Fizikinės chemijos pagrindinės formulės ir sąvokos. Fizinė ir koloidinė chemija. Skirtumas tarp fizikinės chemijos ir cheminės fizikos

FIZINĖ CHEMIJA

§ 1. Fizikinės chemijos dalykas. Jo prasmė

Cheminių ir fizikinių reiškinių tyrimų ryšys fizinė chemija.Ši chemijos šaka yra riba tarp chemijos ir fizikos. Naudodama abiejų mokslų teorinius ir eksperimentinius metodus, taip pat savo metodus, fizinė chemija užsiima įvairiapusišku cheminių reakcijų ir jas lydinčių fizikinių procesų tyrimu. Kadangi net ir daugialypis tyrimas niekada nėra baigtas ir neapima reiškinio iki galo, fizikinės chemijos, kaip ir kitų gamtos mokslų, dėsniai ir dėsniai reiškinį visada supaprastina ir nevisiškai atspindi.

Sparti fizikinės chemijos raida ir auganti svarba siejama su jos ribine padėtimi tarp fizikos ir chemijos. Pagrindinė bendroji fizikinės chemijos užduotis yra proceso eigos laiko ir galutinio rezultato (pusiausvyros būsenos) numatymas įvairiomis sąlygomis, remiantis duomenimis apie tiriamą sistemą sudarančių medžiagų struktūrą ir savybes.

§ 2. Trumpas fizikinės chemijos raidos istorijos metmenys

Sąvoką „fizinė chemija“ ir šio mokslo apibrėžimą pirmasis pateikė M.V.Lomonosovas, kuris 1752–1754 m. perskaitė fizikinės chemijos kursą Mokslų akademijos studentams ir paliko šio kurso rankraštį „Tikrosios fizinės chemijos įvadas“ (1752). Lomonosovas atliko daug tyrimų, kurių temos atitinka jo sudarytą „Fizikinės chemijos kurso planą“ (1752 m.) ir eksperimentinio darbo programą „Fizikinės chemijos patirtis“ (1754 m.). Jam vadovaujant taip pat vyko studentų fizinės chemijos seminaras.

Lomonosovas pateikė tokį fizikinės chemijos apibrėžimą: „Fizikinė chemija yra mokslas, kuris, remiantis fizikos nuostatomis ir eksperimentais, paaiškina, kas vyksta mišriuose kūnuose cheminių operacijų metu“. Šis apibrėžimas artimas šiuolaikiniam.

Fizinės chemijos raidai XIX amžiaus viduryje buvo labai svarbūs dviejų termodinamikos dėsnių atradimai (S. Carnot, Yu. R. Mayer, G. Helmholtz, D. P. Joule, R. Clausius, W. Thomson). svarbą.

Tarp fizikos ir chemijos besiribojančioje srityje atliekamų tyrimų skaičius ir įvairovė XIX amžiuje nuolat didėjo. Sukurta termodinaminė cheminės pusiausvyros teorija (K.M. Guldberg, P. Waage, D.W. Gibbs). L.F.Wilhelmi tyrimai padėjo pagrindą cheminių reakcijų (cheminės kinetikos) greičiams tirti. Tirtas elektros perdavimas tirpaluose (I.V. Gittorfas, F.V.G. Kolrausch), tirti tirpalų pusiausvyros su garais dėsniai (D.P. Konovalovas) ir sukurta sprendinių teorija (D.I. Mendelejevas).

Fizinės chemijos kaip savarankiško mokslo ir akademinės disciplinos pripažinimas buvo išreikštas 1887 m. Leipcigo universitete (Vokietija) įkūrus pirmąją fizikinės chemijos katedrą, kuriai vadovavo W. Ostwald, ir įkūrus pirmąjį mokslinį fizikos žurnalą. ten chemija. XIX amžiaus pabaigoje Leipcigo universitetas buvo fizikinės chemijos plėtros centras, o pagrindiniai fiziniai chemikai buvo W. Ostwald, J. H. Van't Hoff, S. Arrhenius ir W. Nernst. Iki to laiko buvo apibrėžtos trys pagrindinės fizikinės chemijos dalys – cheminė termodinamika, cheminė kinetika ir elektrochemija.

Svarbiausios mokslo sritys, kurių plėtra yra būtina technikos pažangos sąlyga, apima cheminių procesų studijas; fizinė chemija vaidina pagrindinį vaidmenį plėtojant šią problemą.

§ 3. Fizinės chemijos skyriai. Tyrimo metodai

Cheminė termodinamika. Šiame skyriuje, remiantis bendrosios termodinamikos dėsniais, paaiškinami cheminės pusiausvyros dėsniai ir fazių pusiausvyros doktrina.

Tirpalų doktrina siekiama paaiškinti ir numatyti tirpalų (homogeniškų kelių medžiagų mišinių) savybes, remiantis tirpalą sudarančių medžiagų savybėmis.

Paviršiaus reiškinių doktrina. Tiriamos įvairios kietųjų medžiagų ir skysčių paviršinių sluoksnių savybės (sąsajos tarp fazių); vienas iš pagrindinių tyrinėtų reiškinių paviršiniuose sluoksniuose yra adsorbcija(medžiagos kaupimasis paviršiniame sluoksnyje).

Sistemose, kuriose sąsajos tarp skystųjų, kietųjų ir dujinių fazių yra labai išvystytos (emulsijos, rūkas, dūmai ir kt.), paviršinių sluoksnių savybės tampa itin svarbios ir lemia daugelį unikalių visos sistemos savybių. visas. Toks išsklaidyta (mikroheterogeninis) sistemos yra tiriamos koloidų chemija, kuri yra pagrindinė nepriklausoma fizikinės chemijos šaka.

Aukščiau pateiktas pagrindinių fizikinės chemijos skyrių sąrašas neapima kai kurių šio mokslo sričių ir mažesnių skyrių, kuriuos galima laikyti didesnių sekcijų dalimis arba savarankiškomis fizikinės chemijos sekcijomis. Dar kartą reikia pabrėžti glaudų įvairių fizikinės chemijos šakų tarpusavio ryšį. Tiriant bet kurį reiškinį, tenka pasitelkti idėjų, teorijų ir metodų arsenalą, tiriant daugelį chemijos šakų (o dažnai ir kitų mokslų). Tik iš pradžių susipažinus su fizine chemija, edukaciniais tikslais galima medžiagą paskirstyti į nurodytas dalis.

Fizikinių ir cheminių tyrimų metodai. Pagrindiniai fizikinės chemijos metodai natūraliai yra fizikos ir chemijos metodai. Tai, visų pirma, eksperimentinis metodas – medžiagų savybių priklausomybės nuo išorinių sąlygų tyrimas, įvairių procesų tėkmės dėsnių ir cheminės pusiausvyros dėsnių eksperimentinis tyrimas.

Teorinis eksperimentinių duomenų supratimas ir nuoseklios žinių sistemos kūrimas grindžiamas teorinės fizikos metodais.

Termodinaminis metodas, kuris yra vienas iš jų, leidžia kiekybiškai susieti įvairias medžiagos savybes ("makroskopines" savybes) ir apskaičiuoti kai kurias iš šių savybių remiantis kitų savybių eksperimentinėmis vertėmis.

I SKYRIUS
PIRMASIS TERMODINAMIKOS DĖSNIS

§ 1. Energija. Energijos tvermės ir transformacijos dėsnis

Neatsiejama materijos savybė (atributas) yra judėjimas; ji nesunaikinama, kaip ir pati materija. Materijos judėjimas pasireiškia įvairiomis formomis, kurios gali pereiti viena į kitą. Materijos judėjimo matas yra energijos. Kiekybiškai energija tam tikru būdu išreiškiama kiekvienai konkrečiai judėjimo formai būdingais parametrais ir šiai formai būdingais vienetais.

SI vienetų sistemoje energijos (šilumos ir darbo) vienetas yra džaulis ( J), lygus jėgos darbui 1 H pakeliui į 1 m. 1 J = 1 Nm.

Plačiai naudojamas energijos (šilumos) vienetas – kalorijos – šiuo metu yra nesisteminis vienetas, kurį leidžiama naudoti. Šiuo metu vartojamos kalorijos pagal apibrėžimą prilygsta tam tikram džaulių skaičiui: 1 išmatos lygus 4,1868 džaulių. Šis įrenginys naudojamas šilumos inžinerijoje ir gali būti vadinamas šiluminė kalorija. Cheminėje termodinamikoje naudojamas kiek kitoks vienetas, prilyginamas 4,1840 džaulių ir vadinamas termocheminė kalorija. Jo taikymo tikslingumas susijęs su patogumu naudoti plačią eksperimentinę termocheminę medžiagą, surinktą žinynuose ir išreikštą šiais vienetais.

Kai viena judėjimo forma paverčiama kita, išnykusio ir atsiradusio judėjimo energijos, išreikštos skirtingais vienetais, yra lygiavertės viena kitai, t.y., išnykusio judėjimo energija yra pastoviame kiekybiniame santykyje. kilusio judėjimo energijai (ekvivalentinių energijos virsmų dėsnis).Šis santykis nepriklauso nuo dviejų judėjimo formų energijų ir nuo konkrečių sąlygų, kuriomis įvyko perėjimas iš vienos judėjimo formos į kitą. Taigi, kai elektros srovės energija paverčiama chaotiško molekulinio judėjimo energija, vienas džaulis elektros energijos visada virsta 0,239 išmatos molekulinio judėjimo energija.

Taigi energija, kaip materijos judėjimo matas, visada pasireiškia kokybiškai originalia forma, atitinkančia tam tikrą judėjimo formą, ir išreiškiama atitinkamais matavimo vienetais. Kita vertus, jis kiekybiškai atspindi visų judėjimo formų vienovę, jų tarpusavio konvertuojamumą ir judėjimo nesunaikinamumą.

Minėtas lygiaverčių energijos virsmų dėsnis yra fizikinis eksperimentinis dėsnis. Lygiaverčių energijos virsmų dėsnis gali būti išreikštas skirtingai, būtent forma Energijos tvermės ir transformacijos dėsnis: energija nėra nei sukuriama, nei sunaikinama; visuose procesuose ir reiškiniuose visų šiame procese dalyvaujančių izoliuotos materialios sistemos dalių bendra energija nedidėja arba nemažėja, išlieka pastovi.

Energijos tvermės ir transformacijos dėsnis yra universalus ta prasme, kad jis taikomas reiškiniams, vykstantiems savavališkai dideliuose kūnuose, kuriuose yra daugybė molekulių, ir reiškiniams, vykstantiems dalyvaujant vienai ar kelioms molekulėms.

Įvairioms mechaninio judėjimo formoms energijos tvermės dėsnis jau seniai išreiškiamas kokybine (Descartes - 1640) ir kiekybine forma (Leibniz - 1697).

Dėl šilumos ir darbo tarpusavio transformacijų (žr. toliau) energijos tvermės dėsnį kaip gamtos mokslų dėsnį įrodė Yu. R. Mayer, G. Helmholtz ir D. P. Joule tyrimai, atlikti ketvirtajame dešimtmetyje. XIX a.

Naudojant ekvivalentinių virsmų dėsnį, galima išreikšti įvairių judėjimo formų energijas vienai energijos rūšiai (vienai judėjimo formai) būdingais vienetais, o vėliau atlikti sudėjimo, atimties ir kt.

§ 2. Termodinamikos dalykas, metodas ir ribos

Termodinamika yra viena iš pagrindinių teorinės fizikos šakų. Termodinamika tiria įvairių rūšių energijos tarpusavio virsmų dėsnius, susijusius su energijos perdavimu tarp kūnų šilumos ir darbo pavidalu. Sutelkdama dėmesį į šilumą ir darbą, kaip energijos perdavimo formas įvairiuose procesuose, termodinamika apima daugybę energetinių ryšių ir priklausomybių tarp įvairių medžiagos savybių ir pateikia labai plačiai taikomus apibendrinimus, vadinamus termodinamikos dėsniai.

Nustatant pagrindinius termodinaminius dėsnius, energijos transformacijos (dažnai labai sudėtingos), vykstančios kūno viduje, dažniausiai nėra detalizuojamos. Energijos rūšys, būdingos kūnui jo tam tikroje būsenoje, taip pat nėra diferencijuojamos; visų šių energijos rūšių visuma laikoma viena vidinė sistemos energija .

Aukščiau aprašyta termodinamikos tema apibrėžia šio mokslo metodą ir ribas. Skirtumas tarp šilumos ir darbo, kurį termodinamika laiko atspirties tašku, ir šilumos priešprieša darbui yra prasminga tik kūnams, susidedantiems iš daugelio molekulių, nes vienai molekulei arba nedideliam molekulių skaičiui aibės sąvokos: karštis ir darbas praranda prasmę. Todėl termodinamika laiko tik kūnus, susidedančius iš daugybės molekulių, vadinamuosius makroskopinės sistemos be to, termodinamika savo klasikine forma neatsižvelgia į atskirų molekulių elgesį ir savybes.

Termodinaminiam metodui taip pat būdinga tai, kad tyrimo objektas yra kūnas arba kūnų grupė, izoliuota nuo materialaus pasaulio. termodinamine sistema (toliau – tiesiog sistema).

Sistema turi tam tikras ribas, skiriančias ją nuo išorinio pasaulio (aplinkos).

Sistema yra vienalytis , jei kiekvienas jo parametras turi vienodą reikšmę visose sistemos dalyse arba nuolat kinta iš taško į tašką.

Sistema yra nevienalytis , jei jis susideda iš kelių makroskopinių (paeiliui susidedančių iš daugelio molekulių) dalių, atskirtų viena nuo kitos matomomis sąsajomis. Ant šių paviršių kai kurie parametrai staigiai pasikeičia. Tokia, pavyzdžiui, yra sistema „kieta druska – prisotintas vandeninis druskos tirpalas – sotieji vandens garai“. Čia, ties druskos – tirpalo ir tirpalo – garų ribomis, sudėtis ir tankis staigiai keičiasi.

Vadinamos vienarūšės sistemos dalys, atskirtos nuo kitų dalių matomomis sąsajomis fazės . Šiuo atveju atskirų vienarūšių sistemos dalių rinkinys, turintis tas pačias fizines ir termodinamines savybes, laikomas viena faze (pavyzdžiui, vienos medžiagos kristalų rinkinys arba skysčio lašelių rinkinys, suspenduotas dujose ir formuojantis rūką ). Kiekviena sistemos fazė apibūdinama savo būsenos lygtimi.

Vadinama sistema, kuri negali keistis medžiaga ir energija su aplinka (šilumos ar darbo pavidalu). izoliuotas .

Vadinama sistema, galinti keistis medžiagomis ir energija su aplinka (šilumos arba darbo pavidalu). atviras.

Vadinama sistema, kuri negali keistis medžiaga su aplinka, bet gali keistis energija (šilumos arba darbo pavidalu). uždaryta .

Termodinamika tiria ryšį tarp tokių išmatuojamų medžiagų sistemos kaip visumos savybių ir jos makroskopinių dalių (fazių), tokių kaip temperatūra, slėgis, masė, tankis ir į sistemą įtrauktų fazių cheminė sudėtis, ir kai kurių kitų savybių. kaip ryšys tarp šių savybių pokyčių.

Termodinamikos tiriamų savybių rinkinys (vadinamasis termodinaminiai sistemos parametrai) apibrėžia termodinaminė sistemos būsena. Bet kokių termodinaminių savybių pasikeitimas (net jei tik vienas) lemia termodinaminės sistemos būklės pasikeitimą.

Visi gamtoje vykstantys procesai gali būti skirstomi į savaiminius (natūralius) ir nesavaiminius.

Spontaniški procesai Tai procesai, kuriems nereikia išorinių energijos sąnaudų. Pavyzdžiui, šilumos perdavimas iš aukštesnės temperatūros kūno žemesnės temperatūros, druskos tirpimas vandenyje ir pan., vyksta savaime.

Nesavaiminiai procesai Jiems tekėti reikalinga energija iš išorės, pavyzdžiui, oro atskyrimas į azotą ir deguonį.

Termodinamika daugiausia laiko tokias sistemos būsenas, kuriose jos parametrai (temperatūra, slėgis, elektrostatinis potencialas ir kt.) laikui bėgant savaime nesikeičia ir turi vienodą reikšmę visuose atskirų fazių tūrio taškuose. Tokios būsenos vadinamos subalansuotas.

Vienas iš pagrindinių termodinamikos postulatų yra teiginys, kad bet kurio spontaniško proceso eiga galiausiai atveda izoliuotą sistemą į pusiausvyros būseną, kai jos savybės nebepasikeis, t.y., sistemoje nusistovi pusiausvyra.

Būsenos, kurioms būdingas netolygus ir laikui bėgant kintantis temperatūros, slėgio ir sudėties pasiskirstymas tarp fazių nepusiausvyra. Juos nagrinėja nepusiausvyrinių (negrįžtamų) procesų termodinamika, kurioje, be pagrindinių termodinaminių dėsnių, naudojamos papildomos prielaidos.

Termodinamika, sukurta remiantis pagrindiniais termodinamikos dėsniais, kurie laikomi patirties apibendrinimu, dažnai vadinama klasikinis arba fenomenologinė termodinamika. Termodinamika suteikia teorinius šilumos variklių teorijos pagrindus; šis skyrius vadinamas techninė termodinamika. Užsiima cheminių procesų tyrimu termodinaminiu požiūriu cheminė termodinamika, kuri yra viena iš pagrindinių fizikinės chemijos šakų.

§ 3. Šiluma ir darbas

Judėjimo formų pokyčiai jam pereinant iš vieno kūno į kitą ir atitinkami energijos virsmai yra labai įvairūs. Paties judėjimo ir su juo susijusių energijos perėjimų formas galima suskirstyti į dvi grupes.

Pirmajai grupei priklauso tik viena judėjimo perėjimo forma chaotiškais dviejų gretimų kūnų molekulių susidūrimais, t.y. laidumu (o kartu ir spinduliavimu). Tokiu būdu perduodamo judesio matas yra karštis .

Antroji grupė apima įvairias judėjimo perėjimo formas, kurių bendras bruožas yra makroskopinių masių judėjimas, veikiant bet kokioms išorinėms jėgoms, turinčioms kryptingą pobūdį. Tokie yra kūnų kilimas gravitaciniame lauke, tam tikro elektros kiekio perėjimas iš didesnio elektrostatinio potencialo į mažesnį, dujų išsiplėtimas veikiant slėgiui ir kt. Bendras tokiomis priemonėmis perduodamo judesio matas yra Darbas .

Šiluma ir darbas kokybiškai ir kiekybiškai apibūdina dvi skirtingas judėjimo perdavimo iš vienos materialaus pasaulio dalies į kitą formas.

Judesio perdavimas yra sudėtingas materijos judėjimas, kurio dvi pagrindines formas išskiriame. Šiluma ir darbas yra šių dviejų sudėtingų materijos judėjimo formų matai, todėl jie turėtų būti laikomi energijos rūšimis.

Bendra šilumos ir darbo savybė yra ta, kad jie svarbūs tik tais laiko intervalais, kuriais šie procesai vyksta. Vykstant tokiems procesams, vienuose kūnuose mažėja judėjimas vienokiu ar kitokiu pavidalu ir mažėja atitinkama energija, o kituose kūnuose didėja judėjimas tokiomis pat ar kitokiomis formomis ir didėja atitinkamos energijos rūšys.

Mes nekalbame apie šilumos atsargas ar darbą bet kuriame kūne, o tik apie žinomo proceso šilumą ir darbą. Jį užbaigus, apie šilumos buvimą ar darbą kūnuose kalbėti nereikia.

§ 4. Šilumos ir darbo lygiavertiškumas

Klasikiniuose D. P. Joule (1842–1867) eksperimentuose buvo nustatytas pastovus ekvivalentinis šilumos ir darbo santykis jų tarpusavio perėjimų metu. Tipiškas Džaulio eksperimentas yra toks.

Džaulio įtaisas mechaniniam šilumos ekvivalentui nustatyti.

Svoriai, krentantys iš žinomo aukščio, suka į vandenį panardintą maišyklę kalorimetre (svoris ir kalorimetras su vandeniu sudaro termodinaminę sistemą.) Maišyklės menčių sukimasis vandenyje sukelia kalorimetro vandens įkaista; atitinkamas temperatūros kilimas yra kiekybiškai įvertinamas.

Baigus nurodytą procesą, sistema turi būti grąžinta į pradinę būseną. Tai galima padaryti per psichinę patirtį. Svoriai pakyla iki pradinio aukščio, o išorinis darbas eikvojamas, o tai padidina sistemos energiją. Be to, iš kalorimetro pašalinama šiluma (perduodama į aplinką), atvėsinant iki pradinės temperatūros. Šios operacijos grąžina sistemą į pradinę būseną, t. y. visos išmatuojamos sistemos savybės įgyja tokias pačias reikšmes, kokias turėjo pradinėje būsenoje. Procesas, kurio metu pasikeitė sistemos savybės ir kurio pabaigoje ji sugrįžo į pradinę būseną, vadinamas žiedinis (ciklinis) procesas arba ciklas .

Vienintelis aprašyto ciklo rezultatas – darbo pašalinimas iš sistemą supančios aplinkos ir šilumos, paimtos iš kalorimetro, perdavimas į šią aplinką.

Šių dviejų dydžių palyginimas, išmatuotas atitinkamais vienetais, rodo pastovų ryšį tarp jų, nepriklausomą nuo krūvio dydžio, kalorimetro dydžio ir specifinių šilumos bei darbo kiekių atliekant skirtingus eksperimentus.

Patartina šilumą ir darbą cikliškai rašyti kaip be galo mažų (elementarių) šilumos sumą (integralą)  K ir be galo mažus (elementarinius) darbus W, o pradinė ir galutinė integravimo ribos sutampa (ciklas).

Tada šilumos ir darbo ekvivalentiškumą cikliniame procese galima parašyti taip:

(aš, 1)

(I, 1) lygtyje ženklas reiškia integraciją per ciklą. Koeficiento pastovumas k atspindi šilumos ir darbo lygiavertiškumą ( k yra mechaninis šilumos ekvivalentas). Lygtis (I, 1) išreiškia energijos tvermės dėsnį konkrečiam, labai svarbiam darbo pavertimo šiluma atveju.

Joule'o, Rowlando (1880), Miculescu (1892) ir kt. tyrimuose buvo naudojami metalų trinties, smūgio, tiesioginio elektros srovės darbo pavertimo šiluma, kietųjų kūnų tempimo metodais ir kt. k visada pastovus eksperimentinės paklaidos ribose.

Toliau visada daroma prielaida, kad darbas ir šiluma, naudojant koeficientą k išreikštas tais pačiais vienetais (nesvarbu kokiais) ir koeficientu k eina žemyn.

§ 5. Vidinė energija

Neapvaliam procesui lygybė (I, 1) nesilaikoma, nes sistema negrįžta į pradinę būseną. Vietoj to galima parašyti ne apskrito proceso lygybes (neįskaitant koeficiento k):

≠

Kadangi integravimo ribos paprastai yra savavališkos, tada elementariesiems dydžiams W ir K:

K   W,

Vadinasi:

K – W  0

Pažymėkite skirtumą K – W bet kuriam elementariam termodinaminiam procesui per dU:

dU   K – W (aš, 2)

arba galutiniam procesui:


–
(I, 2a)

Grįžę prie žiedinio proceso, gauname (iš I lygties, 1):

=
–
= 0 (I, 3)

Taigi, vertė dU yra suminis tam tikros sistemos būsenos funkcijos skirtumas. Kai sistema grįžta į pradinę būseną (po ciklinio pasikeitimo), šios funkcijos reikšmė įgauna pradinę reikšmę.

Sistemos būsenos funkcijaU , apibrėžtos lygybės (aš, 2) arba (aš, 2a) vadinamasvidinė energija sistemos .

Akivaizdu, kad išraišką (I, 2a) galima parašyti taip:

= U 2 – U 1 = ∆ U = – (I, 2b)

U 2 – U 1 = ∆U = Q – W

Šis samprotavimas empiriškai pagrindžia tam tikros sistemos būsenos funkcijos buvimą, o tai reiškia bendrą visų sistemos judesių matą.

Kitaip tariant, vidinė energija apima molekulių transliacijos ir sukimosi energiją, molekulėje esančių atomų ir atomų grupių virpesių energiją, elektronų judėjimo energiją, intrabranduolinę ir kitų rūšių energiją, t.y. visų rūšių dalelių energijos visumą. sistemoje, išskyrus pačios sistemos potencialią ir kinetinę energiją.

Tarkime, kad ciklinis procesas buvo atliktas taip, kad sistemai grįžus į pradinę būseną, sistemos vidinė energija įgavo ne pradinę reikšmę, o padidėjo. Tokiu atveju žiedinių procesų pasikartojimas sukeltų energijos kaupimąsi sistemoje. Šią energiją būtų galima paversti darbu ir tokiu būdu gauti darbą ne šilumos sąskaita, o „iš nieko“, nes žiediniame procese darbas ir šiluma yra lygiaverčiai vienas kitam, tai rodo tiesioginiai eksperimentai. .

Negalėjimas užbaigti nurodyto kūrimo ciklo pirmosios rūšies perpetuum mobile (perpetuum mobile), kas duoda darbą neišleidžiant lygiavertės kitos rūšies energijos, įrodo neigiamas tūkstančių metų žmonijos patirties rezultatas. Šis rezultatas veda prie tos pačios išvados, kurią mes padarėme konkrečia, bet griežtesne forma analizuodami Joule eksperimentus.

Dar kartą suformuluosime gautą rezultatą. Visas sistemos energijos tiekimas (jos vidinė energija) dėl ciklinio proceso grįžta į pradinę vertę, t. y. sistemos, esančios duota būsena, turi vieną konkrečią reikšmę ir nepriklauso nuo to, kokius pakeitimus sistema patyrė prieš pasiekdama šią būseną.

Kitaip tariant, sistemos vidinė energija yra vienareikšmė, nuolatinė ir baigtinė sistemos būsenos funkcija.

Sistemos vidinės energijos kitimą lemia išraiška (I, 2b); išraiška (I, 3) galioja žiediniam procesui. Be galo mažai pasikeitus kai kurioms sistemos savybėms (parametrams), be galo kinta ir vidinė sistemos energija. Tai yra nuolatinės funkcijos savybė.

Termodinamikos ribose nereikia naudoti bendras apibrėžimas vidinės energijos samprata. Visiems tolesniems termodinaminiams samprotavimams ir išvadoms pakanka formalaus kiekybinio apibrėžimo per išraiškas (I, 2) arba (I, 2a).

Kadangi sistemos vidinė energija yra jos būsenos funkcija, tai, kaip jau minėta, vidinės energijos padidėjimas su be galo mažais sistemos būsenų parametrų pokyčiais yra suminis būsenos funkcijos diferencialas. Lygties (I, 3) integralo suskaidymas į du integralus kelio atkarpose nuo būsenos 1 iki valstybės 2 (kelias „a“) ​​(žr. I pav.) ir atvirkščiai – iš valstybės 2

išplėstinis kursas fizinis chemija 6 egzaminas Prieš įsisavinant discipliną „Išplėstinė fizinis chemija"turėtų būti... iki fizinis chemija. / Redagavo V.V. Budanova, N.K. Vorobjovas. – L.: Chemija, 1986. - 352 p. Praktinis darbasįjungta fizinis chemija ...

  • Darbo programa disciplinoje: „Organinė ir fizikinė chemija“ specialybei 060601 Medicininė biochemija, absolvento kvalifikacijos kodas (65 specialistas) ugdymo forma (nuolatinė)

    Darbo programa

    Sakykloje Bibliotekoje 1 Organiniai ir fizinis chemija(ekologiškas chemija, I dalis). V.A. Startseva, L.E. Nikitina, N.P. ... Sakykloje Bibliotekoje 1 Organiniai ir fizinis chemija(ekologiškas chemija, I dalis). V.A. Startseva, L.E. Nikitina, N.P. ...

  • Fizikinės chemijos egzaminas Nr.2

    dokumentas

    Egzaminas Nr.2 ant fizinis chemija 2 variantas Kokia temperatūra.... Egzaminas Nr.2 ant fizinis chemija 3 variantas Išvardykite fizikinius ir cheminius kiekius... Egzaminas Nr. 2 on fizinis chemija 12 variantas Nustatymo elektrodai. ...

  • Fizikinės chemijos kurso laboratorinių darbų metodinis vadovas Nr.4 Cheminės technologijos fakulteto ir Statybinių medžiagų mokslų fakulteto nuolatinių studijų studentams

    įrankių rinkinys

    PUSIAUSVYROS KONSTATINĖS VERTĖS fizinis chemija dažnai yra laboratorinis darbas, susijęs su ... p. 3. Petrovas N.A., Čerepanovas V.A. Yermishina Yu.A. Seminaras įjungtas fizinis chemija. įrankių rinkinys. Jekaterinburgas: leidykla...

  • Stojamojo egzamino į specialybę programa 02. 00. 04 "Fizinė chemija"

    Programa

    Pusiausvyra // M.: Metalurgija.-1988.-560 m. Na fizinis chemija/ MAN IR. Gerasimovas, V.P. Vairuotojas, E.I. Erminas ir kiti: iki ... .- 1980.- 180 m. Gorškovas B.I., Kuznecovas I.A. / Pagrindai fizinis chemija. 2-asis leidimas // M.: Maskvos universiteto leidykla...

    • Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą

    Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.

    Priglobta http://www.allbest.ru/

    Biudžetinė įstaiga vidurinė profesinis išsilavinimas

    Hantų-Mansi autonominis apygarda-Jugra

    „Sovietų profesinė kolegija“

    Pagrindiniai paskaitų konspektai

    įjungta akademinė disciplina: "EN.03 Chemija"

    specialybė: "260502 Maitinimo produktų technologija"

    „Fizinis ir koloidų chemija"

    anotacija

    Parengė: Ivanova L.V.

    Recenzentai:

    Polyanskaya T.V., natūralių disciplinų mokytoja, FGOU SPO "OKTES";

    Chudnovskaya VG, lektorius, chemijos disciplinų PUK pirmininkas.

    Paskaitų santrauka buvo sudaryta pagal federalinio valstybinio vidurinio profesinio išsilavinimo standarto (FSES) reikalavimus iki minimalaus disciplinos „EN.03 Chemija“ turinio, skirto vidutinio lygio specialistų rengimui: „260807 Viešojo maitinimo produktų technologija“.

    Darbas su pagrindiniais paskaitų konspektais prisideda prie perėjimo nuo įprasto aprašomojo fizikinių ir cheminių duomenų suvokimo prie kiekybinių vaizdų, t.y. lemia gilų ir teisingą jų supratimą ir dėl to koloidinėse ir kitose sistemose vykstančių procesų nuspėjamumą. Tai padeda profesionaliai, naudojant mokslinius fizikinės ir koloidinės chemijos pagrindus, plėtoti požiūrį į maisto gavimo, laikymo ir perdirbimo technologijas.

    Vadovas skirtas „EN.03 Chemija“ disciplinos studentų auditoriniam ir užklasiniam darbui organizuoti (1 skyrius „Fizikinė chemija“, 3 skyrius „Koloidinė chemija“).

    Įvadas

    1 skyrius. Fizinė chemija

    1.1 Pagrindinės termodinamikos sąvokos ir dėsniai. Termochemija

    1.1.1 Pagrindinės termodinamikos sąvokos

    1.1.2 Pirmasis termodinamikos dėsnis

    1.1.3 Termochemija

    1.1.4 Antrasis termodinamikos dėsnis

    1.2 Medžiagų suvestinės būsenos, jų charakteristikos

    1.2.1 Medžiagos dujinės būsenos charakteristikos

    1.2.2 Skystos medžiagos būsenos charakteristikos

    1.2.3 Kietosios medžiagos apibūdinimas

    1.3 Cheminė kinetika ir katalizė. Cheminė pusiausvyra

    1.3.1 Cheminės reakcijos greitis

    1.3.2 Katalizė ir katalizatoriai

    1.3.3 Cheminė pusiausvyra

    1.4 Tirpalo savybės

    1.4.1 bendrosios charakteristikos sprendimus

    1.4.2 Dujų tirpalai skysčiuose

    1.4.3 Abipusis skysčių tirpumas

    1.4.4 Kietųjų medžiagų tirpalai skysčiuose

    1.4.5 Difuzija ir osmozė tirpaluose

    1.4.6. Sočiųjų tirpalo garų slėgis

    1.4.7 Užšaldymo ir virimo tirpalai

    1.4.8 Elektrolitų tirpalų savybės

    1.5 Paviršiaus reiškiniai. Adsorbcija

    1.5.1 Adsorbcija, jos rūšys

    1.5.2 Adsorbcija tirpalo ir dujų sąsajoje

    1.5.3 Jonų mainų adsorbcija

    2 skyrius. Koloidų chemija

    2.1 Koloidinės chemijos dalykas. Dispersinės sistemos

    2.1.1 Bendrosios charakteristikos išsklaidytos sistemos

    2.1.2 Išsklaidytų sistemų klasifikavimas

    2.2 Koloidiniai tirpalai

    2.2.1 Įsigijimo būdai

    2.2.2 Koloidinės dalelės struktūra

    2.2.3 Koloidinių tirpalų savybės

    2.3 Šiurkščios sistemos

    2.3.2 Pakabos

    2.3.3 Emulsijos

    2.3.4 Aerozoliai

    2.4 Fiziniai ir cheminiai pokyčiai organinės medžiagos maisto produktai

    2.4.1 Baltymai, jų cheminė struktūra ir aminorūgščių sudėtis

    2.4.2 Angliavandeniai – didelės molekulinės masės polisacharidai

    2.4.4 Želė

    Bibliografinis sąrašas

    Įvadas

    Fizikinė chemija yra mokslas, tiriantis ryšį tarp cheminių ir fizinių medžiagų savybių, cheminių ir fizikinių reiškinių bei procesų.

    Tik remiantis fizikinės chemijos dėsniais galima suprasti ir įgyvendinti tai, kas įprasta įvairiose pramonės šakose. Maisto pramone procesai, tokie kaip garinimas, kristalizacija, džiovinimas, sublimacija, atskyrimas, distiliavimas, ekstrahavimas ir tirpinimas. Be fizikinės chemijos metodų išmanymo neįmanoma technologinė maisto gamybos kontrolė: drėgmės, rūgštingumo, cukrų, baltymų, riebalų, vitaminų ir kt.

    Fizinės chemijos įkūrėjas yra M.V. Lomonosovas. Jis 1752-1754 m. Jis buvo pirmasis mokslininkas, suteikęs studentams fizikinės chemijos kursą. Kurso skaitymą lydėjo eksperimentų ir laboratorinių darbų demonstravimas. Lomonosovas pirmasis pasiūlė terminą „fizinė chemija“ ir jį davė mokslinė disciplina toks apibrėžimas: „Fizinė chemija yra mokslas, kuris, remiantis fizikos nuostatomis ir eksperimentais, paaiškina, kas vyksta mišriuose kūnuose atliekant chemines operacijas“. Taigi, M. V. Lomonosovas fizikinę chemiją laikė mokslu, skirtu fiziškai paaiškinti cheminių procesų esmę.

    M.V. Lomonosovas parašė pirmąjį pasaulyje fizikinės chemijos vadovėlį. Didysis mokslininkas atrado materijos ir energijos tvermės dėsnį, absoliutaus nulio egzistavimo doktriną, dujų kinetinę teoriją, nemažai tirpalų tyrimo darbų sudarė besiformuojančios fizikinės chemijos pagrindą. iki jo formavimosi į savarankišką mokslą. Atskyrimo į atskirą mokslą laikotarpis truko daugiau nei 100 metų. Fizinės chemijos kurso per tą laiką nė vienas mokslininkas neskaitė.

    Viena iš savarankišku mokslu tapusios fizikinės chemijos šakų yra koloidinė chemija.

    koloidų chemija yra mokslas, tiriantis nevienalyčių labai dispersinių sistemų ir polimerų tirpalų savybes.

    Kulinariniai procesai: baltymų krešėjimas (termiškai apdorojant mėsą, žuvį, kiaušinius ir kt.), stabilių emulsijų gavimas (daug padažų), putos (plakimas, baltymai, putėsiai), drebučių brandinimas (duonos kietėjimas, skysčio atskyrimas). iš želė, želė ir kt.), adsorbcija (sultinių nuskaidrinimas) - nurodo koloidinius procesus. Jie yra visos maisto gamybos pagrindas.

    Aplinkos apsaugos priemonių pagrindas yra fizikinės ir koloidinės chemijos dėsniai. Paprastai, nuotekų, gamyklos kamino dūmai – taip pat koloidinės sistemos. Šių koloidinių sistemų naikinimo metodai yra pagrįsti fizikinės koloidinės chemijos dėsniais.

    1 skyrius. Fizinė chemija

    1. 1 Pagrindinistermodinamikos sąvokos ir dėsniai. Terminasapiechemija

    1.1.1 Pagrindinės termodinamikos sąvokos

    Termodinamika– mokslas, tiriantis bendruosius abipusio energijos virsmo iš vienos formos į kitą dėsnius.

    Cheminė termodinamika kiekybiškai įvertina įvairių procesų šiluminį poveikį, paaiškina esminę spontaniško cheminių reakcijų srauto galimybę ir sąlygas, kuriomis cheminės reakcijos gali būti pusiausvyros būsenoje.

    Termodinamikos tyrimo objektas yra sistema– kūnas arba kūnų grupė, faktiškai arba psichiškai atskirti nuo aplinkos. Sistema gali būti vadinama mineraliniu kristalu, bet kokios medžiagos tirpalu inde, dujomis cilindre ir t.t.

    Sistema vadinama termodinaminis, jei tarp ją sudarančių kūnų, gali vykti šilumos, materijos mainai ir jei sistema visiškai aprašyta termodinaminiais parametrais.

    Sistemų tipai (priklausomai nuo sąveikos su aplinka pobūdžio)

    atviras

    Uždaryta

    Izoliuotas

    Jis keičiasi energija ir medžiaga su aplinka.

    Jis negali keistis medžiaga su aplinka, bet gali keistis energija ir dirbti su ja.

    Jis nesikeičia medžiaga ir energija su aplinka. Sistemos viduje gali vykti šilumos perdavimas, abipusės energijos transformacijos, koncentracijos išlyginimas, tačiau vidinė sistemos energija išlieka pastovi.

    Atvira kolba, kurioje yra tirpalas, iš kurio gali išgaruoti tirpiklis ir kurį galima šildyti ir atvėsinti.

    Sandariai uždaryta kolba su medžiaga.

    Reakcija vyksta termostate.

    Sistema gali būti vienalytis- susideda iš vienos fazės (oro, kristalo, druskos) ir nevienalytis- susideda iš kelių fazių (ledas-vanduo, vanduo-benzenas).

    Fazė- nevienalytės sistemos dalis, atskirta sąsajomis ir pasižyminti tomis pačiomis fizinėmis savybėmis visuose jos taškuose.

    Aplinka yra viskas, kas tiesiogiai ar netiesiogiai liečiasi su sistema. Visuotinai pripažįstama, kad aplinka yra tokio didelio dydžio, kad jai perduodama arba gauta šiluma nekeičia jos temperatūros.

    Termodinaminės sistemos būseną lemia masė, tūris, slėgis, sudėtis, šiluminė talpa ir kitos charakteristikos, kurios vadinamos. būsenos parametraiašnia.

    Jei sistemos būsenos parametrai laikui bėgant nekinta, tai tokia būsena laikoma pusiausvyra. Pusiausvyros termodinaminėje sistemoje būsenos parametrus jungia tam tikros matematinės lygtys – būsenos lygtys (pavyzdžiui, idealių dujų būsenos Klaiperono-Mendelejevo lygtis).

    Parametrai, kuriuos galima tiesiogiai išmatuoti, vadinami pagrindiniai valstybės parametrai. Būsenos parametrai, kurių negalima tiesiogiai išmatuoti (vidinė energija, entalpija, entropija, termodinaminiai potencialai), laikomi pagrindinių parametrų funkcijostgriovio valstybė.

    termodinamiškaieprocesass- sistemos būsenos parametrų pokyčiai:

    izoterminis (T=const);

    · izobarinis (Р=const);

    Izochorinis (V=const).

    Visi gamtoje esantys kūnai, nepriklausomai nuo agregacijos būklės, turi tam tikrą rezervą vidinė energija.

    Energija susideda iš molekulių kinetinės energijos, įskaitant transliacinio ir sukimosi judėjimo energiją, atomų judėjimo į molekules energiją, elektronų atomuose, intrabranduolinę energiją, dalelių sąveikos energiją ir kt. Paties kūno kinetinė ir potencinė energija neįeina į vidinę energiją. Vidinė energija yra būsenos funkcija. Vidinės energijos absoliučios vertės nustatyti negalima, galima išmatuoti tik vidinės energijos (U) pokytį. Vidinės energijos pokytis nepriklauso nuo pereinamojo kelio, o priklauso tik nuo pradinės ir galutinės sistemos būsenų.

    Šiluma (Q)(arba terminis proceso efektas) – kiekybinė energijos, kurią sistema šio proceso metu gauna (išduoda) iš aplinkos, charakteristika. Šiluma – energijos perdavimo forma, realizuojama keičiant dalelių (atomų, molekulių) šiluminio (chaotiško) judėjimo kinetinę energiją. Jei procesą lydi energijos perdavimas iš aplinkos į sistemą, jis vadinamas endoterminė, kitaip - egzoterminis. Bet kokia egzoterminė reakcija į priekį tampa endotermine, jei ji vyksta priešinga kryptimi, ir atvirkščiai.

    Darbas (A), atliekama sistemos, yra dėl sistemos sąveikos su išorine aplinka, dėl kurios įveikiamos išorinės jėgos, t.y. darbas yra viena iš energijos mainų su aplinka formų ir tarnauja kaip kiekybinė perduodamos energijos charakteristika, o energijos perdavimas realizuojamas tvarkingu (organizuotu) molekulių judėjimu, veikiant tam tikrai jėgai.

    1.1. 2 Pirmasis termodinamikos dėsnis

    Tai universalus gamtos dėsnis, energijos tvermės ir transformacijos dėsnis, atitinkantis pagrindinę dialektinio materializmo poziciją apie judėjimo amžinumą ir nesunaikinamumą. Pirmą kartą šį dėsnį 1842 m. suformulavo iškilus vokiečių fizikas J. Meyeris.

    Energija neišnyksta ir neatsiranda iš nieko, o tik transformuojasi iš vienos formos į kitą griežtai lygiaverčiais santykiais.

    Priklausomai nuo sistemos tipo, pirmasis termodinamikos dėsnis turi skirtingas formuluotes.

    Uždarai sistemai šis termodinamikos dėsnis nustato ryšį tarp sistemos gaunamos arba išleidžiamos šilumos tam tikrame procese, sistemos vidinės energijos pokyčio ir šiuo atveju atliekamo darbo.

    Izoliuotoje sistemoje vidinė energijaRgia yra pastovi, t.y. U=0.

    Jeigu šiluma Q tiekiama į uždarą sistemą, tai ši energija išsisklaidoapiepouts, kad padidintų vidinę sistemos energiją U ir padarius siSudarbo tema A prieš išoręwjos aplinkos jėgos:

    Izobarinėmis-izoterminėmis sąlygomis, kuriomis funkcionuoja gyvi organizmai:

    kur: p - išorinis slėgis,

    V - sistemos tūrio pokytis.

    (1.2) pakeičiame į (1.1).

    Qр = U+рV = (U pabaiga – U pradžia) + (рV pabaiga – рV pradžia) = (U pabaiga + рV pabaiga) – (U pabaiga + рV pradžia) (1.3)

    Sistemos vidinės energijos ir tūrio bei slėgio sandaugos (U + pV) suma vadinama entalpija (N) - termodinaminė funkcija, apibūdinanti sistemos energetinę būseną izobarinėmis-izoterminėmis sąlygomis. Šiuo būdu:

    Entalpija yra visų rūšių energijos, sukoncentruotos tam tikroje sistemoje, suma, įskaitant dalelių mechaninę energiją, kuri plėtimosi metu gali pasireikšti darbo forma. Cheminės reakcijos ir fizikiniai-cheminiai procesai gali vykti išskiriant ir absorbuojant energiją. Jie skirstomi į egzoterminius ir endoterminius.

    Procesai, kurių metu išsiskiria šiluma, vadinami egzoterminisir, procesai, vykstantys sugeriant šilumą, - endoterminėenugriebti.

    Egzoterminiuose procesuose entalpija mažėja (H con H start), todėl:

    ДH = (H pabaiga - H pradžia);

    Endoterminiuose procesuose entalpija didėja (H con H start), todėl:

    ДH = (H pabaiga – H pradžia) 0,

    Sistemos entalpija priklauso nuo slėgio, temperatūros ir medžiagos kiekio.

    Izobarinėmis-izoterminėmis sąlygomis cheminės reakcijos metu išsiskiriantis arba absorbuojamas šilumos kiekis apibūdinamas entalpijos pasikeitimu ir vadinamas reakcijos entalpija H. Reakcijos entalpijos pokytis, nustatytas ties standartinėmis sąlygomis, vadinamas standartine reakcijos entalpija ir žymimas H 0.

    Reakcijos entalpija, t.y. terminis reakcijos efektas priklauso tik nuo pradinių medžiagų ir galutinių produktų pobūdžio bei būsenos ir nepriklauso nuoirsietas iš kelio, iki ikiapieį kurią vyksta reakcija.

    Standartinės sąlygos:

    Medžiagos kiekis yra 1 mol;

    slėgis 760 mm. rt. Art. arba 101,325 kPa;

    temperatūra 298 0 K arba 25 0 C.

    1.1. 3 Termochemija

    Cheminis lygtis, kuris nurodo reakcijos entalpijos (arba šiluminio efekto) reikšmę, vadinamas termocheminis.

    Termochemijoje naudojamos termocheminės lygtys. Termochemija nustato cheminės reakcijos terminį poveikį ir perėjimą iš vienos būsenos į kitą. Termocheminė lygtis nuo cheminės skiriasi tuo, kad termocheminės lygtys nurodo reakcijos absoliučią reikšmę ir terminio efekto ženklą, kuris yra susijęs su vienu moliu pradinės arba gautos medžiagos, todėl stechiometriniai koeficientai termocheminėse lygtyse gali būti trupmeninis. Termocheminėse lygtyse taip pat pažymima agregacijos būsena ir kristalinė forma.

    Reakcijos entalpiją galima nustatyti ir eksperimentiškai, ir skaičiuojant naudojant cheminėje reakcijoje dalyvaujančių medžiagų susidarymo entalpijas, pagrįstas Heso dėsnis(1840):

    Termocheminiuose skaičiavimuose didelę reikšmę turi pasekmių iš Heso dėsnio:

    1 pasekmė. Reakcijos entalpija yra lygi skirtumui tarp produktų ir pradinių medžiagų susidarymo entalpijų algebrinės sumos, atsižvelgiant į stechiometrinius koeficientus reakcijos lygtyje.

    2 pasekmė. Tiesioginės realizavimo entalpija skaitine prasme yra lygi atvirkštinės reakcijos entalpijai, bet su priešingu ženklu.

    1.1. 4 Antrasis termodinamikos dėsnis

    Tai turi šias formuluotes:

    Šilumos perdavimas iš šalto kūno į karštą siejamas su kompensacija, t.y. su poreikiu atlikti papildomas darbo sąnaudas, kurios galiausiai virsta šiluma, kurią sugeria karštas kūnas (pavyzdžiui, namų šaldytuve šiluma perduodama iš daiktų į prietaiso dalis, o po to į orą. Šis perkėlimas reikalauja išlaidų elektros energijos). Vadinami procesai, kurių įgyvendinimas siejamas su kompensavimu negrįžtamasirmano.

    Savaiminis (natūralus, spontaniškas) energijos perėjimas (šilumos pavidalu) iš mažiau įkaitinto kūno į labiau įkaitusį yra neįmanomas.eprie to.

    Pavyzdžiui, vandenyno šilumą iš principo galima paversti darbu (pagal pirmąjį termodinamikos dėsnį), bet tik esant atitinkamam šaldytuvui (pagal antrąjį termodinamikos dėsnį).

    Neįmanoma sukurti antrojo tipo amžinojo judesio mašinos.

    Kalbant apie chemines reakcijas (esant P, T = const), ši padėtis išreiškiama tokia matematine lygtimi:

    H = G + TS arba G = H - TS, (1,5)

    čia H yra reakcijos terminis poveikis, pastebėtas jos negrįžtamo srauto metu;

    G – keistis Gibbs nemokama energija(laisva energija esant pastoviam slėgiui) arba izobarinio-izoterminio potencialo pokytis, tai yra, tai yra didžiausia sistemos energijos dalis, kuri tam tikromis sąlygomis gali virsti naudingu darbu. Esant G 0 reakcija vyksta spontaniškai.

    Net ir esant grįžtamai reakcijai, tik dalis proceso šilumos gali patekti į darbą. Kita dalis, nekonvertuota į pabot, tuo pačiu metu perduodamas iš labiau šildomų į šaltesnes sistemos dalisemes.

    Funkcija S, įtraukta į (1.5) lygtį, vadinama įrašasapieTUI.

    Entropija yra kiekvienos konkrečios stacionarios būsenos funkcija ir nepriklauso nuo naujos būsenos pasiekimo kelio (pavyzdžiui, kokius tarpinius etapus pereina sistema, pereidama iš 1 būsenos į 2 būseną).

    Produktas TS yra perduota šiluma (Q), kurios negalima paversti darbu net esant grįžtamai reakcijos eigai ("surištos energijos" reikšmė). Šis produktas parodo vidinės energijos kiekį, prarastą šilumos pavidalu:

    TS = Q arba S = Q/T, (1,6)

    Sistemos entropijos pokytis reakcijos metu, lygus sistemai perduodamai šilumai, padalytai iš absoliučios temperatūros, kurioje sistema gauna (išduoda) šią šilumą.

    Be termodinaminio potencialo – Gibso laisvosios energijos G, termodinamikoje, kaip pagalbinė procesų aprašymo funkcija, taip pat didelę reikšmę turi kitas įvestas termodinaminis potencialas – nemokama energija Helmholcas F(laisvoji energija esant pastoviam tūriui) arba izochorinis-izoterminis potencialas:

    F = U – TS (V, T = const) (1,7)

    Spontaniški procesai gali sukelti darbą. Pusiausvyra atsiranda, kai ši galimybė išnaudojama. Kadangi neigiami F ir G pokyčiai atitinka spontaniškus procesus, funkcijos G (esant P, T=const) arba funkcijos F (esant V, T=const) pokyčio ženklas parodys spontaniškos reakcijos galimybę arba negalimumą. Jei šių funkcijų pokyčiai sistemos būsenose 1 ir 2 yra lygūs nuliui, tada sistema yra pusiausvyroje.

    Entropija nuo kitų sistemos būsenos parametrų (P, T, V) skiriasi tuo, kad jos skaitinė reikšmė ir pokyčio reikšmė negali būti tiesiogiai išmatuojama ir gali būti gaunama tik netiesiogiai, skaičiuojant. Norint apskaičiuoti reakcijos entropiją S aA + bB = cC = dD, reikia atimti kairėje lygties pusėje esančių medžiagų entropijų sumą iš medžiagų, esančių dešinėje lygties pusėje, entropijų sumos. lygtis (atsižvelgiant į stechiometrinius koeficientus). Taigi, standartinėmis sąlygomis:

    S 0 298 K = S 0 298 K (produktai) – S 0 298 K (reagentai), (1,8)

    Izoliuotoje sistemoje spontaniškai gali vykti tik tie procesai, kurie yra susiję su entropijos padidėjimu, t.y. sistema pereina iš mažiau tikėtinos būsenos į labiau tikėtiną ir pasiekia tokią makroskopinę būseną, kuri atitinka nedidelį mikroskopinių būsenų skaičių. Kitaip tariant, procesai yra spontaniški, kai galima realizuoti galutinę būseną didelis skaičius mikrobūsenos ir entropija yra sistemos siekio pasiekti pusiausvyrą matas. Tokius procesus turi lydėti entropijos padidėjimas.

    Klausimai savikontrolei:

    1. Kokius esminius klausimus sprendžia cheminė termodinamika?

    2. Kas vadinama sistema, termodinamine sistema?

    3. Kas vadinami būsenos parametrais? Kokie yra valstybės variantai?

    4. Kas vadinama termodinaminiu procesu?

    5. Kaip suformuluojamas pirmasis termodinamikos dėsnis?

    6. Koks entalpijos ir vidinės sistemos energijos santykis?

    7. Kokia yra standartinė formavimosi entalpija?

    8. Kas skiriasi chemines lygtis nuo termocheminio?

    9. Kas lemia antrąjį termodinamikos dėsnį?

    10. Ką reikia žinoti, norint nustatyti esminę konkrečios reakcijos galimybę tam tikromis sąlygomis?

    11. Kokie termodinaminiai veiksniai lemia cheminių reakcijų kryptį?

    12. Kaip spontaniškai vykstančiame procese keičiasi izobarinis-izoterminis ir izochorinis-izoterminis potencialas?

    1. 2 Medžiagų agregatinės būsenos, jų charakteristikos

    Priklausomai nuo išorinės sąlygos(temperatūra ir slėgis), kiekviena medžiaga gali būti vienoje iš trijų agregacijos būsenų: sunkus, gyvasdcom arba dujinis.Šios būsenos vadinamos agregatinės būsenos.Kai kurioms medžiagoms būdingos tik dvi ar net viena agregacijos būsena. Pavyzdžiui, naftalenas, jodas, kaitinant normaliomis sąlygomis, iš kietos būsenos į dujinę būseną, apeinant skystąją būseną. Tokios medžiagos kaip baltymai, krakmolas, kaučiukai, turinčios didžiules makromolekules, negali egzistuoti dujinėje būsenoje.

    Dujos neturi pastovios formos ir pastovaus tūrio. Skysčiai turi pastovų tūrį, bet neturi pastovios formos. Kietosioms medžiagoms būdingas formos ir tūrio pastovumas.

    1.2. 1 Medžiagos dujinės būsenos pobūdis

    Dujoms būdingos šios savybės:

    Vienodas viso numatyto tūrio užpildymas;

    Mažas tankis, palyginti su skystu ir kietosios medžiagos ir didelis difuzijos greitis;

    Palyginti lengvas suspaudžiamumas.

    Šias savybes lemia tarpmolekulinės traukos jėgos ir atstumas tarp molekulių.

    Dujose molekulės yra labai nutolusios viena nuo kitos, traukos jėgos tarp jų yra nereikšmingos. Esant žemam slėgiui, atstumai tarp dujų molekulių yra tokie dideli, kad, palyginti su jomis, galima nepaisyti molekulių dydžio ir, atitinkamai, molekulių tūrio bendrame dujų tūryje. Esant dideliems atstumams tarp molekulių, tarp jų praktiškai nėra traukos jėgų. Tokios būsenos dujos vadinamos puikus.Esant normalioms sąlygoms T \u003d 273 0 K (0 0 C) ir p \u003d 101,325 kPa, tikrosios dujos, neatsižvelgiant į prigimtį, gali būti laikomos idealiomis ir joms taikomos. lygtis yraašidealus gauž (Klaiperono lygtis-Mendelejevas):

    kur P yra dujų slėgis,

    V yra dujų tūris,

    Medžiagos kiekis

    R - universali dujų konstanta (SI vienetais R \u003d 8,314 J / molK),

    T yra absoliuti temperatūra.

    Tikros dujos esant aukštam slėgiui ir žemai temperatūrai nepaklūsta idealių dujų būsenos lygčiai, nes tokiomis sąlygomis pradeda reikštis sąveikos jėgos tarp molekulių ir nebegalima nepaisyti vidinio molekulių tūrio, palyginti su jų tūriu. kūnas. Norint matematiškai apibūdinti tikrų dujų elgseną, naudojama lygtis van der Waalsas:

    (p + n 2 a/V 2) (V – nb) = vRT, (2.2)

    kur a ir b yra konstantos,

    a / V 2 - abipusio patrauklumo korekcija,

    b yra vidinio molekulių tūrio korekcija,

    n yra dujų molių skaičius.

    Didėjant slėgiui ir mažėjant temperatūrai, atstumai tarp molekulių mažėja, o sąveikos jėgos didėja taip, kad medžiaga iš dujinės būsenos gali pereiti į skystą. Kiekvienai dujoms yra riba kritinė temperatūra, virš kurio dujos negali būti suskystintos esant jokiam slėgiui. Slėgis, reikalingas dujoms suskystinti esant kritinei temperatūrai, vadinamas kritinis spaudimas, ir vieno molio dujų tūris tokiomis sąlygomis kritinis tūrisemama.

    Ryžiai. 1. Tikros dujų izotermos

    Dujų būsena esant kritiniams parametrams vadinama kritiškai suapiestovint.Kritinėje būsenoje išnyksta skirtumas tarp skysčio ir dujų, jie turi tas pačias fizines savybes.

    Dujų perėjimas į skystį gali būti parodytas grafiškai. 1 paveiksle parodytas grafinis tūrio ir slėgio ryšys esant pastoviai temperatūrai. Tokios kreivės vadinamos išapieterminai. Izotermas galima suskirstyti į tris dalis: AB, BC, CD esant žemai temperatūrai. AB - atitinka dujinę būseną, BC - atitinka dujų perėjimą į skystį, CD - apibūdina skystą būseną. Kylant temperatūrai atkarpa BC mažėja ir virsta vingio tašku K, vadinamu kritinis taškas.

    Suskystintos dujos puikiai pritaikomos pramonėje. Skystas CO 2 naudojamas vaisių ir mineralinių vandenų gazavimui, putojantiems vynams gaminti. Skystas SO 2 naudojamas kaip dezinfekavimo priemonė pelėsiams naikinti rūsiuose, rūsiuose, vyno statinėse, fermentacijos rezervuaruose. Skystas azotas plačiai naudojamas medicinoje ir biologijoje, norint gauti žemą temperatūrą konservuojant ir užšaldant kraują bei biologinius audinius. Suskystintas dujas patogiau transportuoti.

    1.2. 2 Skystos medžiagos būsenos charakteristikos

    Skirtingai nuo dujų, tarp skysčių molekulių veikia gana didelės abipusės traukos jėgos, o tai lemia savitą molekulinio judėjimo pobūdį. Skysčio molekulės šiluminis judėjimas apima svyruojančius ir transliacinius judesius. Kiekviena molekulė tam tikrą laiką svyruoja aplink tam tikrą pusiausvyros tašką, tada juda ir vėl užima naują pusiausvyros padėtį. Tai lemia jo sklandumą. Tarpmolekulinės traukos jėgos neleidžia molekulėms judėti toli viena nuo kitos. Bendras molekulių traukos efektas gali būti pavaizduotas kaip vidinis skysčių slėgis, kuris pasiekia labai aukštas vertes. Tai paaiškina tūrio pastovumą ir praktinį skysčių nesuspaudžiamumą, nors jie lengvai įgyja bet kokią formą.

    Skysčių savybės taip pat priklauso nuo molekulių tūrio, jų formos ir poliškumo. Jei skystos molekulės yra polinės, tada dvi ar daugiau molekulių susijungia (asocijuojasi) į sudėtingą kompleksą. Tokie skysčiai vadinami bendradarbisapievonios kambariai skysčių. Susiję skysčiai (vanduo, acetonas, alkoholiai) turi aukštesnę virimo temperatūrą, mažesnį lakumą ir didesnę dielektrinę konstantą. Pavyzdžiui, etilo alkoholis ir dimetilo eteris turi tą pačią molekulinę formulę (C 2 H 6 O). Alkoholis yra susijęs skystis ir verda aukštesnėje temperatūroje nei dimetilo eteris, kuris yra nesusijęs skystis.

    Skysta būsena pasižymi tokiomis fizinėmis savybėmis kaip plotklampumas, paviršiaus įtempimas.

    Paviršiaus įtempimas.

    Molekulių būsena paviršiniame sluoksnyje labai skiriasi nuo molekulių būsenos skysčio gylyje. Apsvarstykite paprastą atvejį – skysčio – garų (2 pav.).

    Ryžiai. 2. Tarpmolekulinių jėgų poveikis sąsajai ir skysčio viduje

    Ant pav. 2, molekulė (a) yra skysčio viduje, molekulė (b) yra paviršiniame sluoksnyje. Aplink juos esančios sferos yra atstumai, per kuriuos tęsiasi aplinkinių molekulių tarpmolekulinės traukos jėgos.

    Molekulę (a) tolygiai veikia tarpmolekulinės jėgos iš aplinkinių molekulių, todėl tarpmolekulinės sąveikos jėgos yra kompensuojamos, šių jėgų rezultantas lygus nuliui (f=0).

    Garų tankis yra daug mažesnis nei skysčio tankis, nes molekulės yra toli viena nuo kitos. Todėl paviršinio sluoksnio molekulės beveik nepatiria šių molekulių traukos jėgos. Visų šių jėgų rezultatas bus nukreiptas į skysčio vidų statmenai jo paviršiui. Taigi skysčio paviršiaus molekulės visada yra veikiamos jėgos, kuri linkusi jas traukti ir taip sumažinti skysčio paviršių.

    Norint padidinti skysčio sąsają, reikia išleisti darbą A (J). Darbas, kurio reikia norint padidinti sąsają S 1 m 2, yra paviršiaus energijos matas arba paviršiaus įtempimas.

    Taigi paviršiaus įtempis d (J / m 2 \u003d Nm / m 2 \u003d N / m) yra nekompensuotų tarpmolekulinių jėgų paviršiaus sluoksnyje rezultatas:

    q = F/S (F – paviršiaus energija) (2.3)

    Yra daug būdų, kaip nustatyti paviršiaus įtempimą. Labiausiai paplitęs yra stalagmometrinis metodas (lašų skaičiavimo metodas) ir didžiausio dujų burbuliukų slėgio metodas.

    Taikant rentgeno spindulių difrakcinės analizės metodus, nustatyta, kad skysčiuose yra tam tikras tvarkingumas molekulių erdviniame išdėstyme atskiruose mikrotūriuose. Prie kiekvienos molekulės stebima vadinamoji trumpojo nuotolio tvarka. Tam tikru atstumu nuo jo šis dėsningumas pažeidžiamas. Ir visame skysčio tūryje nėra dalelių išdėstymo tvarkos.

    Ryžiai. 3. Stalagmometras 4. Viskozimetras

    Klampumas h (Pa s) - savybė atsispirti vienos skysčio dalies judėjimui kitos atžvilgiu. AT praktinis gyvenimasžmogus susiduria su daugybe įvairių skysčių sistemų, kurių klampumas yra skirtingas – vanduo, pienas, augaliniai aliejai, grietinė, medus, sultys, melasa ir kt.

    Skysčių klampumą lemia tarpmolekulinis poveikis, kuris riboja molekulių judrumą. Tai priklauso nuo skysčio pobūdžio, temperatūros, slėgio.

    Klampumas matuojamas prietaisais, vadinamais viskozimetrais. Viskozimetro ir klampumo nustatymo metodo pasirinkimas priklauso nuo tiriamos sistemos būklės ir jos koncentracijos.

    Mažo klampumo arba mažos koncentracijos skysčiams plačiai naudojami kapiliarinio tipo viskozimetrai.

    1.2. 3 Kietosios medžiagos charakteristikos

    Kietosios medžiagos, skirtingai nei skysčiai ir dujos, išlaiko savo formą. Patrauklios jėgos tarp dalelių, sudarančių kietą kūną, yra tokios didelės, kad jos negali laisvai judėti viena kitos atžvilgiu, o tik svyruoja aplink kokią nors vidurinę padėtį.

    Visos kietosios dalelės skirstomos į kristalinis ir amorfinis.Kristoliniuose kūnuose dalelės išsidėsto tam tikra kiekvienai medžiagai būdinga tvarka, ir ši tvarka apima visą tūrį. Visame amorfinio kūno tūryje nėra dalelių išdėstymo tvarkos. Šiuo požiūriu amorfiniai kūnai gali būti laikomi neįprastai didelio klampumo skysčiais.

    Labai dažnai amorfinės ir kristalinės formos yra skirtingos tos pačios medžiagos būsenos. Taigi silicio dioksidas gamtoje randamas tiek kvarco kristalų (uolienų kristalų) pavidalu, tiek amorfine forma - mineraliniu titnagu. Žinoma kristalinė ir amorfinė anglis.

    Kristalinė forma yra stabiliausia, medžiagos palaipsniui pereina iš amorfinės būsenos į kristalinę. Įprastomis sąlygomis šis procesas yra labai lėtas, pakilus temperatūrai, jis gali paspartėti. Pavyzdžiui, cukrus gali būti kristalinio (granuliuoto cukraus, vienkartinio cukraus) ir amorfinio (karamelinio) būsenos. Laikui bėgant karamelė gali kristalizuotis, o tai nepageidautina konditerijos pramonėje. kinetika adsorbcija dispersinis koloidinis

    Dalelių ir kristalinių kūnų erdvinio išdėstymo tvarka - kristalinė ląstelė- nustato išorinius kristalinės būsenos požymius. Tai apima: 1) apibrėžtą ir ryškią lydymosi temperatūrą; 2) tam tikra pavienių kristalų geometrinė forma; 3) anizotropija.

    Klausimai savikontrolei:

    Kokiomis sąlygomis tikrų dujų savybės priartėja prie idealių dujų?

    Ar įmanoma suspausti tikras dujas neribotą laiką?

    Ką fizinę reikšmę konstantos realių dujų būsenos lygtyje?

    Ar įmanoma, žinant temperatūrą ir slėgį, nustatyti molekulių skaičių tūrio vienete?

    Kas lemia mažą skysčių suspaudžiamumą?

    Kaip vandenilio jungties susidarymas tarp molekulių veikia skysčio savybes?

    Kaip galima paaiškinti paviršiaus įtempimo ir klampumo mažėjimą didėjant temperatūrai?

    Kaip atskirti kristalinę kietą medžiagą nuo amorfinės?

    Koks pagrindinis skirtumas tarp kristalinių ir amorfinių kūnų?

    1. 3 Cheminė kinetika ir katalizė.Cheminė pusiausvyra

    1.3.1 Cheminės reakcijos greitis

    Kinetika- cheminių reakcijų greičio ir mechanizmo tyrimas.

    Cheminės reakcijos greičio klausimas turi didelę praktinę ir teorinę reikšmę. Nuo reakcijos greičio priklauso organizme vykstančių biocheminių procesų eiga, maisto produktų fizikiniai ir cheminiai pokyčiai termiškai apdorojant, gamyklinės įrangos veikimas.

    Cheminių procesų greitį galima kontroliuoti keičiant jų atsiradimo sąlygas. Kai kuriais atvejais, norint gauti daugiau produkto per laiko vienetą, pageidautina suintensyvinti procesą. Kartais reikia sumažinti cheminės reakcijos greitį, pavyzdžiui, sulėtinti maisto produktuose esančių riebalų oksidaciją. Visos šios problemos gali būti išspręstos taikant cheminės kinetikos dėsnius.

    Greitoji reakcija- reaguojančių medžiagų koncentracijos pokytis per laiko vienetą.

    kur c yra reagentų koncentracijos pokytis,

    t - laiko intervalas.

    Nustatoma greitųjų cheminių reakcijų priklausomybė nuo koncentracijos masinių veiksmų dėsnis, atviras empirinis būdas K.M. Guldbergas ir P. Waage'as 1867 m.

    Reakcijai aA + bB = C

    čia: A ir B yra reagentų koncentracijos,

    a ir b yra lygties koeficientai,

    k - proporcingumo koeficientas, vadinamas greičio konstanta, priklausomai nuo reagentų pobūdžio ir temperatūros.

    Cheminės reakcijos greitis yra proporcingas pabaigos sandaugainreagentų trupmenos, paimtos galiomis, lygiomisapiekoeficientai rea lygtyjeįcijos.

    Reakcijos greičio konstanta skaičiais lygus reakcijos greičiui, kai reaguojančių medžiagų koncentracija lygi vienetui.

    Veiksniai, turintys įtakos cheminės reakcijos greičiui:

    reaguojančių medžiagų pobūdis;

    reagentų koncentracija;

    · temperatūra;

    slėgis (dujoms);

    reagentų sąlyčio plotas;

    katalizatoriaus buvimas.

    Didėjant temperatūrai, didėja molekulių judėjimo greitis, taigi ir susidūrimų tarp jų skaičius per laiko vienetą.

    Temperatūros įtaka cheminės reakcijos greičiui paklūsta van't Hoffo taisyklei.

    Kiekvienam 10 laipsnių temperatūros padidėjimui,bDauguma reakcijų padidėja 2-4 kartus.

    Skaičius, rodantis, kiek kartų tam tikros reakcijos greitis padidėja temperatūrai pakilus 10 laipsnių, vadinamas temperatūra ikiapiereakcijos faktorius. Matematiškai ši priklausomybė išreiškiama santykiu:

    kur - temperatūros koeficientas reakcijos,

    ir 0 - reakcijos greitis pradinėje (t 1) ir galutinėje (t 2) temperatūroje;

    t - temperatūros pokytis t 2 - t 1.

    Van't Hoff taisyklė yra apytikslė ir gali būti taikoma reakcijoms, vykstančioms nuo 0 iki 300 laipsnių temperatūroje ir nedideliame temperatūrų diapazone. Kylant temperatūrai, reakcijos greičio temperatūros koeficientas mažėja ir artėja prie vienybės.

    Tikslesnę cheminės reakcijos greičio priklausomybę nuo temperatūros eksperimentiškai nustatė Arrhenius:

    kur k yra reakcijos greičio konstanta,

    B ir A yra šios reakcijos konstantos.

    1.3. 2 Katalizė ir katalizatoriai

    Katalizatorius Medžiaga, kuri keičia cheminės reakcijos greitį, bet nėra suvartojama. Katalizatoriai arba įsibėgėja, arba lėtėja.

    Katalizė- reakcijos greičio keitimo esant katalizatoriams reiškinys.

    katalizinės reakcijos- reakcijos, vykstančios dalyvaujant katalizatoriams.

    Jei katalizatorius yra vienas iš reakcijos produktų, tada reakcija vadinama autokatalizinis, ir pats reiškinys autokatalizė.

    Inhibitorius katalizatorius, lėtinantis reakciją.

    Teigiamų katalizatorių pavyzdys yra vanduo aliuminio milteliams sąveikaujant su jodu.

    Fermentai-baltyminio pobūdžio biologiniai katalizatoriai.

    Fermentų yra visose gyvose ląstelėse. Įprasta fermentus skirstyti į paprastus ir sudėtingus arba vienkomponentinius arba dvikomponentinius. Paprasti fermentai susideda tik iš baltymų, sudėtingi – iš baltymų ir nebaltyminės dalies, kuri vadinama kofermentas.

    Fermentai pasižymi dideliu kataliziniu aktyvumu ir selektyvumu. Pagal katalizinį aktyvumą jie žymiai pranašesni už neorganinius katalizatorius. Pavyzdžiui, 1 molis katalazės 0 laipsnių temperatūroje per vieną sekundę suskaido 200 000 molių H 2 O 2, o 1 molis platinos 20 laipsnių temperatūroje suskaido nuo 10 iki 80 molių vandenilio peroksido per vieną sekundę.

    Tokie reakcijos pagreitėjimai atsiranda dėl to, kad fermentai staigiai sumažina energijos barjerus reakcijos kelyje. Pavyzdžiui, H 2 O 2 skilimo reakcijos aktyvavimo energija, veikiant geležies (II) jonui ir katalazės molekulėms, yra atitinkamai 42 ir 7,1 kJ / mol; karbamido hidrolizei rūgštimi ir ureaze atitinkamai 103 ir 28 kJ/mol.

    Fermentai yra labai specifiniai, palyginti su neorganiniais katalizatoriais. Pavyzdžiui, amilazė, esanti seilėse, lengvai ir greitai skaido krakmolą, bet nekatalizuoja cukraus skilimo proceso. Ureazė itin efektyviai katalizuoja karbamido hidrolizę, tačiau neturi jokios įtakos jo dariniams. Ši fermentų savybė leidžia gyviems organizmams, turintiems atitinkamą fermentų rinkinį, aktyviai reaguoti į išorinį poveikį. Pavyzdžiui, pastebėta, kad m stresinės situacijos mūsų kūnas yra nuostabus. Aprašytas faktas, kai silpna moteris ji pakėlė automobilį už buferio ir laikė jį, kol į pagalbą atėję žmonės išlaisvino po juo papuolusį vaiką; pikto gyvūno persekiojamas žmogus lengvai įveikia jam neįveikiamas kliūtis įprastoje būsenoje; svarbiose varžybose sportininkai per pasirodymo laikotarpį netenka kelių kilogramų svorio.

    Visa tai, kas pasakyta apie nepaprastas fermentų savybes, paaiškinama tuo, kad veikimo selektyvumas (selektyvumas) ir aktyvumas yra tarpusavyje susiję: kuo didesnis selektyvumas, tuo didesnis jo aktyvumas. Fermentai pasižymi išskirtiniu selektyvumu, todėl jų aktyvumas yra didžiausias.

    1.3. 3 Cheminė pusiausvyra

    Grįžtamos reakcijos gali eiti dviem priešingomis kryptimis. Jie nepasiekia pabaigos, o baigiasi sukūrus cheminę pusiausvyrą.

    Cheminė pusiausvyra Sistemos būsena, kai pirmyn ir atgal vykstančių reakcijų greičiai tampa vienodi.

    Cheminės pusiausvyros būsena palaikoma tol, kol pasikeičia sąlygos. Pasikeitus išorinėms sąlygoms, pusiausvyra sutrinka, o po kurio laiko sistema pateks į naują pusiausvyros būseną.

    Pusiausvyros pokytis sistemos perėjimas iš vienos pusiausvyros būsenos į kitą.

    Nustatyta pusiausvyros poslinkio kryptis Le Chat principaselygos.

    Jei pusiausvyros sistema yra paveikta, tada ji yra lygietai keičiasitta kryptimi, kuri silpnina šį poveikį.

    Pavyzdžiui, padidėjus temperatūrai pusiausvyra perkeliama link endoterminės reakcijos, pradinių medžiagų koncentracijos padidėjimas pusiausvyrą perkelia reakcijos produktų link. Slėgis keičia tik reakcijų, kuriose dalyvauja dujos, pusiausvyrą. Slėgio padidėjimas keičia pusiausvyrą reakcijos, vykstančios keičiantis tūriui, kryptimi.

    Klausimai Samokontrolis:

    1. Ką tiria kinetika?

    2. Kas vadinama cheminių reakcijų greičiu?

    3. Kodėl matematinėje cheminės reakcijos greičio lygtyje yra minuso ženklas?

    4. Išvardykite veiksnius, turinčius įtakos cheminės reakcijos greičiui.

    5. Apibūdinkite koncentracijos, temperatūros, reaguojančių medžiagų prigimties įtaką cheminės reakcijos greičiui.

    6. Kas vadinama katalize ir katalizatoriumi?

    7. Kaip klasifikuojamos katalizinės reakcijos?

    8. Kas yra inhibitoriai?

    9. Kas vadinama chemine pusiausvyra?

    10. Kas vadinama cheminės pusiausvyros poslinkiu?

    11. Suformuluokite Le Chatelier principą.

    12. Kuria kryptimi pasislinks pusiausvyrinės reakcijos pusiausvyra kylant temperatūrai? Slėgis (jei reakcijose dalyvauja dujos)? Vieno iš reagentų koncentracija?

    1. 4 Tirpalo savybės

    1.4. 1 Bendrosios sprendimų charakteristikos

    Sprendimai turi didelę reikšmę žmogaus gyvenime ir praktinėje veikloje. Taigi žmonių ir gyvūnų maisto asimiliacijos procesai yra susiję su maistinių medžiagų perkėlimu į tirpalą. Tirpalai – tai visi svarbiausi fiziologiniai skysčiai (kraujas, limfa ir kt.). Cheminiais procesais pagrįstos pramonės šakos dažniausiai siejamos su tirpalų naudojimu.

    Sprendimai- daugiakomponentės vienarūšės sistemos, kuriose viena ar kelios medžiagos pasiskirsto molekulių, atomų ar jonų pavidalu kitos medžiagos - tirpiklio terpėje.

    Tirpalas gali turėti bet kokią agregaciją – kietą, skystą arba dujinį. Bet koks tirpalas susideda iš tirpių medžiagų ir tirpiklio. Paprastai tirpikliu laikomas komponentas, kuris gryna forma egzistuoja toje pačioje agregacijos būsenoje kaip ir gautas tirpalas (pavyzdžiui, druskos tirpalas vandenyje: druska yra tirpi medžiaga, vanduo yra tirpiklis). Jei abu komponentai prieš ištirpimą buvo toje pačioje agregacijos būsenoje (pavyzdžiui, alkoholis ir vanduo), tai didesnio kiekio komponentas laikomas tirpikliu.

    Pagal struktūrą tirpalai užima tarpinę padėtį tarp mechaninių mišinių ir cheminiai junginiai. Su mechaniniais mišiniais jiems bendras sudėties kintamumas, o su cheminiais junginiais - kompozicijos vienodumas per visą fazę ir šiluminio efekto buvimas formavimosi metu. Remiantis tuo, iš pradžių buvo dvi priešingos teorijos: „fizinė“ ir „cheminė“, kurių kiekviena gynė savo požiūrį į sprendimų struktūrą.

    Šiuolaikinės idėjos apie sprendimų struktūrą yra pagrįstos Mendelejevo pateikta ir jo pasekėjų sukurta sprendinių teorija. Remiantis šia teorija, sistemoje tirpimo metu vienu metu vyksta du procesai: tirpios medžiagos difuzija tirpiklio tūryje (fizinis procesas) ir nestabilių kintamos sudėties junginių - solvatų susidarymas. cheminis procesas). Jei tirpiklis yra vanduo, tada šie junginiai vadinami hidratais.

    Tirpalų susidarymas yra savaiminis procesas, kuris vyksta didėjant sistemos sutrikimui, t.y. su entropijos padidėjimu. Pavyzdžiui, kai kristalas ištirpsta, sistema iš visiškai sutvarkytos būsenos pereina į mažiau tvarkingą. Šiuo atveju, didėjant entropijai (AS > 0), sistemos laisvoji energija mažėja (AG<0).

    Jeigu tirpalas susidaro iš 2 skysčių, tai tirpimo proceso varomąją jėgą lemia tirpalo komponentų tendencija suvienodinti koncentracijas, kas lemia ir entropijos didėjimą, t.y. AS > 0 ir AQ< 0. Растворение вещества - процесс обратимый. И как всякий обратный процесс, растворение заканчивается установлением динамического равновесия: нерастворенное вещество - вещество в растворе. Раствор, находящийся в равновесии с растворяющимся веществом, называют насыщенным раствором, а достигнутую предельную концентрацию насыщенного раствора - растворимостью.

    Svarbiausia tirpalo savybė yra jo sudėtis arba komponentų koncentracija.

    Tirpalo koncentracija- tirpios medžiagos kiekis, esantis tam tikrame tirpalo ar tirpiklio kiekyje.

    Tirpalų koncentracija gali būti išreikšta įvairiais būdais. Cheminėje praktikoje dažniausiai naudojami šie koncentracijų išreiškimo būdai:

    1. Ištirpusios medžiagos masės dalis (koncentracijos procentas)- rodo, kiek gramų medžiagos ištirpo 100 g tirpalo. Jis nustatomas pagal formulę:

    kur W yra ištirpusios medžiagos masės dalis,

    m in-va - ištirpusios medžiagos masė,

    m tirpalas – tirpalo masė.

    2. Molinė koncentracija- rodo, kiek molių tirpios medžiagos yra 1 litre tirpalo.

    3. Molinė koncentracija- rodo, kiek molių medžiagos yra 1 kg tirpiklio.

    1.4. 2 Dujų tirpalai skysčiuose

    Dujų tirpumas skysčiuose priklauso nuo jų pobūdžio, tirpiklio pobūdžio, temperatūros ir slėgio. Paprastai dujų tirpumas yra didesnis, jei tirpimą lydi cheminė sąveika su tirpikliu, ir mažesnis, jei nėra cheminės sąveikos. Pavyzdžiui, 1 litre vandens n.o. ištirpina 0,0002 g vandenilio, kuris nesąveikauja su vandeniu, ir 875 g amoniako, kuris reaguoja su vandeniu ir susidaro amonio hidroksidas.

    Dujų tirpumo priklausomybė nuo tirpiklio pobūdžio gali būti parodyta šiuose pavyzdžiuose. Tomis pačiomis sąlygomis 1000 g vandens ištirpsta 87,5 g NH 3, o 100 g etilo alkoholio – tik 25 g. Dujų tirpumas labai priklauso nuo temperatūros. Kylant temperatūrai jų tirpumas mažėja, o temperatūrai mažėjant – didėja. Taigi 0 0 C temperatūroje 171 cm 3 CO 2 ištirpsta 100 ml vandens, 20 0 C temperatūroje - tik 87,8 cm 3. Todėl ilgai verdant galima beveik visiškai pašalinti iš skysčio ištirpusias dujas, o skysčius patartina prisotinti dujomis esant žemai temperatūrai.

    Dujų tirpumas taip pat priklauso nuo slėgio. Nustatyta dujų tirpumo priklausomybė nuo slėgio ge teisęnri.

    C = k p, (4.2)

    kur C yra dujų koncentracija tirpale,

    k - proporcingumo koeficientas, priklausomai nuo skysčio ir dujų pobūdžio,

    p – dujų slėgis virš tirpalo.

    Ištirpusių dujų masė pastovioje temperatūroje yra tiesiogiai prapieyra proporcinga dujų slėgiui tirpaleapieromas.

    Henrio dėsnis galioja tik praskiestiems tirpalams esant žemam slėgiui. Dujos, kurios sąveikauja su tirpikliu NH 3 , SO 2 , HC1 su vandeniu, nepaklūsta Henrio dėsniams. Jų tirpumas taip pat didėja didėjant slėgiui, tačiau pagal sudėtingesnį dėsnį.

    Henriko dėsnio pasireiškimą iliustruoja gausių putų susidarymas atkimšus butelį sodos vandens ar butelį šampano; čia smarkiai sumažėja dujų tirpumas, mažėjant jų daliniam slėgiui. Tas pats įstatymas paaiškina dekompresinės ligos atsiradimą. 40 m gylyje žemiau jūros lygio bendras slėgis yra 600 kPa, o azoto tirpumas kraujo plazmoje yra 9 kartus didesnis nei jūros paviršiuje. Kai naras greitai kyla iš gilumos, ištirpęs azotas patenka į kraują burbuliukais, kurie užkemša kraujagysles, o tai gali sukelti rimtų pasekmių.

    Dujų tirpumas mažėja, kai tirpale yra trečiasis komponentas. Taigi elektrolitų tirpaluose dujos tirpsta daug blogiau nei gryname vandenyje. Pavyzdžiui, 1 g vandens 0 0 C temperatūroje ištirpsta 3 × 10 3 m 3 chloro, o 1 g sotaus NaCl tirpalo – 10 kartų mažiau, todėl chlorą laikant virš skysčio, vanduo pakeičiamas natrio chlorido tirpalas.

    1.4. 3 Abipusis skysčių tirpumas

    Skirtingai nuo dujų tirpumo skysčiuose, skysčio tirpimas yra sudėtingesnis procesas. Sumaišius du skysčius, jie gali:

    Ištirpinkite vienas kitame bet kokiu santykiu;

    Praktiškai netirpi;

    Tirpsta ribotai.

    Abipusis skysčių tirpumas visų pirma priklauso nuo jų cheminė struktūra. Net alchemikai pastebėjo, kad „panašus ištirpsta panašiame“, t.y. polinis paprastai tirpsta poliniame, o nepolinis – nepoliniame. Dėl šios priežasties vanduo (polinis skystis) yra geras polinių skysčių (etilo alkoholio, acto rūgšties ir kt.) tirpiklis ir visiškai netirpdo nepolinių skysčių (benzeno, žibalo ir kt.). Jei skysčiai skiriasi vienas nuo kito poliškumu, jie yra ribotai tirpūs vienas kitame. Esant ribotam tirpumui, kiekvienas iš skysčių pereina į kitą iki tam tikros ribos, todėl susidaro dviejų sluoksnių sistema. Pavyzdžiui, kylant temperatūrai, jų tarpusavio tirpumas dažniausiai didėja, o tam tikroje temperatūroje abu skysčiai susimaišo bet kokiu santykiu, o riba tarp jų išnyksta. Ši temperatūra vadinama kritiškas.

    Kritinė temperatūra, pasiekiama kaitinant, vadinama viršutinė kritinė temperatūra.

    Žinomi skysčių mišiniai, kurių tirpumas mažėja didėjant temperatūrai. Todėl kritinė temperatūra pasiekiama nuleidus temperatūrą ir iškviečiama žemesnė kritinė temperatūraadresuRoy.

    Naudojant kritinę tirpimo temperatūrą, kartais atliekami kai kurie analitiniai nustatymai.

    Ypač įdomus yra įvairių medžiagų tirpumas dviejų sluoksnių sistemose, susidedančiose iš dviejų netirpių skysčių.

    Jei į sistemą, susidedančią iš dviejų nesimaišančių skysčių, įvedama trečioji medžiaga, galinti tirpti kiekviename iš jų, tada ištirpusi medžiaga pasiskirstys tarp abiejų skysčių proporcingai jos tirpumui kiekviename iš jų.

    Medžiagos, pasiskirstančios tarp dviejų nesimaišančių skysčių pastovioje temperatūroje, koncentracijų santykis išlieka pastovus, nepriklausomai nuo bendro ištirpusios medžiagos kiekio.

    С 1 /С 2 = k, (4.3)

    kur C 1 ir C 2 yra ištirpusios medžiagos koncentracija 1 ir 2 tirpikliuose,

    ...

    Panašūs dokumentai

      Koloidinė chemija kaip mokslas, tiriantis nevienalyčių, labai išsklaidytų sistemų ir didelės molekulinės masės junginių fizikines ir chemines savybes. Koloidinių tirpalų gamyba ir gryninimo būdai. Gelių naudojimas maisto pramonėje, kosmetikoje ir medicinoje.

      pristatymas, pridėtas 2015-01-26

      Pirmoji praktinė informacija apie koloidus. Heterogeninių mišinių savybės. Koloidinės dalelės paviršiaus ir koloidinės dalelės tūrio santykis. Išsklaidytų sistemų ypatumai. Koloidinių tirpalų ypatybės. Išsklaidytų sistemų klasifikacija.

      pristatymas, pridėtas 2015-08-17

      Pagrindinės dispersinių sistemų ypatybės, jų klasifikacija, savybės ir zolių gavimo, dializės (valymo) būdai. Koloidinės dalelės krūvio nustatymas, elektrolitų krešėjimo dėsningumai, adsorbcijos ties tirpalo-dujų ribos samprata yra Langmuiro teorijos esmė.

      vadovas, pridėtas 2010-12-14

      Pagrindinės chemijos sąvokos ir dėsniai. Neorganinių medžiagų klasifikacija. Periodinis įstatymas ir Periodinė sistema elementai D.I. Mendelejevas. Termodinaminių skaičiavimų pagrindai. Cheminių reakcijų katalizė. Tirpalų koncentracijos išreiškimo metodai.

      paskaitų kursas, pridėtas 2015-06-24

      Išsklaidytų sistemų klasifikacija. Pagrindiniai koloidinių tirpalų stabilumo veiksniai. Jų gamybos (dispersija, kondensavimas) ir gryninimo (dializė, ultrafiltravimas) metodai. Micelinė koloidinių dalelių sandaros teorija. Koaguliacija elektrolitų mišiniais.

      pristatymas, pridėtas 2013-11-28

      Koloidinių sistemų esmė ir ypatumai. Pagrindinės šio tipo sprendimų savybės ir struktūra. Tyndall efekto charakteristikos. Hidrozolių ir organozolių skirtumai. Koloidinių sistemų susidarymo būdai, specifinės savybės, apimtis.

      pristatymas, pridėtas 2014-05-22

      Stambiamolekulinių junginių (VMC) tirpalų samprata. IUD patinimo procesas: jo etapai, priežastys, slėgis ir laipsnis. HMS dispersinių sistemų ir tirpalų klampa, jos matavimo metodai. Struktūrinis ir santykinis klampumas. krešėjimo struktūros.

      santrauka, pridėta 2009-01-22

      Konstantos ir parametrai, lemiantys kokybinę (fazinę) būseną, kiekybines sprendinių charakteristikas. Tirpalų rūšys ir specifinės jų savybės. Kietųjų tirpalų gavimo būdai. Sprendimų su eutektika ypatumai. Dujų tirpalai skysčiuose.

      santrauka, pridėta 2013-06-09

      Liofobinių koloidinių sistemų gavimas, jų optinės savybės. Paviršinio aktyvumo medžiagų tirpalų paviršiaus įtempimo ir paviršinio įtempimo ties dviejų nesimaišančių skysčių riba nustatymas stalagmometriniu metodu. Solių koloidinė apsauga HMS tirpalais.

      santrauka, pridėta 2016-02-15

      Cheminė termodinamika. Pagrindinės termodinamikos sąvokos. Pirmasis termodinamikos dėsnis. Pirmojo termodinamikos dėsnio taikymas cheminiams procesams. Reakcijos šiluminio poveikio priklausomybė nuo temperatūros. Kirchhoffo dėsnis. Antrasis termodinamikos dėsnis.

    3 leidimas, red. - M.: Aukštoji mokykla, 2001 - 512 p., 319 p.

    Vadovėlis sudarytas pagal fizikinės chemijos programą.

    Pirmojoje knygoje išsamiai aprašomos šios kurso dalys: kvantiniai mechaniniai teorijos pagrindai cheminis ryšys, atomų ir molekulių sandara, spektriniai molekulinės struktūros tyrimo metodai, fenomenologinė ir statistinė termodinamika, tirpalų termodinamika ir fazių pusiausvyra.

    Antroje fizikinės chemijos kurso dalies dalyje, remiantis pirmoje knygos dalyje išplėtotomis idėjomis - medžiagos sandara ir statistine termodinamika, pristatoma elektrochemija, cheminė kinetika ir katalizė. Skyrius "Katalizė" atspindi heterogeninių ir difuzinių procesų kinetiką, adsorbcijos termodinamiką ir reaktyvumo klausimus.

    Universiteto studentams, įstojusiems į chemijos inžinerijos specialybes.

    1 knyga.

    Formatas: djvu

    Dydis: 11,2 MB

    Parsisiųsti: drive.google

    2 knyga.

    Formatas: djvu

    Dydis: 7 MB

    Parsisiųsti: drive.google

    TURINYS 1 knyga.
    Pratarmė. 3
    Įvadas 6
    Pirmas skyrius. Molekulinės sandaros ir cheminio ryšio teorijos kvantinis-mechaninis pagrindimas
    1 skyrius. Atomo sandara 9
    § 1.1. Kvantinės mechaninės mikrodalelių savybės 9
    § 1.2. Vandenilio atomas 11
    § 1.3. Į vandenilį panašaus atomo atominės orbitalės 14
    § 1.4. Elektronų sukimasis 21
    § 1.5. Daugiaelektroniniai atomai 23
    § 1.6. Pauli principas 26
    § 1.7. Elektroninės atomų konfigūracijos 28
    2 skyrius. Molekulės. Teoriniai metodai, taikomi tiriant molekulių struktūrą ir cheminį ryšį 34
    § 2.1. Molekulė. potencialus paviršius. Pusiausvyros konfigūracija 34
    § 2.2. Cheminio ryšio teorija ir jos problemos. Schriodingerio molekulių lygtis 39
    § 2.3. Variacinis Šriodingerio lygties sprendimo metodas 42
    § 2.4. Du pagrindiniai molekulių sandaros teorijos metodai. Valentinio ryšio metodas ir molekulinės orbitos metodas 44
    § 2.5. Pagrindinės molekulinės orbitos metodo idėjos 49
    § 2.6. Apytikslis molekulinės orbitos aprašymas MO LCAO 50 metodu
    § 2.7. II molekulė MO LCAO metodu. Energijos ir banginės funkcijos skaičiavimas variaciniu metodu 53
    § 2.8. Molekulė H MO LCAO metodu. Kovalentinis ryšys 58
    3 skyrius. Dviatominės molekulės MO LCAO metodu 62
    § 3.1. Vienabranduolių dviatomių molekulių molekulinės orbitos 62
    § 3.2. Homobranduolių molekulių, sudarytų iš pirmojo ir antrojo periodų elementų atomų, elektroninės konfigūracijos ir savybės 65
    § 3.3. Heteronranduolinės dviatomės molekulės 73
    § 3.4. polinis ryšys. Molekulės elektrinis dipolio momentas 78
    § 3.5. Sotumas kovalentinis ryšys 81
    § 3.6. Donoro-akceptoriaus ryšys 82
    § 3.7. Joninis ryšys. Cheminio ryšio poliškumo laipsnis 84
    4 skyrius. Poliatominės molekulės MO metodu 88
    § 4.1. Molekulinės orbitalės poliatominėse molekulėse. Orbitos simetrija. Delokalizuotos ir lokalizuotos orbitos. Molekulė HgO 88
    § 4.2. Metano molekulės aprašymas. Delokalizuoti ir lokalizuoti MO. Orbitų hibridizacija 95
    § 4.3. Apie molekulių pusiausvyros konfigūracijų numatymą 99
    § 4.4. Nestandžiosios molekulės 101
    § 4.5. Molekulės su daugybe ryšių MO LCAO metodu 104
    § 4.6. Hückel metodas 108
    § 4.7. Aromatinių sistemų aprašymas MOX 110 metodu
    § 4.8. Cheminis ryšys koordinaciniuose junginiuose. Ligandų lauko teorija 117
    § 4.9. Joninis ryšys kristale 126
    5 skyrius. Tarpmolekulinė sąveika 129
    § 5.1. Van der Waals pajėgos. Kiti nespecifinės sąveikos tipai 129
    § 5.2. Vandenilinė jungtis 136
    Antras skyrius. Spektriniai molekulių sandaros ir energetinių būsenų tyrimo metodai
    6 skyrius. Bendra informacija apie molekulinius spektrus. Molekulinių spektrų teorijos elementai 141
    § 6.1. Intramolekulinis judėjimas ir elektromagnetinis spektras. 141
    § 6.2. Emisijos, sugerties ir Ramano sklaidos molekuliniai spektrai. EPR ir BMR spektrai 145
    § 6.3. Dviatominės molekulės sukimosi spektras (standžia rotatoriaus aproksimacija) 150
    § 6.4. Dviatominės molekulės virpesių-sukimosi spektras. Harmoninio osciliatoriaus aproksimacija 156
    § 6.5. Molekulė yra anharmoninis osciliatorius. Virpesių spektro sandara 162
    § 6.6. Elektroniniai spektrai. Dviatominių molekulių disociacijos energijos nustatymas 169
    § 6.7. Sukimosi spektrai ir griežtos poliatominės molekulės.... 171
    § 6.8. Poliatominių molekulių virpesiai, spektras ir struktūra 175
    § 6.9. Virpesių spektrų panaudojimas molekulių struktūrai nustatyti 180
    § 6.10. Tarpmolekulinės terpės ir agregacijos būsenos sąveikos įtaka virpesių spektrui 183
    Trečias skyrius. Cheminė termodinamika
    7 skyrius. Bendrosios sąvokos. Pirmasis termodinamikos dėsnis ir jo taikymas 186
    § 7.1. Cheminės termodinamikos dalykas ir uždaviniai 186
    § 7.2. Pagrindinės cheminės termodinamikos sąvokos ir apibrėžimai 188
    § 7.3. Pirmasis termodinamikos dėsnis. Neapvalūs procesai 199
    § 7.4. Šilumos talpa 202
    § 7.5. Temperatūros įtaka šilumos talpai. Temperatūros serija.. 208
    § 7.6. Kvantinė teorija kristalinės medžiagos šiluminė talpa 211
    § 7.7. Kvantinė statistinė šilumos talpos teorija dujinė medžiaga 215
    § 7.8. šiluminiai efektai. Heso įstatymas 217
    § 7.9. Heso dėsnio taikymas šiluminiams efektams skaičiuoti 220
    § 7.10. Šiluminio poveikio priklausomybė nuo temperatūros. Kirchhoffo lygtis 227
    8 skyrius. Antrasis termodinamikos dėsnis ir jo taikymas 235
    § 8.1. Spontaniški ir nesavaiminiai procesai. Antrasis termodinamikos dėsnis 235
    § 8.2. Entropija 236
    § 8.3. Entropijos pokytis nestatiniuose procesuose 239
    § 8.4. Entropijos pokytis kaip kryptingumo ir pusiausvyros kriterijus izoliuotoje sistemoje 240
    § 8.5. būdingos funkcijos. Termodinaminiai potencialai 241
    § 8.6. Savaiminio proceso ir pusiausvyros uždarose sistemose galimybės kriterijai 249
    § 8.7. Entropijos pokytis kai kuriuose procesuose 251
    § 8.8. Idealių dujų mišinio Gibso energija. Cheminis potencialas 261
    § 8.9. Bendrosios cheminės pusiausvyros sąlygos 265
    § 8.10. Aktyvių masių dėsnis. Dujų fazės reakcijų pusiausvyros konstanta 266
    § 8.11. Reakcijos izotermos lygtis 271
    § 8.12. Naudojant masės veikimo dėsnį pusiausvyros mišinio sudėčiai apskaičiuoti 273
    § 8.13. Temperatūros įtaka cheminei pusiausvyrai. 282 reakcijos izobaro lygtis
    § 8.14. Integrali Gibso energijos ir pusiausvyros konstantos priklausomybės nuo temperatūros forma 284
    § 8.15. Cheminė pusiausvyra heterogeninėse sistemose 286
    9 skyrius. Trečiasis termodinamikos dėsnis ir cheminės pusiausvyros skaičiavimas 289
    § 9.1. Šiluminė Nernsto teorema. Trečiasis termodinamikos dėsnis 289
    § 9.2. Standartinės Gibso energijos ir pusiausvyros konstantos pokyčio apskaičiavimas Temkino metodu – Schwartzman 294
    § 9.3. Standartinės Gibso energijos ir pusiausvyros konstantos pokyčio apskaičiavimas naudojant sumažintos Gibso energijos funkcijas 297
    § 9.4. Adiabatinės reakcijos 299
    10 skyrius. Cheminė pusiausvyra realiose sistemose 303
    § 10.1. Dujų fugacity ir fugacity koeficientas 303
    § 10.2. Cheminės pusiausvyros apskaičiavimas realioje dujų sistemoje esant aukštam slėgiui 312
    § 10.3. Cheminės pusiausvyros apskaičiavimas sistemose, kuriose vienu metu vyksta kelios reakcijos 314
    11 skyrius. Įvadas į statistinę termodinamiką 320
    § 11.1. Statistinė fizika ir statistinė termodinamika. Makroskopinis ir mikroskopinis sistemos būklės aprašymas 320
    § 11.2. Mikroskopinis būsenos aprašymas metodu klasikinė mechanika 323
    § 11.3. Mikroskopinis būsenos aprašymas kvantinės mechanikos metodu. Kvantinė statistika 324
    § 11.4. Dviejų tipų vidurkiai (mikrokanoniniai ir kanoniniai vidurkiai) 325
    § 11.5. Ryšys tarp entropijos ir statistinio svorio. Antrojo termodinamikos dėsnio statistinis pobūdis 326
    § 11.6. Termostato sistema. Kanoninis Gibso paskirstymas. 330
    § 11.7. Sistemos būsenų suma ir jos ryšys su energija. Helmholtz 335
    § 11.8. Dalelių būsenų suma 337
    § 11.9. Termodinaminių funkcijų išraiška sistemos būsenų suma 340
    § 11.10. Vienmačių harmoninių osciliatorių sistemos būsenų suma. Monatominės termodinaminės savybės tvirtas kūnas pagal Einšteino teoriją 343
    § 11.11. Boltzmanno kvantinė statistika. Maksvelo molekulinio greičio pasiskirstymo dėsnis 346
    § 11.12. Fermi - Dirac ir Bose - Einstein statistika 352
    § 11.13. Bendrosios formulės termodinaminėms funkcijoms apskaičiuoti pagal molekulinius duomenis 353
    § 11.14 Idealiųjų dujų termodinaminių funkcijų apskaičiavimas, darant prielaidą, kad molekulių sukimasis ir harmoningos vibracijos 357
    Ketvirtas skyrius. Sprendimai
    12 skyrius. Bendrosios sprendinių charakteristikos 365
    § 12.1. Skiedinių klasifikacija 365
    § 12.2. Tirpalų koncentracija 367
    5 12.3. Sprendimų specifiškumas. Tarpmolekulinės ir cheminės sąveikos vaidmuo, tirpimo samprata 368
    § 12.4. Pagrindinės sprendimų teorijos raidos kryptys 372
    § 12.5. Termodinaminės sąlygos tirpalams susidaryti 374
    § 12.6. Dalinės molinės vertės 375
    § 12.7. Pagrindiniai dalinių molinių verčių nustatymo metodai 379
    § 12.8. Dalinės ir santykinės dalinės molinės entalpijos 381
    § 12.9. Tirpimo ir praskiedimo šilumai 382
    § 12.10. Idealių skystų tirpalų termodinaminės savybės 386
    § 12.11.3 Raoult įstatymas 390
    § 12.12. Idealaus tirpalo virimo temperatūra 392
    § 12.13. Idealaus sprendimo užšalimo temperatūra 395
    § 12.14.0 idealaus tirpalo smosinis slėgis 397
    § 12.15 Neidealūs sprendimai 400
    § 12.16. Itin praskiesti įprasti ir aterminiai tirpalai 402
    § 12.17. Veikla. Aktyvumo koeficientas. Standartinė būsena 404
    § 12.18.0smosinis koeficientas 407
    § 12.19.Veiklos nustatymo metodai 409
    § 12.20.Aktyvumo ir aktyvumo koeficiento ryšys su tirpalo termodinaminėmis savybėmis ir perteklinėmis termodinaminėmis funkcijomis 412
    Penkta dalis. Fazių pusiausvyra
    13 skyrius. Fazių pusiausvyros termodinaminė teorija 415
    § 13.1. Pagrindinės sąvokos 415
    § 13.2. Fazių pusiausvyros sąlygos 418
    § 13.3. Gibbso fazės taisyklė 419
    14 skyrius Vieno komponento sistemos 421
    § 14.1. Gibso fazės taisyklės taikymas vieno komponento sistemoms 421
    § 14.2. Pirmojo ir antrojo tipo fazių perėjimai 422
    § 14.3. Klapeirono – Klausijaus 425 lygtis
    § 14.4. Sočiųjų garų slėgis 423
    § 14.5. Vienkomponenčių sistemų būsenų diagramos 429
    § 14.6. Anglies dioksido būsenos diagrama 431
    § 14.7. 432 vandens būklės diagrama
    § 14.8. Sieros būsenos diagrama 433
    § 14.9. Enantiotropiniai ir monotropiniai fazių perėjimai 435
    15 skyrius. Dviejų komponentų sistemos 436
    § 15.1. Fizikinės ir cheminės analizės metodas 436
    § 15.2. Gibso fazės taisyklės taikymas dviejų komponentų sistemoms 437
    § 15.3. Pusiausvyros dujos – skystas tirpalas dviejų komponentų sistemose 438
    § 15.4. Pusiausvyros skystis – skystis dviejų komponentų sistemose 442
    § 15.5. Pusiausvyros garai – skystas tirpalas dvikomponentėse sistemose 444
    § 15.6. Tirpalo distiliavimo fizinės ir cheminės bazės 453
    § 15.7. Pusiausvyros kristalai – skystas tirpalas dvikomponentėse sistemose 457
    § 15.8. Pusiausvyros skystis – dujos ir kristalai – dujos (garai) dviejų komponentų sistemose 476
    § 15-9. Būsenos diagramos skaičiavimai 476
    16 skyrius. Trijų komponentų sistemos 482
    § 16.1. Gibso fazės taisyklės taikymas trijų komponentų sistemoms 482
    § 16.2. Grafinis trijų komponentų sistemos kompozicijos vaizdavimas 482
    § 16.3. Pusiausvyros kristalai – skystas tirpalas trijų komponentų sistemose 484
    § 16.4. Pusiausvyros skystis – skystis trijų komponentų sistemose 489
    § 16.5. Tirpiosios medžiagos pasiskirstymas tarp dviejų skystų fazių. Ištraukimas 491
    495 priedas
    Rodyklė 497

    TURINYS 2 knyga.
    3 pratarmė
    Šeštas skyrius. Elektrochemija
    17 skyrius. Tirpalai, elektrolitai 4
    § 17.1. 4 elektrochemijos dalykas
    § 17.2. Elektrolitų tirpalų specifiškumas 5
    § 17.3. Elektrolitinė disociacija 6 tirpale
    § 17.4. Vidutinis joninis aktyvumas ir aktyvumo koeficientas 10
    § 17.5. Pagrindinės stiprių elektrolitų elektrostatinės teorijos sampratos Debye ir Hückel 13
    § 17.6. Pagrindinės jonų asociacijos teorijos sampratos 22
    § 17.7. Termodinaminės jonų savybės 24
    § 17.8. Joninės solvatacijos termodinamika 28
    18 skyrius. Nepusiausvyros reiškiniai elektrolituose. Elektrolitų elektrinis laidumas 30
    § 18.1. Pagrindinės sąvokos. Faradėjaus dėsniai 30
    § 18.2. Jonų judėjimas elektriniame lauke. Jonų transportavimo numeriai. 32
    § 18.3. Elektrolitų elektrinis laidumas. Elektros laidumas 37
    § 18.4. Elektrolitų elektrinis laidumas. Molinis elektros laidumas 39
    § 18.5. Vandenio ir hidroksido jonų molinis elektrinis laidumas 43
    § 18.6. Nevandeninių tirpalų elektrinis laidumas 44
    § 18.7. Kietųjų ir išlydytų elektrolitų elektros laidumas 46
    § 18.8. Konduktometrija 47
    19 skyrius. Pusiausvyros elektrodų procesai 49
    § 19.1. Pagrindinės sąvokos 49
    § 19.2. Elektrocheminės sistemos EML. Elektrodo potencialas 51
    § 19.3. Galimo šuolio atsiradimas tirpalo ir metalo sąsajoje 53
    § 19.4. Difuzijos potencialas 55
    § 19.5. Elektrinio dvigubo sluoksnio struktūra tirpalo ir metalo sąsajoje 56
    § 19.6. Grįžtamųjų elektrocheminių sistemų termodinamika 60
    § 19.7. Apverčiamųjų elektrodų klasifikacija 64
    § 19.8. Elektrodų potencialai nevandeniniuose tirpaluose 74
    § 19.9. Elektrocheminės grandinės 75
    § 19.10. Elektrocheminių sistemų teorijos taikymas tiriant pusiausvyrą tirpaluose 82
    § 19.11. Potenciometrija 85
    Septintoji dalis. Cheminių reakcijų kinetika
    20 skyrius. Cheminės kinetikos dėsniai 93
    § 20.1. Bendrosios sąvokos ir apibrėžimai 93
    § 20.2. Cheminės reakcijos greitis 95
    § 20.3. Masinių veiksmų dėsnis ir reakcijų nepriklausomumo principas 101
    21 skyrius. Cheminių reakcijų kinetika uždarose sistemose. 105
    § 21.1. Vienašalės pirmosios eilės reakcijos 105
    § 21.2. Vienašalės antrosios eilės reakcijos 109
    § 21.3. Vienpusės n-osios eilės reakcijos 111
    § 21.4. Reakcijos eilės nustatymo metodai 112
    § 21.5. Pirmosios eilės dvišalės reakcijos 113
    § 21.6. Dvišalės antros eilės reakcijos 116
    § 21.T. Lygiagrečios vienpusės reakcijos 117
    § 21.8. Vienašalės nuoseklios reakcijos 119
    § 21.9. Kvazistacionarių koncentracijų metodas 125
    22 skyrius. Reakcijų kinetika atvirose sistemose 127
    § 22.1. Reakcijos kinetika puikiai sumaišytame reaktoriuje 127
    § 22.2. Reakcijos kinetika kamščių srauto reaktoriuje 129
    23 skyrius. Cheminės sąveikos elementariojo akto teorija 133
    § 23.1. 133 elementarus cheminis aktas
    § 23.2. Aktyvių susidūrimų teorija 137
    § 23.3. Aktyvuoto komplekso teorija 141
    § 23.4. Preeksponentinis koeficientas Arrhenijaus lygtyje pagal pereinamųjų būsenų teoriją 154
    § 23.5. MO simetrija ir cheminių reakcijų aktyvacijos energija 159
    24 skyrius. Reakcijų kinetika tirpaluose, grandininės ir fotocheminės reakcijos 166
    § 24.1. Reakcijų kinetikos ypatumai tirpaluose 166
    § 24.2. Terpės įtaka reakcijos greičio konstantai 170
    § 24.3. Joninių reakcijų kinetika tirpaluose 178
    § 24.4. Grandininės reakcijos 181
    § 24.5. Fotocheminės reakcijos 189
    25 skyrius. Elektrodų procesų kinetika 196
    § 25.1. Elektrocheminės reakcijos greitis. mainų srovė 196
    § 25.2. Elektrodo poliarizacija 197
    § 25.3. Difuzijos viršįtampis 199
    § 25.4. Elektrocheminis viršįtampis 205
    § 25.5. Kiti viršįtampio tipai 210
    5 25.6. Temperatūros-kinetinis metodas poliarizacijos pobūdžiui nustatyti elektrocheminiuose procesuose 211
    § 25.7. Viršįtampa elektrolitinio vandenilio išsiskyrimo metu 213
    § 25.8. Elektrolizė. Skilimo įtampa 217
    § 25.9. Poliarizacijos reiškiniai in cheminių šaltinių elektros srovė 220
    § 25.10. Elektrocheminė metalų korozija. metalų pasyvumas. Apsaugos nuo korozijos metodai 222
    Aštuntas skyrius. Katalizė
    26 skyrius. Katalizinio veikimo principai 228
    § 26.1. Pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai 228
    § 26.2. Katalizinių reakcijų kinetikos ypatumai 232
    § 26.3. Katalizinių reakcijų aktyvavimo energija 237
    § 26.4. Reagentų sąveika su katalizatoriumi ir katalizinio veikimo principai 241
    27 skyrius. Homogeninė katalizė 245
    § 27.1. Rūgščių-šarmų katalizė 246
    § 27.2. Redokso katalizė 255
    § 27.3. Fermentinė katalizė 260
    § 27.4. Autokatalizė, slopinimas ir periodinės katalizinės reakcijos 266
    § 27.5. Taikymas pramonėje ir vienalytės katalizės kūrimo perspektyvos 271
    28 skyrius. Heterogeninė katalizė. 273
    § 28.1. Heterogeninių katalizatorių paviršiaus struktūra 273
    § 28.2. Adsorbcija kaip heterogeninių katalizinių reakcijų etapas 277
    § 28.3. Heterogeninių katalizinių reakcijų mechanizmas 282
    § 28.4. Heterogeninių katalizinių reakcijų kinetika ant vienodai prieinamo paviršiaus 285
    § 28.5. Heterogeninių katalizinių procesų makrokinetika 292
    § 28.6. Heterogeninės katalizės taikymas pramonėje 300
    Literatūra 303
    Paraiška 305
    Rodyklė 312
    Turinys 316

    Rusijos Federacijos Švietimo ministerija Tomsko politechnikos universitetas _____________________________________________________________________________________ N. A. Kolpakova, V. A. Kolpakov, S. V. Romanenko FIZIKINĖ CHEMIJA vadovėlis I dalis Tomskas 2004 UDC 541.1 Fizikinė chemija. Vadovėlis / N.A. Kolpakova, V.A. Kolpakovas, S.V. Romanenko. – Tomskas: Red. TPU, 2004. - 1 dalis. - 168 p. Vadovėlyje pateikiami šie „Fizikinės chemijos“ skyriai: pagrindiniai termodinamikos dėsniai, cheminė ir fazių pusiausvyra, neelektrolitinių tirpalų termodinamika. Vadovas parengtas TPU Fizikinės ir analitinės chemijos katedroje ir skirtas chemijos specialybių neakivaizdinių kursų studentams. Išleista Tomsko politechnikos universiteto Redakcinės ir leidybos tarybos užsakymu Recenzentai: Kurina L.N. – Prof. TSU Fizikinės chemijos katedra, chemijos mokslų daktaras. mokslai; Buinovskis A.S. - Galva. kavinė. Chemija TPU STU, chemijos mokslų daktaras. Mokslai. © Tomsko politechnikos universitetas, 2004 © Autoriai, 2004 1 SKYRIUS. FIZIKINĖS CHEMIJOS ĮVADAS 1.1. TRUMPAS ISTORINIS FIZIKINĖS CHEMIJOS RAIDOS METODAS Fizinės chemijos pavadinimą ir turinio apibrėžimą pirmasis pateikė M. V. Lomonosovas (1752): „Fizikinė chemija yra mokslas, kuris, remiantis fizikos mokslininkų pozicijomis ir eksperimentais, turi. paaiškinti, kodėl vyksta cheminės operacijos sudėtinguose kūnuose“. Fizinės chemijos mokymą Rusijoje kaip savarankišką mokslą pristatė prof. N. N. Beketovas 1860 metais Charkovo universitete. Svarbiausios teorinės ir eksperimentinės Lomonosovo studijos atvedė jį prie atradimų, nepraradusių savo reikšmės ir dabar. Lomonosovas priartėjo prie teisingo materijos ir judėjimo išsaugojimo principo, šilumos kinetinės prigimties apibrėžimo, taip pat pažymėjo, kad neįmanoma spontaniškai perkelti šilumą iš šaltesnio kūno į šiltesnį, o tai šiuo metu yra viena iš formuluočių. antrojo termodinamikos dėsnio. Per ateinantį šimtmetį buvo atlikti tyrimai, kurių pagrindu padaryta daug svarbių atradimų ir apibendrinimų. K. W. Scheele Švedijoje (1773 m.) ir Fontana Prancūzijoje (1777 m.) atrado dujų adsorbciją; T. E. Lovitsas Rusijoje (1785 m.) atrado adsorbciją iš tirpalų. A. L. Lavoisier ir P. S. Laplasas Prancūzijoje (1779–1784) tyrė medžiagų šilumines talpas ir reakcijų šiluminį poveikį. XIX amžiaus pradžioje. G. Davy Anglijoje ir L. J. Tenard Prancūzijoje atrado katalizines reakcijas, o J. J. Berzelius Švedijoje (1835) toliau plėtojo katalizės idėją. Elektrochemijos pagrindus padėjo atlikti galvaninių elementų, elektrolizės ir srovės perdavimo elektrolituose tyrimai. Galvani ir A. Volta Italijoje 1799 metais sukūrė galvaninį elementą. V. V. Petrovas Rusijoje (1802 m.) atrado elektros lanko fenomeną. T. Grotgusas Rusijoje 1805 metais padėjo pagrindus elektrolizės teorijai. 1800 metais G. Davy išplėtė elektrocheminę medžiagų sąveikos teoriją: plačiai panaudojo elektrolizę cheminiams tyrimams. M. Faradėjus, Davy mokinys, 1833-1834 m suformulavo kiekybinius elektrolizės dėsnius. B. S. Yakobi Rusijoje, spręsdamas elektrolizės proceso praktinio panaudojimo problemas, 1836 metais atrado galvanoplastiką. Pirmoje XIX amžiaus pusėje. D. Daltono Anglijoje (1801–1803), J. L. Gay-Lussac Prancūzijoje (1802) ir A. Avogadro Italijoje (1811), kurie atrado svarbiausius dujinės būsenos dėsnius, darbų dėka atominės idėjos buvo plačiai paplitusios. išvystyta. Tam pačiam laikotarpiui priklauso ir G. I. Hesso (1802–1856) termochemijos darbai. C. Guldbergas ir P. Waage'as Norvegijoje (1864–1867), J. W. Gibbsas JAV (1873–1878) sukūrė termodinaminę cheminės pusiausvyros doktriną, o A. L. Le Chatelier Prancūzijoje (1884) atrado bendrąjį poslinkio pusiausvyros principą. besikeičiančios išorinės sąlygos. Olandų chemiko J. H. van'to Hoffo darbuose buvo sukurta termodinaminė cheminės pusiausvyros teorija. Jis taip pat sukūrė kiekybinę praskiestų tirpalų teoriją (1885–1889). Elektros perdavimą tirpaluose Vokietijoje tyrė I. V. Gittorfas ir F. V. G. Kohlrauschas. Švedų mokslininkas S. A. Arrhenius sukūrė 1883–1887 m. elektrolitinės disociacijos teorija. A. M. Butlerovas, sukūręs organinių junginių sandaros teoriją, paliko gilų pėdsaką fizikinės chemijos raidoje. Didysis rusų chemikas D. I. Mendelejevas (1834–1907) atrado kritinės temperatūros egzistavimą (1860), išvedė bendrąją dujų būsenos lygtį (1874) ir sukūrė cheminę tirpalų teoriją (1887). Mendelejevo mokinys D. P. Konovalovas (1889) yra vienas iš sprendimų teorijos pradininkų. AT pabaigos XIX in. materijos sandaros doktrinos srityje buvo padaryta nemažai didelių atradimų, kurie įrodė atomo sandaros sudėtingumą ir suvaidino didžiulį vaidmenį plėtojant fizikinę chemiją. Tai apima J. B. Perrin (1895) ir J. Thomson (1897) elektrono atradimus, R. Plancko (1900) kvantinę šviesos prigimtį, P. N. Lebedevo (1899) šviesos slėgio egzistavimą, tyrimą (nuo 1898 m.) P. Curie ir M. Sklodowska-Curie radioaktyvumo reiškiniai. Iki XX amžiaus pradžios. fizikinė chemija buvo apibrėžta kaip mokslas, tiriantis medžiagos struktūrą, cheminę termodinamiką, įskaitant termochemiją ir pusiausvyros teoriją, tirpalus, cheminę kinetiką ir elektrochemiją. Buvo taikomi nauji teoriniai metodai, išryškėjo atomų, molekulių, kristalų sandaros tyrimai. Medžiagos sandaros doktrina, ypač atomų ir molekulių sandara, sparčiausiai vystėsi XX a. Didelis laimėjimas šioje srityje buvo atomo branduolinė teorija, kurią pasiūlė E. Rutherford (1911) ir išplėtota pirmoje kiekybinėje vandenilio atomo teorijoje, kurią sukūrė danų fizikas N. Bohras (1913). Cheminio ryšio prigimties ir molekulių sandaros tyrimas vystėsi lygiagrečiai su atomo sandaros tyrimais. Iki 1920-ųjų pradžios W. Kossel ir G. N. Lewis sukūrė elektroninės cheminio ryšio teorijos pagrindus. VG Geitleris ir F. Londonas (1927) sukūrė kvantinę-mechaninę cheminio ryšio teoriją. Remiantis didžiausiais fizikos atradimais atomų sandaros srityje ir naudojant kvantinės mechanikos bei statistinės fizikos teorinius metodus, taip pat naujus eksperimentinius metodus, tokius kaip rentgeno analizė, spektroskopija, masės spektroskopija, magnetiniai metodai. pažymėti atomai ir kiti, fizikai ir fizikiniai chemikai padarė didelę pažangą tyrinėdami molekulių ir kristalų struktūrą ir suprasdami cheminio ryšio prigimtį. Cheminių reakcijų greičių teorija, t.y., cheminė kinetika, buvo labai išplėtota ir dabar siejama būtent su molekulių sandaros ir ryšių tarp atomų molekulėje stiprumo tyrimais. Atsirado ir sėkmingai vystosi naujos fizikinės chemijos šakos: magnetochemija, radiacinė chemija, aukštųjų polimerų fizikinė chemija, fizikinė silikatų chemija, dujų elektrochemija ir kt. Kaip ir kiti mokslai, fizikinė chemija ir atskiros jos šakos ypač sėkmingai atsirado arba pradėjo vystytis. tais laikotarpiais, kai dėl vienokių ar kitokių praktinių poreikių reikėjo sparčiai plėtoti kurią nors pramonės šaką, o ši plėtra reikalavo stiprios teorinis pagrindas. Čia reikia atkreipti dėmesį į pagrindinius N. S. Kurnakovo tyrimus fizikinė ir cheminė analizė, A. N. Frumkino darbas elektrochemijos srityje, N. N. Semenovo grandininių reakcijų teorijos sukūrimas, A. A. Balandino heterogeninės katalizės teorijos sukūrimas. Fizinė chemija atlieka pagrindinį vaidmenį sprendžiant daugybę problemų, su kuriomis susiduria chemijos mokslas ir praktika. Šiuo metu fizikinė chemija yra savarankiška disciplina, turinti savo tyrimo metodus ir yra taikomųjų chemijos inžinerijos disciplinų teorinis pagrindas. 1.2. FIZIKINĖS CHEMIJOS DALYKAS IR TIKSLAI Fizikinė chemija – mokslas apie cheminių procesų ir fizikinių reiškinių dėsningumus. Pagrindinis fizikinės chemijos uždavinys – pagrindinių dėsningumų, lemiančių cheminių procesų kryptį, jų greitį, terpės, priemaišų, spinduliuotės įtaką, maksimaliai naudingo produkto išeigos gavimo sąlygas, tyrimas ir paaiškinimas. Fizinės chemijos studijos leidžia suprasti chemijos dėsnius, taip pat numatyti ir valdyti cheminius reiškinius. Šiuolaikinė fizikinė chemija leidžia išspręsti efektyvios gamybos kontrolės, gamybos procesų intensyvinimo ir automatizavimo problemas. Jis tarnauja kaip teorinis pagrindas cheminė technologija . Tokie svarbūs cheminės technologijos gamybos procesai kaip amoniako sintezė ir oksidacija, kontaktinė sieros rūgšties gamyba, etanolio gamyba iš gamtinių dujų, naftos krekingo ir daugelis kitų yra pagrįsti šių procesų reakcijų fizikinių ir cheminių tyrimų rezultatais. 5 procesai. Be fizikinės chemijos neįmanoma išspręsti norimų savybių medžiagų kūrimo, naujų dabartinių šaltinių kūrimo ir daugelio kitų efektyvios gamybos problemų. Todėl fizinės chemijos žinios būsimiems procesų inžinieriams atveria puikias galimybes spręsti įvairias problemas, su kuriomis susiduriama praktinėje inžinieriaus veikloje gamyklose ir mokslo institutuose. Mokslo pavadinimas – „fizinė chemija“ – atspindi tiek jo atsiradimo istoriją dviejų mokslų – fizikos ir chemijos – sandūroje, tiek ir tai, kad jis plačiai taiko teorinius fizikos dėsnius ir eksperimentinius metodus tirdamas cheminiai reiškiniai. 1.3. FIZIKINĖS CHEMIJOS METODŲ KLASIFIKACIJA Fizikinėje chemijoje taikomi keli teoriniai metodai.  Kvantinis cheminis metodas naudoja elementariųjų dalelių savybes cheminėms transformacijoms apibūdinti. Naudojant kvantinės mechanikos dėsnius, aprašomos molekulių savybės ir reaktyvumas, taip pat cheminio ryšio pobūdis, pagrįstas elementariųjų dalelių, sudarančių molekules, savybėmis.  Termodinaminis (fenomenologinis) metodas remiasi keliais dėsniais (postulatais), kurie yra eksperimentinių duomenų apibendrinimas. Tai leidžia jų pagrindu išsiaiškinti energetines sistemos savybes, numatyti cheminio proceso eigą ir jo rezultatą pagal pusiausvyros momentą.  Kvantinis statistinis metodas paaiškina medžiagų savybes remiantis jas sudarančių molekulių savybėmis.  Kinetinis metodas leidžia nustatyti mechanizmą ir sukurti cheminių procesų teoriją, tiriant cheminių reakcijų greičio kitimą nuo įvairių veiksnių. Fizinei chemijai būdingas platus matematikos panaudojimas, kuris ne tik leidžia tiksliausiai išreikšti teorinius dėsnius, bet ir yra būtinas įrankis jiems nustatyti. 6 2 SKYRIUS. PAGRINDINIAI TERMODINAMIKOS DĖSNIAI Žodis „termodinamika“ kilęs iš graikų termino therme – šiluma ir dinamis – jėga. Termodinamika yra mokslas apie įvairių rūšių energijos transformavimą iš vienos į kitą. Cheminė termodinamika tiria įvairių rūšių energijos transformaciją, vykstančią cheminių reakcijų metu. 2.1. PAGRINDINĖS CHEMINĖS TERMODINAMIKOS SĄVOKOS Sistema – tai atskiras kūnas arba kūnų grupė, sąveikaujanti ir atskirta nuo aplinkos realiu arba įsivaizduojamu apvalkalu (riba). Atvira sistema yra sistema, kuri keičiasi medžiagomis (mase) ir energija (pavyzdžiui, šiluma) su išorine aplinka. Izoliuota sistema (arba uždara sistema) yra sistema, kuri nekeičia šilumos ir neveikia su aplinka. Izoliuotos sistemos energija ir tūris yra pastovūs laike. Tokios sistemos pavyzdys yra, pavyzdžiui, termosas. Jei riba nepraeina šilumos, tada sistemoje vykstantis procesas vadinamas adiabatiniu. Kai sistema keičiasi šiluma ir dirba su aplinka, pokyčiai vyksta tiek sistemoje, tiek aplinkoje. Termodinaminės sistemos gali būti vienalytės arba nevienalytės. Jei sistemos viduje nėra sąsajų, atskiriančių skirtingos sudėties ar struktūros sistemos dalis, tada ši sistema vadinama vienalyte. Atitinkamai nevienalytė sistema yra sistema, susidedanti iš įvairių dalių, kurios skiriasi struktūra arba cheminė sudėtis . Šios dalys vadinamos fazėmis. Taigi fazė yra nevienalytės sistemos dalis, kurią riboja sąsaja ir kuri visuose taškuose pasižymi tomis pačiomis fizinėmis ir cheminėmis savybėmis. Kiekviena sistema susideda iš vienos ar daugiau medžiagų. Atskiros cheminės medžiagos, kurias galima atskirti nuo sistemos ir egzistuoti už jos ribų kaip atskira fazė, vadinamos sistemos sudedamosiomis medžiagomis. Pavyzdžiui, stiklinėje yra vandens, kuriame nuleista platinos plokštelė. Virš stiklo yra dujų mišinys: deguonies, vandenilio ir azoto. Ši sistema yra trifazė, joje yra penkios sudedamosios medžiagos. 7 Sistemos termodinaminė būsena yra nepriklausomų kintamųjų (sistemos parametrų) verčių rinkinys, lemiantis jos savybes. Bet kuri sistemos savybė gali būti vadinama termodinaminės būsenos parametru, jei ji laikoma vienu iš nepriklausomų kintamųjų, lemiančių sistemos būseną. Termodinamika materiją laiko ištisine terpe ir tyrimams naudoja tokius termodinaminius parametrus, kurie yra daugelio dalelių (makroparametrų) veikimo rezultatas. Pavyzdžiui, cheminės reakcijos, kuri vyksta net „normaliomis sąlygomis“, makroparametrai yra temperatūra, slėgis, tūris, koncentracija, gravitacinių, magnetinių, elektrinių ir elektromagnetinių laukų stiprumas ir kt. „Normalios sąlygos“ yra 20–25 laipsnių temperatūra. °C, atmosferos slėgis, t.y. apie 101 kPa, gravitacijos pagreitis - vidutiniškai apie 9,8 m/s2, magnetinio lauko stipris - vidutiniškai apie 40 A/m, elektrinio lauko stipris - vidutiniškai apie 130 V/m, matomos šviesos apšvietimas - apie 500 liuksų vidutiniškai. Norint apibūdinti sistemos termodinaminę būseną, reikia žinoti ne visas savybes, o tik mažiausią jų skaičių, vadinamuosius nepriklausomus sistemos parametrus. Paprastai aprašydami Žemėje vykstantį cheminį procesą nenurodome lauko charakteristikų, nes jos yra pastovios ir todėl neturi įtakos reakcijos produktų sudėčiai ir išeigai. Jei cheminis procesas vykdomas stiprių magnetinių ar elektrinių laukų sąlygomis arba intensyviai apšvitinant ultravioletiniais, rentgeno spinduliais ar net matoma šviesa, lauko parametrai turės didelę įtaką reakcijos produktų sudėčiai ir išeigai. . Tokiu atveju reikia nurodyti lauko parametrus. Termodinaminiai parametrai skirstomi į ekstensyvius ir intensyvius. Nagrinėjamo darbinio skysčio ar termodinaminės sistemos masei (arba medžiagos kiekiui) proporcingi kiekiai vadinami ekstensyviais, tai tūris, vidinė energija, entalpija ir kt. Intensyvūs dydžiai nepriklauso nuo termodinaminės sistemos masės. Tai, pavyzdžiui, temperatūra ir slėgis. Slėgis yra fizikinis dydis, lygus jėgos, tolygiai paskirstytos kūno paviršiuje, ir paviršiaus ploto, esančio statmenai jėgai, santykiui: p \u003d S Slėgio vienetas SI - paskalis (Pa) yra slėgis, kurį sukelia 1 N jėga, tolygiai paskirstyta 1 m2 ploto paviršiuje, esančiame statmenai jėgos krypčiai: 1 N/m2 = 1 Pa. Praktikoje kartotiniai ir keli vienetai slėgis: kilopaskalis 8 (103 Pa = 1 kPa); megapaskalis (106 Pa = 1 MPa); hektapaskalis (102 Pa = 1 hPa), taip pat nesisteminis blokas - baras (1 baras = 105 Pa). Remiantis molekulinės-kinetinės teorijos išvadomis, dujų slėgis yra atsitiktinai nuolat judančių molekulių smūgių į kraujagyslės sienelę rezultatas. Paprasčiausi ryšiai tarp parametrų ir molekulių elgsenos buvo gauti idealioms dujoms. Idealios dujos suprantamos kaip dujos, susidedančios iš elastingų molekulių, tarp kurių nėra sąveikos jėgų, kurių vidinis tūris yra nežymiai mažas, palyginti su dujų užimamu tūriu. Bet kokios tikros dujos santykinai žemame slėgyje (arti atmosferos) elgiasi praktiškai kaip idealios (griežtai esant p → 0). Idealiųjų dujų būsenos lygtis – Mendelejevo – Klapeirono lygtis turi tokią formą: pV = nRT, kur p – dujų slėgis, Pa; V - tūris, m3; n – dujų kiekis, mol; R yra universali dujų konstanta, lygi 8,314 J/(mol K); T – absoliuti temperatūra, K. Temperatūra apibūdina sistemos šiluminę būseną. Eksperimentiškai galima nustatyti šiltesnio ir šaltesnio kūno sąvokas, tačiau temperatūros tiesiogiai išmatuoti negalima. Jis nustatomas iš kitų fizikinių parametrų, priklausančių nuo temperatūros, skaitinių verčių, kurios yra empirinių temperatūros skalių sudarymo pagrindas. Įvairūs fiziniai dydžiai gali būti tokie parametrai (termometriniai parametrai). Tarp jų yra kūno tūris esant pastoviam slėgiui, slėgis esant pastoviam tūriui, elektrinis laidumas, termoelektromotorinė jėga, geometriniai kūnų parametrai, šviesumas ir kt. Prietaisas temperatūrai matuoti vadinamas termometru. Bet kuriai empirinei temperatūros skalei sudaryti naudojamos trys prielaidos: 1) laipsnio dydis nustatomas pasirenkant skaitinę ∆T reikšmę tarp dviejų etaloninių temperatūros taškų – temperatūros etalonų; 2) temperatūros nulio padėtis empirinėse skalėse yra savavališka; 3) daroma prielaida, kad termometrinė funkcija yra tiesinė tam tikrame temperatūros diapazone. Grynų medžiagų fazių perėjimai naudojami kaip atskaitos taškai. Pavyzdžiui, empirinėje Celsijaus skalėje kaip atskaitos taškai laikomi vandens lydymosi ir virimo taškai esant atmosferos slėgiui (atitinkamai 0 ir 100 laipsnių). Intervalas tarp šių temperatūrų padalinamas į šimtą lygių dalių (Celsijaus laipsniai – °C). Nors objektyvi temperatūros skalė gali būti sudaryta naudojant bet kurią teoriškai apibrėžtą termometrinę funkciją, termodinamika kaip tokią funkciją naudoja idealiųjų dujų būsenos lygtį. Dujų termometras leidžia atlikti tiksliausius (arti absoliučios temperatūros skalės – Kelvino skalės) temperatūros matavimus. Tačiau temperatūros nustatymas dujų termometro skalėje yra gana sunkus darbas, kuris atliekamas tik norint nustatyti kelių fazių virsmų atskaitos taškų absoliučias temperatūras, kurios laikomos atskaitos taškais. Tarpinės temperatūros paprastai nustatomos empiriniais termometriniais metodais. Tarptautinė praktinė temperatūros skalė (IPTS), priimta 1954 m., yra tiksliausias absoliučios temperatūros skalės aproksimavimas šiuo metu. Priešingai nei empirinės skalės, MPSH naudoja vieną eksperimentinį atskaitos temperatūros tašką. Kaip toks taškas buvo naudojama vandens trigubo taško temperatūra (kai ledas, vanduo ir vandens garai yra pusiausvyroje vienu metu). Trigubo vandens taško temperatūra IPTS paimta kaip 273,16 K (tiksliai). Esant atmosferos slėgiui, ledas tirpsta 0,01° žemiau. Atskaitos taškas Celsijaus skalėje – 0 °C – atitinka 273,15 K. Visų kitų atskaitos taškų (išskyrus trigubą vandens tašką) temperatūrų skaitinė reikšmė nuolat tikslinama, nes didėja darbo su dujų termometru tikslumas. 1968 m. kaip atskaitos temperatūros taškai buvo rekomenduoti dvylika atskaitos taškų, apimančių intervalą nuo vandenilio trigubo taško iki aukso lydymosi taško. Šiuo metu Celsijaus temperatūra (t) išreiškiama kaip santykis su absoliučia temperatūra (T), kuri yra: T = 273,15 + t. Sistemos savybės, kurios gali būti vienareikšmiškai išreikštos temperatūros, slėgio ir sistemą sudarančių medžiagų koncentracijos funkcijomis, vadinamos termodinaminėmis funkcijomis. Pavyzdžiui, šiluminė talpa, vidinė energija, entropija ir tt Jei termodinaminės funkcijos pokytis priklauso tik nuo pradinės ir galutinės sistemos būsenos ir nepriklauso nuo proceso kelio, tai tokia funkcija vadinama būsena. sistemos funkcija. Termodinaminis procesas – tai bet koks sistemos pokytis, susijęs su bent vieno termodinaminio parametro pasikeitimu. Žiedinis procesas arba ciklas – tai procesas, kurio metu termodinaminė sistema, palikusi tam tikrą pradinę būseną ir patyrusi eilę pokyčių, grįžta į tą pačią būseną; šiame procese bet kurio būsenos parametro pokytis yra lygus nuliui. dešimt

    Taip pat skaitykite