्टल की संरचना का अध्ययन सामने आया। पदार्थ की संरचना का सिद्धांत, विशेष रूप से परमाणुओं और अणुओं की संरचना, 20 वीं शताब्दी में सबसे तेजी से विकसित हुई। इस क्षेत्र में एक प्रमुख उपलब्धि परमाणु का परमाणु सिद्धांत था, जिसे ई. रदरफोर्ड (1911) द्वारा प्रस्तावित किया गया था और डेनिश भौतिक विज्ञानी एन. बोहर (1913) द्वारा विकसित हाइड्रोजन परमाणु के पहले मात्रात्मक सिद्धांत में विकसित किया गया था। रासायनिक बंधन की प्रकृति और अणुओं की संरचना का अध्ययन समानांतर में परमाणु की संरचना के अध्ययन के साथ विकसित हुआ। 1920 के दशक की शुरुआत तक, डब्ल्यू. कोसेल और जी.एन. लुईस ने रासायनिक बंधन के इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के मूल सिद्धांतों को विकसित कर लिया था। वीजी गीत्लर और एफ. लंदन (1927) ने रासायनिक बंधन के क्वांटम-यांत्रिक सिद्धांत को विकसित किया। परमाणु संरचना के क्षेत्र में भौतिकी की सबसे बड़ी खोजों के आधार पर और क्वांटम यांत्रिकी और सांख्यिकीय भौतिकी के सैद्धांतिक तरीकों के साथ-साथ एक्स-रे विश्लेषण, स्पेक्ट्रोस्कोपी, मास स्पेक्ट्रोस्कोपी, चुंबकीय विधियों, की विधि जैसे नए प्रयोगात्मक तरीकों का उपयोग करना। लेबल किए गए परमाणु और अन्य, भौतिकविदों और भौतिक रसायनज्ञों ने अणुओं और क्रिस्टल की संरचना का अध्ययन करने और रासायनिक बंधन की प्रकृति को समझने में काफी प्रगति की है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर का सिद्धांत, यानी, रासायनिक कैनेटीक्स, बहुत विकसित हो चुका है, और अब विशेष रूप से अणुओं की संरचना और एक अणु में परमाणुओं के बीच बंधन की ताकत के अध्ययन के साथ जुड़ा हुआ है। भौतिक रसायन विज्ञान की नई शाखाएँ उत्पन्न हुई हैं और सफलतापूर्वक विकसित हो रही हैं: मैग्नेटोकेमिस्ट्री, रेडिएशन केमिस्ट्री, हाई पॉलिमर का भौतिक रसायन, सिलिकेट्स का भौतिक रसायन, गैस इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री, आदि। अन्य विज्ञानों की तरह, भौतिक रसायन विज्ञान और इसकी व्यक्तिगत शाखाएँ विशेष रूप से सफलतापूर्वक विकसित या विकसित होने लगीं। ऐसे समय में जब किसी न किसी व्यावहारिक आवश्यकता ने उद्योग की किसी शाखा के तेजी से विकास की आवश्यकता की, और इस विकास के लिए एक ठोस सैद्धांतिक नींव की आवश्यकता थी। यहां भौतिक-रासायनिक विश्लेषण पर एन.एस. कुर्नाकोव के प्रमुख अध्ययनों पर ध्यान देना आवश्यक है, ए.एन. फ्रुमकिन द्वारा इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के क्षेत्र में काम, एन.एन. सेमेनोव द्वारा श्रृंखला प्रतिक्रियाओं के सिद्धांत का निर्माण, और ए.ए. द्वारा विषम कटैलिसीस के सिद्धांत का विकास। बालंदिन। भौतिक रसायन विज्ञान रासायनिक विज्ञान और अभ्यास के सामने आने वाली कई समस्याओं को हल करने में अग्रणी भूमिका निभाता है। वर्तमान में, भौतिक रसायन विज्ञान अपने स्वयं के अनुसंधान विधियों के साथ एक स्वतंत्र अनुशासन है और अनुप्रयुक्त रासायनिक इंजीनियरिंग विषयों के लिए सैद्धांतिक आधार है। 1.2. भौतिक रसायन विज्ञान के विषय और उद्देश्य भौतिक रसायन विज्ञान रासायनिक प्रक्रियाओं और भौतिक घटनाओं की नियमितता का विज्ञान है। भौतिक रसायन विज्ञान का मुख्य कार्य मुख्य नियमितताओं का अध्ययन और स्पष्टीकरण है जो रासायनिक प्रक्रियाओं की दिशा, उनकी गति, माध्यम के प्रभाव, अशुद्धियों, विकिरण और एक उपयोगी उत्पाद की अधिकतम उपज प्राप्त करने की शर्तों को निर्धारित करते हैं। भौतिक रसायन विज्ञान का अध्ययन रसायन विज्ञान के नियमों को समझने के साथ-साथ रासायनिक घटनाओं की भविष्यवाणी और नियंत्रण करना संभव बनाता है। आधुनिक भौतिक रसायन विज्ञान उत्पादन प्रक्रियाओं के कुशल उत्पादन नियंत्रण, गहनता और स्वचालन की समस्याओं को हल करना संभव बनाता है। यह सैद्धांतिक आधार के रूप में कार्य करता है रासायनिक प्रौद्योगिकी. रासायनिक प्रौद्योगिकी में ऐसी महत्वपूर्ण उत्पादन प्रक्रियाएं जैसे अमोनिया का संश्लेषण और ऑक्सीकरण, सल्फ्यूरिक एसिड का संपर्क उत्पादन, प्राकृतिक गैस से इथेनॉल का उत्पादन, तेल का टूटना, और कई अन्य इन प्रक्रियाओं में अंतर्निहित प्रतिक्रियाओं के भौतिक-रासायनिक अध्ययन के परिणामों पर आधारित हैं। .5 प्रक्रियाएं। भौतिक रसायन विज्ञान के बिना, वांछित गुणों के साथ पदार्थ बनाने की समस्या को हल करना, नए वर्तमान स्रोत विकसित करना और कुशल उत्पादन के कई अन्य मुद्दों को हल करना असंभव है। इसलिए, भविष्य के प्रक्रिया इंजीनियरों के लिए भौतिक रसायन विज्ञान का ज्ञान कारखानों और अनुसंधान संस्थानों में एक इंजीनियर की व्यावहारिक गतिविधियों में आने वाली विभिन्न समस्याओं को हल करने के लिए महान अवसर खोलता है। विज्ञान का नाम - "भौतिक रसायन विज्ञान" - दो विज्ञानों - भौतिकी और रसायन विज्ञान के जंक्शन पर इसके उद्भव के इतिहास दोनों को दर्शाता है, साथ ही इस तथ्य को भी दर्शाता है कि यह अध्ययन में सैद्धांतिक कानूनों और भौतिकी के प्रयोगात्मक तरीकों का व्यापक रूप से उपयोग करता है। रासायनिक घटनाएँ। 1.3. भौतिक रसायन विज्ञान की विधियों का वर्गीकरण भौतिक रसायन विज्ञान में कई सैद्धांतिक विधियों का उपयोग किया जाता है। रासायनिक परिवर्तनों का वर्णन करने के लिए क्वांटम-रासायनिक विधि गुणों का उपयोग करती है प्राथमिक कण. क्वांटम यांत्रिकी के नियमों का उपयोग करते हुए, अणुओं के गुणों और प्रतिक्रियाशीलता का वर्णन किया जाता है, साथ ही अणुओं को बनाने वाले प्राथमिक कणों के गुणों के आधार पर रासायनिक बंधन की प्रकृति का भी वर्णन किया जाता है। थर्मोडायनामिक (घटना संबंधी) विधि कई कानूनों (पोस्टुलेट्स) पर आधारित है, जो प्रयोगात्मक डेटा का सामान्यीकरण है। यह संभव बनाता है, उनके आधार पर, सिस्टम के ऊर्जा गुणों का पता लगाने के लिए, रासायनिक प्रक्रिया के पाठ्यक्रम की भविष्यवाणी करने और संतुलन के क्षण तक इसके परिणाम की भविष्यवाणी करना। क्वांटम-सांख्यिकीय विधि इन पदार्थों को बनाने वाले अणुओं के गुणों के आधार पर पदार्थों के गुणों की व्याख्या करती है। गतिज विधि आपको विभिन्न कारकों से रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर में परिवर्तन का अध्ययन करके तंत्र को स्थापित करने और रासायनिक प्रक्रियाओं का एक सिद्धांत बनाने की अनुमति देती है। भौतिक रसायन विज्ञान को गणित के व्यापक उपयोग की विशेषता है, जो न केवल सैद्धांतिक कानूनों को सबसे सटीक रूप से व्यक्त करना संभव बनाता है, बल्कि उन्हें स्थापित करने के लिए एक आवश्यक उपकरण भी है। 6 अध्याय 2। थर्मोडायनामिक्स के बुनियादी नियम "थर्मोडायनामिक्स" शब्द ग्रीक थर्म - हीट और डायनेमिस - फोर्स से आया है। ऊष्मप्रवैगिकी विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के एक से दूसरे में परिवर्तन का विज्ञान है। रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान होने वाली विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के परिवर्तन का अध्ययन करती है। 2.1. रासायनिक थर्मोडायनामिक्स की बुनियादी अवधारणाएं एक प्रणाली एक अलग निकाय या निकायों का एक समूह है जो एक वास्तविक या काल्पनिक शेल (सीमा) द्वारा पर्यावरण से बातचीत और अलग होती है। एक खुली प्रणाली एक ऐसी प्रणाली है जो बाहरी वातावरण के साथ पदार्थों (द्रव्यमान) और ऊर्जा (उदाहरण के लिए, गर्मी) का आदान-प्रदान करती है। एक पृथक प्रणाली (या बंद प्रणाली) एक ऐसी प्रणाली है जो गर्मी का आदान-प्रदान नहीं करती है और इसके साथ काम करती है वातावरण. किसी विलगित निकाय की ऊर्जा और आयतन समय में स्थिर होते हैं। ऐसी प्रणाली का एक उदाहरण, उदाहरण के लिए, एक थर्मस है। यदि सीमा ऊष्मा को पार नहीं करती है, तो निकाय में होने वाली प्रक्रिया रुद्धोष्म कहलाती है। जब एक प्रणाली गर्मी का आदान-प्रदान करती है और पर्यावरण के साथ काम करती है, तो सिस्टम और पर्यावरण दोनों में परिवर्तन होते हैं। थर्मोडायनामिक सिस्टम सजातीय या विषम हो सकते हैं। यदि सिस्टम के अंदर अलग-अलग संरचना या संरचना के साथ सिस्टम के कुछ हिस्सों को अलग करने वाला कोई इंटरफेस नहीं है, तो इस प्रणाली को सजातीय कहा जाता है। तदनुसार, संरचना या रासायनिक संरचना में भिन्न विभिन्न भागों से युक्त प्रणाली को विषमांगी कहा जाता है। इन भागों को चरण कहा जाता है। इस प्रकार, एक चरण इंटरफ़ेस द्वारा सीमित एक विषम प्रणाली का एक हिस्सा है और सभी बिंदुओं पर समान भौतिक और रासायनिक गुणों की विशेषता है। प्रत्येक प्रणाली में एक या अधिक पदार्थ होते हैं। अलग-अलग रसायन जो सिस्टम से अलग हो सकते हैं और एक अलग चरण के रूप में इसके बाहर मौजूद हो सकते हैं, सिस्टम के घटक पदार्थ कहलाते हैं। उदाहरण के लिए, एक गिलास में पानी होता है जिसमें प्लेटिनम प्लेट नीचे होती है। कांच के ऊपर गैसों का मिश्रण है: ऑक्सीजन, हाइड्रोजन और नाइट्रोजन। यह प्रणाली तीन चरण है, इसमें पांच घटक पदार्थ होते हैं। 7 एक प्रणाली की थर्मोडायनामिक स्थिति स्वतंत्र चर (सिस्टम पैरामीटर) के मूल्यों का एक सेट है जो इसके गुणों को निर्धारित करती है। सिस्टम की किसी भी संपत्ति को थर्मोडायनामिक राज्य पैरामीटर कहा जा सकता है यदि इसे स्वतंत्र चर में से एक माना जाता है जो सिस्टम की स्थिति निर्धारित करता है। ऊष्मप्रवैगिकी पदार्थ को एक सतत माध्यम के रूप में मानता है और अनुसंधान के लिए ऐसे थर्मोडायनामिक मापदंडों का उपयोग करता है जो बड़ी संख्या में कणों (मैक्रोपैरामीटर) की क्रिया का परिणाम होते हैं। उदाहरण के लिए, मैक्रो पैरामीटर रासायनिक प्रतिक्रिया, "सामान्य परिस्थितियों" के तहत भी बहने वाले तापमान, दबाव, मात्रा, एकाग्रता, गुरुत्वाकर्षण की तीव्रता, चुंबकीय, विद्युत और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र आदि हैं। "सामान्य स्थितियां" तापमान 20-25 डिग्री सेल्सियस, वायुमंडलीय दबाव, वो हैं। लगभग 101 kPa, गुरुत्वाकर्षण का त्वरण - औसतन लगभग 9.8 m/s2, चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति - औसतन लगभग 40 A/m, विद्युत क्षेत्र की शक्ति - औसतन लगभग 130 V/m, दृश्यमान प्रकाश रोशनी - औसतन लगभग 500 लक्स। एक प्रणाली की थर्मोडायनामिक स्थिति को चिह्नित करने के लिए, सभी गुणों को नहीं जानना आवश्यक है, लेकिन उनमें से केवल सबसे छोटी संख्या, सिस्टम के तथाकथित स्वतंत्र पैरामीटर। एक नियम के रूप में, पृथ्वी पर होने वाली रासायनिक प्रक्रिया का वर्णन करते समय, हम क्षेत्र की विशेषताओं को इंगित नहीं करते हैं, क्योंकि वे स्थिर हैं और इसलिए प्रतिक्रिया उत्पादों की संरचना और उपज को प्रभावित नहीं करते हैं। यदि रासायनिक प्रक्रिया मजबूत चुंबकीय या विद्युत क्षेत्रों की स्थितियों में या तीव्र पराबैंगनी विकिरण के तहत की जाती है, एक्स-रेया यहां तक कि दृश्य प्रकाश, तो क्षेत्र के मापदंडों का प्रतिक्रिया उत्पादों की संरचना और उपज पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ेगा। इस मामले में, फ़ील्ड पैरामीटर निर्दिष्ट किए जाने चाहिए। थर्मोडायनामिक मापदंडों को व्यापक और गहन में विभाजित किया गया है। माना कार्यशील द्रव या थर्मोडायनामिक प्रणाली के द्रव्यमान (या पदार्थ की मात्रा) के आनुपातिक मात्रा को व्यापक कहा जाता है, वे मात्रा, आंतरिक ऊर्जा, थैलेपी आदि हैं। गहन मात्रा थर्मोडायनामिक प्रणाली के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करती है। ये हैं, उदाहरण के लिए, तापमान और दबाव। दबाव एक भौतिक मात्रा है जो शरीर की सतह पर समान रूप से वितरित सतह क्षेत्र में बल के लंबवत स्थित बल के अनुपात के बराबर है: पी \u003d एस एसआई - पास्कल (पीए) में दबाव की इकाई के कारण दबाव होता है 1 N का बल, बल की दिशा के लंबवत स्थित 1 m2 की सतह पर समान रूप से वितरित: 1 N/m2 = 1 Pa। व्यवहार में, दबाव की कई और उप-एकाधिक इकाइयों का उपयोग किया जाता है: किलोपास्कल 8 (103 पा = 1 केपीए); मेगापास्कल (106 पा = 1 एमपीए); हेक्टापास्कल (102 पा = 1 एचपीए), साथ ही एक ऑफ-सिस्टम इकाई - बार (1 बार = 105 पा)। आणविक-गतिज सिद्धांत के निष्कर्ष के अनुसार, गैस का दबाव पोत की दीवार के खिलाफ बेतरतीब ढंग से लगातार गतिमान अणुओं के प्रभाव का परिणाम है। एक आदर्श गैस के लिए मापदंडों और अणुओं के व्यवहार के बीच सबसे सरल संबंध प्राप्त किए गए थे। एक आदर्श गैस लोचदार अणुओं से युक्त एक गैस होती है, जिसके बीच कोई अंतःक्रियात्मक बल नहीं होते हैं, जिनमें गैस के कब्जे वाले आयतन की तुलना में नगण्य मात्रा में कम मात्रा होती है। अपेक्षाकृत कम दबाव (वायुमंडल के करीब) पर कोई भी वास्तविक गैस व्यावहारिक रूप से एक आदर्श की तरह व्यवहार करती है (सख्ती से पी → 0) पर। एक आदर्श गैस की अवस्था का समीकरण - मेंडेलीव - क्लैपेरॉन समीकरण का रूप है: pV = nRT, जहाँ p गैस का दबाव है, Pa; वी - वॉल्यूम, एम 3; n गैस की मात्रा है, mol; R 8.314 J/(mol K) के बराबर सार्वत्रिक गैस स्थिरांक है; टी पूर्ण तापमान है, के। तापमान सिस्टम की थर्मल स्थिति को दर्शाता है। प्रयोगात्मक रूप से, एक गर्म और ठंडे शरीर की अवधारणाओं को स्थापित किया जा सकता है, लेकिन तापमान को सीधे नहीं मापा जा सकता है। यह तापमान पर निर्भर अन्य भौतिक मापदंडों के संख्यात्मक मूल्यों से निर्धारित होता है, जो अनुभवजन्य तापमान तराजू के निर्माण का आधार है। ऐसे पैरामीटर (थर्मोमेट्रिक पैरामीटर) विभिन्न हो सकते हैं भौतिक मात्रा . उनमें से एक स्थिर दबाव पर एक शरीर का आयतन, एक स्थिर आयतन पर दबाव, विद्युत चालकता, थर्मोइलेक्ट्रोमोटिव बल, निकायों के ज्यामितीय पैरामीटर, चमक की चमक आदि हैं। तापमान मापने के लिए एक उपकरण को थर्मामीटर कहा जाता है। किसी भी अनुभवजन्य तापमान पैमाने का निर्माण करने के लिए, तीन मान्यताओं का उपयोग किया जाता है: 1) एक डिग्री का आकार दो संदर्भ तापमान बिंदुओं के बीच ∆T के संख्यात्मक मान को चुनकर निर्धारित किया जाता है - तापमान मानकों; 2) अनुभवजन्य पैमानों में तापमान शून्य की स्थिति मनमानी है; 3) यह माना जाता है कि थर्मोमेट्रिक फ़ंक्शन किसी दिए गए तापमान रेंज में रैखिक होता है। शुद्ध पदार्थों के चरण संक्रमण का उपयोग संदर्भ बिंदुओं के रूप में किया जाता है। उदाहरण के लिए, अनुभवजन्य सेल्सियस पैमाने के लिए, वायुमंडलीय दबाव (क्रमशः 0 और 100 डिग्री) पर पानी के गलनांक और क्वथनांक को संदर्भ बिंदु के रूप में लिया जाता है। इन तापमानों के बीच के अंतराल को एक सौ बराबर भागों (डिग्री सेल्सियस - डिग्री सेल्सियस) में बांटा गया है। यद्यपि किसी भी सैद्धांतिक रूप से परिभाषित थर्मोमेट्रिक फ़ंक्शन का उपयोग करके एक उद्देश्य तापमान पैमाने का निर्माण किया जा सकता है, थर्मोडायनामिक्स ऐसे फ़ंक्शन के रूप में राज्य के आदर्श गैस समीकरण का उपयोग करता है। गैस थर्मामीटर सबसे सटीक (पूर्ण तापमान पैमाने के करीब - केल्विन स्केल) तापमान माप करना संभव बनाता है। हालांकि, गैस थर्मामीटर के पैमाने पर तापमान का निर्धारण करना एक कठिन काम है, जो केवल चरण संक्रमण के कुछ संदर्भ बिंदुओं के पूर्ण तापमान को स्थापित करने के लिए किया जाता है, जिन्हें संदर्भ के रूप में लिया जाता है। मध्यवर्ती तापमान आमतौर पर अनुभवजन्य थर्मोमेट्रिक विधियों द्वारा निर्धारित किया जाता है। 1954 में अपनाया गया अंतर्राष्ट्रीय व्यावहारिक तापमान पैमाना (IPTS) वर्तमान स्तर पर निरपेक्ष तापमान पैमाने का सबसे सटीक अनुमान है। अनुभवजन्य पैमानों के विपरीत, एमपीएसएच एक प्रयोगात्मक संदर्भ तापमान बिंदु का उपयोग करता है। पानी के त्रिगुण बिंदु का तापमान (जब बर्फ, पानी और जल वाष्प एक ही समय में संतुलन में होते हैं) का उपयोग ऐसे बिंदु के रूप में किया जाता था। IPTS में पानी के ट्रिपल पॉइंट का तापमान 273.16 K (बिल्कुल) लिया जाता है। वायुमंडलीय दाब पर बर्फ 0.01° कम पिघलती है। सेल्सियस पैमाने पर संदर्भ बिंदु - 0 डिग्री सेल्सियस - 273.15 K से मेल खाता है। अन्य सभी संदर्भ बिंदुओं (पानी के ट्रिपल बिंदु को छोड़कर) के लिए तापमान का संख्यात्मक मान लगातार परिष्कृत किया जाता है क्योंकि गैस थर्मामीटर के साथ काम करने की सटीकता बढ़ जाती है। 1968 में, बारह संदर्भ बिंदुओं को संदर्भ तापमान बिंदुओं के रूप में अनुशंसित किया गया था, जो हाइड्रोजन के ट्रिपल बिंदु से लेकर सोने के गलनांक तक की सीमा में फैले हुए थे। वर्तमान में, सेल्सियस तापमान (टी) को पूर्ण तापमान (टी) के संबंध के रूप में व्यक्त किया जाता है, जो है: टी = 273.15 + टी। एक प्रणाली के गुण जो स्पष्ट रूप से तापमान, दबाव और सिस्टम को बनाने वाले पदार्थों की एकाग्रता के कार्यों के रूप में व्यक्त किए जा सकते हैं, उन्हें थर्मोडायनामिक फ़ंक्शन कहा जाता है। उदाहरण के लिए, ऊष्मा क्षमता, आंतरिक ऊर्जा, एन्ट्रापी, आदि। यदि थर्मोडायनामिक फ़ंक्शन में परिवर्तन केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति पर निर्भर करता है और प्रक्रिया के पथ पर निर्भर नहीं करता है, तो ऐसे फ़ंक्शन को राज्य कहा जाता है प्रणाली का कार्य। एक थर्मोडायनामिक प्रक्रिया थर्मोडायनामिक मापदंडों में से कम से कम एक में परिवर्तन के साथ जुड़े सिस्टम में कोई भी बदलाव है। एक वृत्ताकार प्रक्रिया या चक्र एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक थर्मोडायनामिक प्रणाली, कुछ प्रारंभिक अवस्था को छोड़कर और परिवर्तनों की एक श्रृंखला से गुजरते हुए, उसी स्थिति में लौट आती है; इस प्रक्रिया में, किसी भी राज्य पैरामीटर में परिवर्तन शून्य के बराबर होता है। दस
लेख की सामग्री
रसायन विज्ञान भौतिक,रसायन विज्ञान की एक शाखा जो उनके घटक परमाणुओं और अणुओं के भौतिक गुणों के आधार पर पदार्थों के रासायनिक गुणों का अध्ययन करती है। आधुनिक भौतिक रसायन विज्ञान एक व्यापक अंतःविषय क्षेत्र है जो भौतिकी, बायोफिज़िक्स और आणविक जीव विज्ञान की विभिन्न शाखाओं की सीमा पर है। कार्बनिक और अकार्बनिक रसायन विज्ञान के रूप में रासायनिक विज्ञान की ऐसी शाखाओं के साथ इसके संपर्क के कई बिंदु हैं।
रासायनिक दृष्टिकोण (भौतिक और जैविक के विपरीत) की एक विशिष्ट विशेषता यह है कि, मैक्रोस्कोपिक घटनाओं के विवरण के साथ, उनकी प्रकृति को व्यक्तिगत अणुओं के गुणों और उनके बीच की बातचीत के आधार पर समझाया गया है।
भौतिक रसायन विज्ञान के क्षेत्र में नए वाद्य और पद्धतिगत विकास का उपयोग रसायन विज्ञान और संबंधित विज्ञान की अन्य शाखाओं में किया जाता है, जैसे कि औषध विज्ञान और चिकित्सा। उदाहरणों में विद्युत रासायनिक विधियाँ, अवरक्त (IR) और पराबैंगनी (UV) स्पेक्ट्रोस्कोपी, लेजर और चुंबकीय अनुनाद तकनीक शामिल हैं, जिनका व्यापक रूप से चिकित्सा में और विभिन्न रोगों के निदान के लिए उपयोग किया जाता है।
भौतिक रसायन विज्ञान के मुख्य वर्गों को पारंपरिक रूप से माना जाता है: 1) रासायनिक थर्मोडायनामिक्स; 2) गतिज सिद्धांत और सांख्यिकीय थर्मोडायनामिक्स; 3) अणुओं और स्पेक्ट्रोस्कोपी की संरचना के प्रश्न; 4) रासायनिक गतिकी।
रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी।
रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी सीधे ऊष्मप्रवैगिकी के अनुप्रयोग से संबंधित है - गर्मी का विज्ञान और इसके परिवर्तन - रासायनिक संतुलन की समस्या के लिए। समस्या का सार इस प्रकार तैयार किया गया है: यदि अभिकर्मकों (प्रणाली) का मिश्रण है और भौतिक परिस्थितियों में यह स्थित है (तापमान, दबाव, मात्रा) ज्ञात है, तो कौन सी सहज रासायनिक और भौतिक प्रक्रियाएं इस प्रणाली को ला सकती हैं संतुलन के लिए? ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम कहता है कि गर्मी ऊर्जा का एक रूप है और एक प्रणाली की कुल ऊर्जा (इसके पर्यावरण के साथ) अपरिवर्तित रहती है। इस प्रकार, यह कानून ऊर्जा के संरक्षण के कानून के रूपों में से एक है। दूसरे नियम के अनुसार, एक स्वतःस्फूर्त रूप से होने वाली प्रक्रिया प्रणाली और उसके पर्यावरण की कुल एन्ट्रापी में वृद्धि की ओर ले जाती है। एन्ट्रॉपी ऊर्जा की मात्रा का एक माप है जिसका उपयोग कोई प्रणाली उपयोगी कार्य करने के लिए नहीं कर सकती है। दूसरा नियम उस दिशा को इंगित करता है जिसमें प्रतिक्रिया बिना किसी बाहरी प्रभाव के जाएगी। प्रतिक्रिया की प्रकृति को बदलने के लिए (उदाहरण के लिए, इसकी दिशा), आपको किसी न किसी रूप में ऊर्जा खर्च करने की आवश्यकता है। इस प्रकार, यह काम की मात्रा पर सख्त सीमाएं लगाता है जो एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया में जारी गर्मी या रासायनिक ऊर्जा के रूपांतरण के परिणामस्वरूप किया जा सकता है।
हम रासायनिक थर्मोडायनामिक्स में महत्वपूर्ण उपलब्धियों का श्रेय जे। गिब्स को देते हैं, जिन्होंने इस विज्ञान की सैद्धांतिक नींव रखी, जिससे पिछली पीढ़ी के कई शोधकर्ताओं द्वारा प्राप्त परिणामों को एक पूरे में जोड़ना संभव हो गया। गिब्स द्वारा विकसित दृष्टिकोण पदार्थ की सूक्ष्म संरचना के बारे में कोई धारणा नहीं बनाता है, लेकिन मैक्रो स्तर पर सिस्टम के संतुलन गुणों पर विचार करता है। इसलिए कोई यह सोच सकता है कि थर्मोडायनामिक्स के पहले और दूसरे नियम सार्वभौमिक हैं और तब भी मान्य रहेंगे जब हम अणुओं और परमाणुओं के गुणों के बारे में अधिक जानेंगे।
काइनेटिक सिद्धांत और सांख्यिकीय ऊष्मप्रवैगिकी।
सांख्यिकीय ऊष्मप्रवैगिकी (साथ ही क्वांटम यांत्रिकी) किसी को गैस चरण में कुछ प्रतिक्रियाओं के लिए संतुलन की स्थिति की भविष्यवाणी करने की अनुमति देता है। क्वांटम यांत्रिक दृष्टिकोण की सहायता से, कई पदार्थों के जटिल अणुओं के व्यवहार का वर्णन करना संभव है जो तरल और ठोस अवस्था में हैं। हालांकि, ऐसी प्रतिक्रियाएं हैं जिनकी दरों की गणना या तो गतिज सिद्धांत के ढांचे के भीतर या सांख्यिकीय थर्मोडायनामिक्स की मदद से नहीं की जा सकती है।
शास्त्रीय सांख्यिकीय ऊष्मप्रवैगिकी में एक वास्तविक क्रांति 1970 के दशक में हुई थी। नई अवधारणाएं जैसे कि सार्वभौमिकता (यह धारणा कि यौगिकों के कुछ व्यापक वर्गों के सदस्यों में समान गुण होते हैं) और समानता के सिद्धांत (ज्ञात मानदंडों के आधार पर अज्ञात मात्रा का अनुमान) ने महत्वपूर्ण के पास तरल पदार्थों के व्यवहार की बेहतर समझ पैदा की है। बिंदु, जब तरल और गैस के बीच भेद। कंप्यूटर का उपयोग करते हुए, एक महत्वपूर्ण अवस्था में सरल (तरल आर्गन) और जटिल (पानी और अल्कोहल) तरल पदार्थों के गुणों का अनुकरण किया गया। हाल ही में, तरल हीलियम (जिसका व्यवहार क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे में पूरी तरह से वर्णित है) और आणविक तरल पदार्थों में मुक्त इलेक्ट्रॉनों जैसे तरल पदार्थों के गुणों की व्यापक रूप से कंप्यूटर सिमुलेशन (सुपरकंडक्टिविटी) का उपयोग करके जांच की गई है। इससे साधारण तरल पदार्थों के गुणों की बेहतर समझ प्राप्त हुई। नवीनतम सैद्धांतिक विकास के साथ संयुक्त कंप्यूटर विधियों का उपयोग समाधानों, पॉलिमर, मिसेल (विशिष्ट कोलाइडल कण), प्रोटीन और आयनिक समाधानों के व्यवहार का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। भौतिक रसायन विज्ञान की समस्याओं को हल करने के लिए, विशेष रूप से, एक महत्वपूर्ण स्थिति में सिस्टम के कुछ गुणों का वर्णन करने के लिए और उच्च ऊर्जा भौतिकी के मुद्दों का अध्ययन करने के लिए, पुनर्सामान्यीकरण समूह की गणितीय पद्धति का तेजी से उपयोग किया जा रहा है।
अणुओं और स्पेक्ट्रोस्कोपी की संरचना।
19वीं सदी के जैविक रसायनज्ञ। कई रासायनिक तत्वों की संयोजकता (संयोजन करने की क्षमता) निर्धारित करने के लिए सरल नियम विकसित किए। उदाहरण के लिए, उन्होंने पाया कि कार्बन की संयोजकता 4 है (एक कार्बन परमाणु चार हाइड्रोजन परमाणुओं को जोड़कर मीथेन अणु CH4), ऑक्सीजन-2, हाइड्रोजन-1. अणुओं में स्थानिक व्यवस्था के बारे में (उदाहरण के लिए, एक मीथेन अणु में एक चतुष्फलकीय संरचना होती है, जबकि कार्बन परमाणु केंद्र में होता है) त्रिकोणीय पिरामिड, और हाइड्रोजन इसके चार शीर्षों पर)। हालांकि, इस दृष्टिकोण ने रासायनिक बंधनों के गठन के तंत्र को प्रकट करने की अनुमति नहीं दी, और इसलिए, अणुओं के आकार का अनुमान लगाने के लिए, परमाणुओं के बीच सटीक दूरी निर्धारित करने के लिए।
20वीं शताब्दी में विकसित स्पेक्ट्रोस्कोपिक विधियों का उपयोग करके, पानी के अणुओं (एच 2 ओ), ईथेन (सी 2 एच 6) और फिर प्रोटीन जैसे अधिक जटिल अणुओं की संरचना निर्धारित की गई थी। माइक्रोवेव स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईपीआर, एनएमआर) और इलेक्ट्रॉन विवर्तन के तरीकों ने बंधन की लंबाई, उनके बीच के कोण (वैलेंस कोण) और सरल अणुओं में परमाणुओं की पारस्परिक व्यवस्था को निर्धारित करना संभव बना दिया, और एक्स-रे विवर्तन विश्लेषणआणविक क्रिस्टल बनाने वाले बड़े अणुओं के लिए समान पैरामीटर हैं। आणविक संरचनाओं के कैटलॉग के संकलन और वैलेंस की सरल अवधारणाओं के उपयोग ने संरचनात्मक रसायन विज्ञान की नींव रखी (एल पॉलिंग इसके अग्रणी थे) और आणविक स्तर पर जटिल घटनाओं की व्याख्या करने के लिए आणविक मॉडल का उपयोग करना संभव बना दिया। यदि अणुओं की एक निश्चित संरचना नहीं होती, या यदि गुणसूत्रों में सी-सी और सी-एच बांड के पैरामीटर मीथेन या ईथेन के अणुओं से बहुत अलग थे, तो सरल ज्यामितीय मॉडल की मदद से, जे। वॉटसन और एफ. क्रिक 1950 के दशक की शुरुआत में डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए) के अपने प्रसिद्ध डबल हेलिक्स मॉडल के लिए निर्माण नहीं कर पाएंगे। आईआर और यूवी स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके अणुओं में परमाणुओं के कंपन का अध्ययन करके, अणुओं की संरचना में परमाणुओं को धारण करने वाले बलों की प्रकृति को स्थापित करना संभव था, जो बदले में, इंट्रामोल्युलर गति की उपस्थिति के विचार को जन्म दिया। और अणुओं के थर्मोडायनामिक गुणों का अध्ययन करना संभव बना दिया ( ऊपर देखो) रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर निर्धारित करने की दिशा में यह पहला कदम था। इसके अलावा, यूवी क्षेत्र में स्पेक्ट्रोस्कोपिक अध्ययनों ने इलेक्ट्रॉनिक स्तर पर रासायनिक बंधन गठन के तंत्र को स्थापित करने में मदद की, जिससे अभिकारकों के एक उत्तेजित अवस्था (अक्सर कार्रवाई के तहत) के संक्रमण के विचार के आधार पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं का वर्णन करना संभव हो गया। दृश्यमान या यूवी प्रकाश)। एक संपूर्ण वैज्ञानिक क्षेत्र भी था - फोटोकैमिस्ट्री। परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR) स्पेक्ट्रोस्कोपी ने रसायनज्ञों के लिए जटिल रासायनिक प्रक्रियाओं के व्यक्तिगत चरणों का अध्ययन करना और एंजाइम अणुओं में सक्रिय केंद्रों की पहचान करना संभव बना दिया है। इस पद्धति ने अक्षुण्ण कोशिकाओं और व्यक्तिगत अंगों की त्रि-आयामी छवियां प्राप्त करना भी संभव बना दिया। फोटोकेमिस्ट्री।
संयोजकता सिद्धांत।
कार्बनिक रसायनज्ञों द्वारा विकसित संयोजकता के अनुभवजन्य नियमों का उपयोग करते हुए, आवधिक प्रणालीतत्वों और परमाणु के रदरफोर्ड के ग्रहीय मॉडल, जी. लुईस ने पाया कि रासायनिक बंधन को समझने की कुंजी पदार्थ की इलेक्ट्रॉनिक संरचना है। लुईस इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि विभिन्न परमाणुओं से संबंधित इलेक्ट्रॉनों के समाजीकरण के परिणामस्वरूप एक सहसंयोजक बंधन बनता है; ऐसा करने में, वह इस विचार से आगे बढ़े कि बाध्यकारी इलेक्ट्रॉन कड़ाई से परिभाषित इलेक्ट्रॉन कोशों पर स्थित होते हैं। क्वांटम सिद्धांतआपको अणुओं की संरचना और परिणामी की प्रकृति की भविष्यवाणी करने की अनुमति देता है सहसंयोजी आबंधसबसे सामान्य मामले में।
पदार्थ की संरचना के बारे में हमारे विचार, जो 20वीं शताब्दी की पहली तिमाही में क्वांटम भौतिकी की सफलताओं के कारण बने थे, को संक्षेप में निम्नानुसार किया जा सकता है। एक परमाणु की संरचना प्रतिकर्षण (इलेक्ट्रॉनों के बीच) और आकर्षण (इलेक्ट्रॉनों और एक सकारात्मक चार्ज नाभिक के बीच) के विद्युत बलों के संतुलन से निर्धारित होती है। एक परमाणु का लगभग सभी द्रव्यमान नाभिक में केंद्रित होता है, और इसका आकार नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों द्वारा व्याप्त स्थान की मात्रा से निर्धारित होता है। अणुओं में अपेक्षाकृत स्थिर नाभिक होते हैं जो तेजी से चलने वाले इलेक्ट्रॉनों द्वारा एक साथ होते हैं, ताकि पदार्थों के सभी रासायनिक गुणों को परमाणुओं और अणुओं को बनाने वाले प्राथमिक कणों के विद्युत संपर्क के संदर्भ में समझाया जा सके। इस प्रकार, अणुओं की संरचना और रासायनिक बंधों के निर्माण से संबंधित क्वांटम यांत्रिकी के मुख्य प्रावधान, पदार्थ की इलेक्ट्रॉनिक संरचना, रासायनिक बंधों की प्रकृति और के एक अनुभवजन्य विवरण के लिए आधार बनाते हैं। जेटपरमाणु और अणु।
उच्च गति वाले कंप्यूटरों के आगमन के साथ, छोटे बहुपरमाणुक अणुओं में परमाणुओं के बीच कार्य करने वाले बलों (कम लेकिन पर्याप्त सटीकता के साथ) की गणना करना संभव था। वैलेंस का सिद्धांत, कंप्यूटर सिमुलेशन पर आधारित, वर्तमान में संरचनाओं, रासायनिक बलों की प्रकृति और उन मामलों में प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए एक काम करने वाला उपकरण है जहां प्रयोग कठिन या समय लेने वाले होते हैं। यह वातावरण और लपटों में मौजूद मुक्त कणों के अध्ययन को संदर्भित करता है या प्रतिक्रिया मध्यवर्ती के रूप में बनता है। ऐसी आशा है कि किसी दिन कंप्यूटर गणना पर आधारित एक सिद्धांत इस प्रश्न का उत्तर देने में सक्षम होगा: रासायनिक संरचनाएं पिकोसेकंड के क्रम के समय में अपनी सबसे स्थिर स्थिति की "गणना" कैसे करती हैं, जबकि संबंधित अनुमान प्राप्त करते हुए, कम से कम कुछ सन्निकटन में , मशीन समय की एक बड़ी मात्रा की आवश्यकता है।
रासायनिक गतिकी
रासायनिक प्रतिक्रियाओं के तंत्र के अध्ययन और उनकी दरों के निर्धारण से संबंधित है। मैक्रोस्कोपिक स्तर पर, प्रतिक्रिया को क्रमिक परिवर्तनों के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसके दौरान अन्य पदार्थ एक पदार्थ से बनते हैं। उदाहरण के लिए, प्रतीत होता है सरल परिवर्तन
एच 2 + (1/2) ओ 2 → एच 2 ओ
वास्तव में कई क्रमिक चरण होते हैं:
एच + ओ 2 → ओएच + ओ
ओ + एच 2 → एचओ + एच
एच + ओ 2 → एचओ 2
एचओ 2 + एच 2 → एच 2 ओ + ओएच
और उनमें से प्रत्येक की अपनी दर स्थिरांक द्वारा विशेषता है क. एस अरहेनियस ने सुझाव दिया कि पूर्ण तापमान टीऔर प्रतिक्रिया दर स्थिर कअनुपात से संबंधित क = एक्स्प (- इकार्यवाही करना)/ आर टी, कहाँ पे लेकिन- पूर्व-घातीय कारक (तथाकथित आवृत्ति कारक), इअधिनियम - सक्रियण ऊर्जा, आरगैस स्थिरांक है। मापने के लिए कतथा टीलगभग 10-13 सेकंड की अवधि में होने वाली घटनाओं को ट्रैक करने के लिए उपकरणों की आवश्यकता होती है, एक तरफ और दशकों (और यहां तक कि सहस्राब्दी), दूसरी ओर (भूवैज्ञानिक प्रक्रियाएं); अत्यंत अस्थिर अभिकर्मकों की नगण्य सांद्रता को मापने में सक्षम होना भी आवश्यक है। रासायनिक कैनेटीक्स के कार्य में जटिल प्रणालियों में होने वाली रासायनिक प्रक्रियाओं की भविष्यवाणी भी शामिल है (हम जैविक, भूवैज्ञानिक, वायुमंडलीय प्रक्रियाओं, दहन और रासायनिक संश्लेषण के बारे में बात कर रहे हैं)।
गैस-चरण प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए "शुद्ध रूप में" आणविक बीम की विधि का उपयोग किया जाता है; इस मामले में, कड़ाई से परिभाषित क्वांटम राज्यों वाले अणु उन उत्पादों के निर्माण के साथ प्रतिक्रिया करते हैं जो कुछ क्वांटम राज्यों में भी होते हैं। इस तरह के प्रयोग उन बलों के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं जो कुछ प्रतिक्रियाएँ उत्पन्न करते हैं। उदाहरण के लिए, एक आणविक बीम सेटअप में, सीएच 3 I जैसे छोटे अणुओं को भी एक निश्चित तरीके से उन्मुख किया जा सकता है और दो "अलग" प्रतिक्रियाओं में टकराव की दर को मापा जा सकता है:
के + आईसीएच 3 → केआई + सीएच 3
के + सीएच 3 मैं → केआई + सीएच 3
जहां सीएच 3 समूह निकटवर्ती पोटेशियम परमाणु के संबंध में अलग तरह से उन्मुख है।
भौतिक रसायन विज्ञान (साथ ही रासायनिक भौतिकी) से संबंधित मुद्दों में से एक प्रतिक्रिया दर स्थिरांक की गणना है। यहाँ, 1930 के दशक में विकसित संक्रमण अवस्था सिद्धांत, जो थर्मोडायनामिक और संरचनात्मक मापदंडों का उपयोग करता है, का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। शास्त्रीय भौतिकी और क्वांटम यांत्रिकी के तरीकों के साथ संयुक्त यह सिद्धांत, प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम को अनुकरण करना संभव बनाता है जैसे कि यह आणविक बीम के साथ प्रयोग की शर्तों के तहत हो रहा था। कुछ रासायनिक बंधों के लेजर उत्तेजना पर प्रयोग किए जा रहे हैं, जिससे अणुओं के विनाश के सांख्यिकीय सिद्धांतों की शुद्धता का परीक्षण करना संभव हो गया है। सिद्धांत विकसित किए जा रहे हैं जो अराजक प्रक्रियाओं (उदाहरण के लिए, अशांति) की आधुनिक भौतिक और गणितीय अवधारणाओं को सामान्य बनाते हैं। हम इंट्रा- और इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन दोनों की प्रकृति को पूरी तरह से समझने से दूर नहीं हैं, वांछित गुणों के साथ सतहों पर होने वाली प्रतिक्रियाओं के तंत्र का खुलासा करते हैं, और एंजाइमों और संक्रमण धातु परिसरों के उत्प्रेरक केंद्रों की संरचना स्थापित करते हैं। सूक्ष्म स्तर पर, स्नोफ्लेक्स या डेंड्राइट्स (एक पेड़ की संरचना के साथ क्रिस्टल) जैसी जटिल संरचनाओं के निर्माण कैनेटीक्स पर काम किया जा सकता है, जिसने नॉनलाइनियर डायनामिक्स के सिद्धांत के सरल मॉडल के आधार पर कंप्यूटर सिमुलेशन के विकास को प्रेरित किया; यह जटिल प्रणालियों की संरचना और विकास का वर्णन करने के लिए नए दृष्टिकोण बनाने की संभावनाओं को खोलता है।
1. भौतिक रसायन विज्ञान: उद्देश्य, कार्य, अनुसंधान के तरीके। भौतिक रसायन विज्ञान की बुनियादी अवधारणाएँ।
भौतिक. रसायन विज्ञान - रासायनिक प्रक्रियाओं और रसायन के नियमों का विज्ञान। घटना
रसायन विज्ञान के भौतिक रसायन विज्ञान की व्याख्या का विषय। भौतिकी के अधिक सामान्य नियमों पर आधारित घटनाएँ। भौतिक रसायन शास्त्र मुद्दों के दो मुख्य समूहों पर विचार करता है:
1. किसी पदार्थ और उसके घटक कणों की संरचना और गुणों का अध्ययन;
2. पदार्थों के परस्पर क्रिया की प्रक्रियाओं का अध्ययन।
भौतिक रसायन विज्ञान का उद्देश्य एम / वाई रासायनिक और भौतिक घटनाओं के बीच संबंधों का अध्ययन करना है। प्रकृति में होने वाली और प्रौद्योगिकी में उपयोग की जाने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अधिक गहराई से अध्ययन करने के लिए ऐसे संबंधों का ज्ञान आवश्यक है। प्रक्रियाओं, प्रतिक्रिया की गहराई और दिशा को नियंत्रित करते हैं। अनुशासन का मुख्य लक्ष्य भौतिक रसायन विज्ञान सामान्य संबंधों और रसायन के पैटर्न का अध्ययन है। भौतिकी के मूलभूत सिद्धांतों पर आधारित प्रक्रियाएं। भौतिक रसायन विज्ञान भौतिक पर लागू होता है। रासायनिक घटना के सिद्धांत और तरीके।
यह बताता है कि पदार्थों के परिवर्तन क्यों और कैसे होते हैं: रसायन। प्रतिक्रियाएं और चरण संक्रमण। क्यों - रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी। एएस - रासायनिक कैनेटीक्स।
भौतिक रसायन विज्ञान की मूल अवधारणाएँ
रसायन का मुख्य उद्देश्य। ऊष्मप्रवैगिकी एक थर्मोडायनामिक प्रणाली है। thermodynamic व्यवस्था - कोई भी पिंड या पिंडों का समूह जो स्वयं और अन्य पिंडों के साथ ऊर्जा और पदार्थ का आदान-प्रदान करने में सक्षम है। सिस्टम खुले, बंद और पृथक में विभाजित हैं। खोलना और मैं - थर्मोडायनामिक प्रणाली बाहरी वातावरण के साथ इन-टियन और ऊर्जा दोनों का आदान-प्रदान करती है। बंद किया हुआ और मैं - एक प्रणाली जिसमें पर्यावरण के साथ पदार्थ का आदान-प्रदान नहीं होता है, लेकिन यह इसके साथ ऊर्जा का आदान-प्रदान कर सकता है। पृथक और मैं -सिस्टम वॉल्यूम स्थिर रहता है और पर्यावरण और ऊर्जा और इन-टियोन के साथ आदान-प्रदान करने के अवसर से वंचित रहता है।
सिस्टम हो सकता है सजातीय (सजातीय) या विषमांगी (विषम) ). अवस्था - यह प्रणाली का एक हिस्सा है, जिसमें बाहरी बल क्षेत्र की अनुपस्थिति में सभी बिंदुओं पर समान संरचना और समान थर्मोडायनामिक होता है। सेंट यू और इंटरफेस द्वारा सिस्टम के अन्य हिस्सों से अलग। चरण हमेशा सजातीय होता है, अर्थात। सजातीय, इसलिए एकल-चरण प्रणाली को सजातीय कहा जाता है। कई चरणों वाली प्रणाली को विषमांगी कहा जाता है।
सिस्टम गुण दो समूहों में विभाजित हैं: व्यापक और गहन।
ऊष्मप्रवैगिकी में, संतुलन की अवधारणाएं और प्रतिवर्ती प्रक्रियाएं. संतुलन एक प्रक्रिया है जो संतुलन राज्यों की एक सतत श्रृंखला से गुजरती है। प्रतिवर्ती थर्मोडायनामिक प्रक्रिया एक ऐसी प्रक्रिया है जिसे सिस्टम और पर्यावरण में कोई बदलाव छोड़े बिना रिवर्स में किया जा सकता है।
2. ऊष्मागतिकी का I-वें नियम। आंतरिक ऊर्जा, गर्मी, काम।
ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियमसीधे ऊर्जा संरक्षण के नियम से संबंधित है। इस नियम के आधार पर, यह इस प्रकार है कि किसी भी पृथक प्रणाली में, ऊर्जा आपूर्ति स्थिर रहती है। ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम का एक और सूत्रीकरण ऊर्जा के संरक्षण के कानून से होता है - पहली तरह की एक सतत गति मशीन (पेरपेटम मोबाइल) बनाने की असंभवता, जो उस पर ऊर्जा खर्च किए बिना काम का उत्पादन करेगी। रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण सूत्रीकरण,
पहला सिद्धांत आंतरिक ऊर्जा की अवधारणा के माध्यम से इसकी अभिव्यक्ति है: आंतरिक ऊर्जा एक राज्य कार्य है, अर्थात। इसका परिवर्तन प्रक्रिया के पथ पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति पर निर्भर करता है। तंत्र की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन यूहीट एक्सचेंज के माध्यम से हो सकता है क्यूऔर काम वूपर्यावरण के साथ। तब यह ऊर्जा के संरक्षण के नियम का पालन करता है कि बाहर से सिस्टम द्वारा प्राप्त गर्मी क्यू आंतरिक ऊर्जा ΔU की वृद्धि और सिस्टम द्वारा किए गए कार्य W पर खर्च की जाती है, अर्थात। क्यू =Δ यू+डब्ल्यू. दिया गया परसंरेखण है
ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम की गणितीय अभिव्यक्ति।
मैंऊष्मप्रवैगिकी की शुरुआतइसकी शब्दावली:
किसी भी पृथक प्रणाली में, ऊर्जा आपूर्ति स्थिर रहती है;
ऊर्जा के विभिन्न रूप एक दूसरे में सख्ती से समान मात्रा में गुजरते हैं;
सतत गति मशीन (चिरस्थायी गतिमान) पहली तरह का असंभव है;
आंतरिक ऊर्जा एक अवस्था फलन है, अर्थात्। इसका परिवर्तन प्रक्रिया के पथ पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति पर निर्भर करता है.
विश्लेषणात्मक अभिव्यक्ति: क्यू = डी यू + वू ; मात्राओं में असीम परिवर्तन के लिए डी क्यू = ड्यू + डी वू .
ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम अनुपात निर्धारित करता है। एम / वाई गर्मी क्यू, काम ए और इंट बदलें। प्रणाली ऊर्जा U. इंट बदलें। सिस्टम की ऊर्जा सिस्टम को संचारित गर्मी की मात्रा के बराबर होती है जो सिस्टम द्वारा बाहरी ताकतों के खिलाफ किए गए कार्य की मात्रा को घटाती है।
समीकरण (I.1) - ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम का गणितीय अंकन, समीकरण (I.2) - COMP में एक अतिसूक्ष्म परिवर्तन के लिए। सिस्टम
इंट. ऊर्जा-राज्य समारोह; इसका मतलब है कि परिवर्तन-ई एक्सटेंशन। ऊर्जा U राज्य 1 से राज्य 2 तक प्रणाली के संक्रमण पथ पर निर्भर नहीं करता है और ext के मूल्यों के बीच अंतर के बराबर है। इन अवस्थाओं में ऊर्जा U2 और U1: (I.3)
इंट. एक प्रणाली की ऊर्जा अंतःक्रिया की संभावित ऊर्जा का योग है। शरीर के सभी कण m / y और उनके आंदोलन की गतिज ऊर्जा (संपूर्ण रूप से प्रणाली की गतिज और संभावित ऊर्जा को ध्यान में रखे बिना)। इंट. प्रणाली की ऊर्जा द्वीप की प्रकृति, उसके द्रव्यमान और प्रणाली की स्थिति के मापदंडों पर निर्भर करती है। वह उम्र है। प्रणाली के द्रव्यमान में वृद्धि के साथ, क्योंकि यह प्रणाली की एक व्यापक संपत्ति है। इंट. ऊर्जा को U अक्षर से निरूपित किया जाता है और इसे जूल (J) में व्यक्त किया जाता है। सामान्य स्थिति में, 1 mol की मात्रा वाली प्रणाली के लिए। इंट. ऊर्जा, किसी भी थर्मोडायनामिक की तरह। सिस्टम में सेंट, yavl-Xia फ़ंक्शन COMP। सीधे प्रयोग में, केवल आंतरिक में परिवर्तन होता है ऊर्जा। इसलिए गणना में वे हमेशा इसके परिवर्तन U2 -U1 = U के साथ काम करते हैं।
आंतरिक में सभी परिवर्तन ऊर्जा को दो समूहों में बांटा गया है। पहले समूह में दो आसन्न पिंडों के अणुओं के अराजक टकराव से गति के संक्रमण का केवल पहला रूप शामिल है, अर्थात। चालन द्वारा (और साथ ही विकिरण द्वारा)। इस प्रकार संचरित गति का माप ऊष्मा है। संकल्पना गरमाहटबड़ी संख्या में कणों के व्यवहार से जुड़े - परमाणु, अणु, आयन। वे निरंतर अराजक (थर्मल) गति में हैं। ऊष्मा ऊर्जा हस्तांतरण का एक रूप है। ऊर्जा के आदान-प्रदान का दूसरा तरीका है काम।ऊर्जा का यह आदान-प्रदान तंत्र द्वारा की गई क्रिया या उस पर की गई क्रिया के कारण होता है। आमतौर पर, काम को प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है वू. कार्य, गर्मी की तरह, प्रणाली की स्थिति का एक कार्य नहीं है, इसलिए इनफिनिटिमल कार्य के अनुरूप मूल्य को आंशिक व्युत्पन्न प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है - वू.
