Fizička hemija kao temeljna hemijska nauka. Odjeljci fizičke hemije. Struktura molekula i spektroskopije
1. Fizička hemija: svrha, zadaci, metode istraživanja. Osnovni pojmovi fizička hemija.
Phys. hemija - Nauka o zakonima Chem.procesi i njega. Fenomena.
Predmet FIZ-a. Hemijsko objašnjenje. pojave na osnovu općih zakona fizike. Phys.Chimiya smatra dvije glavne grupe pitanja:
1. Proučavanje strukture i svojstava tvari i komponenti njegovih čestica;
2. Proučavanje procesa interakcije tvari.
FIZ Chemistry ima za cilj proučavanje veza M / u njemu mi i physi fenomene. Poznavanje takvih veza je neophodno u cilju učenja hemijskog dublja u prirodi i koristi se u tehnologu. Procesi kontroliraju dubinu i smjer reakcije. Glavni cilj discipline fizičke školske studije općih odnosa i zakona od njega. Procesi zasnovani na osnovnim principima fizike. Phys.chemy primjenjuje PIZ. Teorije i metode za hemikalije.
Objašnjava zašto i kako se javljaju transformacije tvari: Chem. Reakcije i fazni prijelazi. Zašto - chem.termodinamics. Upita kinetika.
Osnovni pojmovi FIZ-a. Hemija
Glavni objekt Chem. Termodinamika je termodinamički sistem. Termodinamički. sistem - Bilo koje tijelo ili skup tijela koja mogu zamijeniti m / akt i druga tijela energije i u b. Sistemi su podijeljeni na otvoreni, zatvoreni i izolirani. Otvoren i ja - termodinamički sistem za razmjenu sa vanjskim okruženjem i u B i energijom. Zatvoren i ja - Sistem, u kojem ne postoji razmjena sa okolinom, ali može se razmjenjivati \u200b\u200benergijom s njom. Izoliran i ja - Volumen sistema ostaje konstantan i lišen sposobnosti razmjene sa okolišem i energijom i u b.
Sistem može biti homogeni (homogeni) ili heterogeni (nehomogeni) ). Faza - Ovo je dio sistema koji je u odsustvu vanjski polje Snage imaju isti sastav u svim svojim tačkama i istom termodinamičkom. Odvojeni su i od ostalih dijelova dijela odjeljka. Faza je uvijek homogena, i.e. Homogena, tako da se jednofazni sistem naziva homogenim. Sistem koji se sastoji od nekoliko faza naziva se heterogenim.
Svojstva sustava su podijeljena u dvije grupe: opsežno i intenzivno.
U termodinamici koriste se pojmovi ravnoteže i reverzibilni procesi. Ravnoteža - Ovo je proces koji prolazi kroz kontinuirani broj stanja ravnoteže. Reverzibilni termodinamički proces - Ovo je proces koji se može izvesti u suprotnom smjeru bez ikakvih promjena u sustavu i okolišu.
2. Itho zakon termodinamike. Unutarnja energija, toplina, posao.
Prvi vrh termodinamikedirektno povezano sa zakonom očuvanja energije. Na osnovu ovog zakona slijedi da u bilo kojem izoliranom sistemu energija ostaje konstantna. Druga formulacija prvog početka termodinamike slijedi iz zakona energije - nemogućnost stvaranja vječnog motora (Perpetuum mobile) prve vrste, što bi proizvelo rad bez trošenja. Posebno važno za hemijsku termodinamičku formulaciju
prvi početak je izraz toga kroz koncept interna energija: Interna energija je funkcija funkcije, i.e. Njegova promjena ne ovisi o putu procesa, ali ovisi o početnom i krajnjem stanju sustava. Promijenite interni energetski sistem U.može se pojaviti zbog razmjene topline TUŽILAC WHITING - PITANJE:i posao W.sa okolinom. Zatim, van zakona očuvanja energije, slijedi da se toplina dobivena od strane toplotnog sustava Q troši na priraštaj interne energije Δu i radnog w, savršenog sistema, i.e. Q \u003d.Δ U + W.. Ovo w.jednakost je
matematički izraz prvog početka termodinamike.
I. Početak termodinamike Njegova formulacija:
u bilo kojem izoliranom sistemu, opskrba energijom ostaje konstantna;
različiti oblici energije idu jedni drugima u strogo ekvivalentnim količinama;
vječni motor (perpetuum mobilni) Prva vrsta je nemoguća;
Interna energija je funkcija funkcije, tj. Njegova promjena ne ovisi o putu postupka, ali ovisi samo o početnom i krajnjem stanju sustava.
analitički izraz: TUŽILAC WHITING - PITANJE: = D. U. + W. ; Za beskonačno male promjene u veličini d. TUŽILAC WHITING - PITANJE: = du + d. W. .
1. početak termodinamike postavlja odnos. m / u toplom q, rad a i promjena u loksu. Energetski sistem Δu. Promjena unutarnjeg. Energija sustava jednaka je broju prijavljenog toplotnog sustava minus količinu rada koji je izvršio sistem protiv vanjskih sila.
Jednadžba (I.1) je matematički zapisnik 1. početka termodinamike, jednadžbe (I.2) - za beskonačno male promjene u SOST-u. Sistemi.
Unutrašnji Trošak energije - Funkcija; To znači da je promjena interna. Energija Δu ne ovisi o putu prijelaza sustava iz države 1 da bi država 2 i jednaka razlikovanju u dodacima. Energija U2 i U1 u tim državama: (I.3)
Unutrašnji Energija sustava je iznos potencijalne interakcije energije. Sve čestice karoserije m / je takođe kinetička energija njihovog pokreta (bez Kinetiča. I potencijalno. Energija sistema u cjelini). Iznutra. Energija sistema ovisi o prirodi BA, njegovim masama i iz parametara sistema sistema. Ona je starost. Uz povećanje mase sistema, jer je to opsežni sistem obveznice. Unutrašnji Energija je označena od strane litera u i ekspres u džulama (j). Općenito, za sustav sa brojem 1 mol. Unutrašnji Energija, poput bilo koje termodinamičke. SV-u sistemu, to je funkcija SOST-a. Neposredno u eksperimentu, očituju se samo promjene. Energija. Zbog toga se, u proračunima uvijek upravlja svojom promjenom U2 -u1 \u003d u.
Sve promjene unutarnje. Energija je podijeljena u dvije grupe. U prvoj grupi grupa uključuje samo 1 - i kretanje pokreta kaotičnim sudarima molekula dvaju kontaktnih tijela, I.E. Termičkom provodljivošću (i istovremeno zračenjem). Mjera pokreta prenesena na ovaj način je toplina. Koncept toplopovezana s ponašanjem ogromnog broja čestica - atomi, molekula, jona. Oni su u stalnom haotičnom (termičkom) pokretu. Forma za prijenos energije - energije. Drugi način razmjene energije - radite.Ova razmjena energije nastala je zbog akcije koju je izvršio sistem ili radnja počinjena na njemu. Obično radi ukazuju na simbol W.. Rad, kao i toplina, nije funkcija stanja sistema, tako da vrijednost koja odgovara beskonačno malom radu označena je posebnim izvedenim simbolom - W..
Klasifikacija nauka temelji se na klasifikaciji oblika kretanja materije i njihovim odnosom i razlikom. Stoga, kako bi se ocrtali granice fizičke hemije s nizom dionica fizike i hemiju, treba razmotriti vezu i razlika između hemijskih i fizičkih oblika kretanja.
Za hemijsku obrazac zahtjeva, I.E., za hemijski proces karakteristična je promjena broja i rasporeda atoma u molekuli reaktivnih tvari. Među mnogim fizički oblici kretanja (elektromagnetsko polje, kretanje i pretvorba elementarnih čestica, fiziku atomskog jezgara itd.), posebno bliski odnos s kemijskim procesima ima intramolekularni oblik pokreta (oscilacije u molekuli njegovog elektronskog uzbuđenja i jonizacije). Najjednostavniji hemijski proces je elementarni čin toplotne disocijacije molekule, odvija se intenzitet intenziteta (amplitude i energije) oscilacija u molekuli, posebno oscilacija jezgra duž valence između njih. Postizanje poznate kritične količine energije oscilacije u smjeru određene veze u molekuli dovodi do rupture ove veze i disocijaciju molekule u dva dijela.
Složenije reakcije koje uključuju nekoliko (obično dva) molekula mogu se posmatrati kao spoj dva molekula kada se sudaraju u kontinuiranoj i kratkog življenog kompleksa (takozvani aktivni kompleks) i na brzom uništavanju ovog kompleksa za nove molekule, Budući da je ovaj kompleks sa unutrašnjim oscilacijama nestabilan. Prema određenim odnosima.
Dakle, osnovni hemijski čin je posebna, kritična tačka oscilatornog kretanja molekula. Potonje se ne može smatrati hemijskim pokretom, ali je osnova za primarne hemijske procese.
Za hemijsku pretvorbu značajnih masovnih supstanci, I.E. skup molekula, sudara molekula i razmjenu energija između njih (prijenos prijenosa molekula reakcijskih proizvoda na izvor molekulama sudara). Dakle, pravi hemijski proces usko je povezan s drugom fizički oblik pokreta - haotično kretanje molekula makroskopskih tijela, koje se često nazivaju termičkim pokretom.
Nadnostavo, međusobni odnos hemijskog oblika kretanja sa dva fizička oblika kretanja u najčešćim karakteristikama. Očigledno da postoje iste veze hemijskog procesa sa emisijom kretanja elektromagnetskog polja, sa ionizacijom atoma i molekulama (elektrohemija) itd.
Struktura materije . Ovaj dio uključuje strukturu atoma, strukturu molekula i doktrinu agregatnih država.
Doktrina strukture atoma ima veći stav prema fizici nego na fizičku hemiju. Ovo podučavanje je osnova za proučavanje strukture molekula.
U nastavi se na strukturi molekula, geometrije molekula, intramolekularni pokreti i sile istražuju se atomi u molekuli. U eksperimentalnim studijama strukture molekula, dobiveno je metoda molekularne spektroskopije (uključujući radio spektroskopiju), široko korištena električna, radiografska, magnetna i druga metoda.
U nastavi u agregatnim državama razmatraju se interakcije molekula u plinovima, tekućinama i kristalama, kao i svojstva tvari u različitim zbirnim stanjima. Ovaj vrlo važan dio nauke može se smatrati dijelom fizike (molekularna fizika) za fizičku hemiju.
Čitav dio na strukturi tvari također se može smatrati dijelom fizike.
Hemijska termodinamika . U ovom se odjeljku na temelju zakona opće termodinamike predstavljeni zakoni hemijske ravnoteže i doktrine faznih ravnoteža, koji se obično naziva pravilom faze. Dio hemijske termodinamike je termohemija,u kojim se razmatraju toplotni efekti hemijske reakcije.
Doktrina rješenja ima za cilj objasniti i predvidjeti svojstva rješenja (homogene mješavine nekoliko tvari) na osnovu svojstava tvari koje čine rješenje.
Rješenje ovog problema zahtijeva izgradnju opšte teorije interakcije heterogenih molekula, I.E. rješenja za glavni zadatak, molekularna fizika. Za razvoj općih teorija i privatnih generalizacija, proučava se molekularna struktura rješenja i njihova različita svojstva ovisno o kompoziciji.
Doktrina površinskih pojava . Proučavaju se različita svojstva površinskih slojeva čvrstih tijela i tečnosti (granice odvajanja između faza); Jedna od glavnih proučanih pojava u površinskim slojevima je adsorpcija(akumulacija tvari u površinskom sloju).
U sistemima, gdje su površine dijela između tekućih, čvrstih i gasovitih faza vrlo razvijene (koloidna rješenja, emulzije, magla, dimmovi), svojstva površinskih slojeva stječu osnovnu vrijednost i određuju mnoga osebujna svojstva cjelokupnog sistema kao Količina. Takav mikroheterogenisistemi se proučavaju koloidna hemija,koji je glavni nezavisni dio fizičke hemije i neovisna obrazovna disciplina u hemijskim visokim obrazovnim ustanovama.
Elektrohemija. Proučava se interakcija električnih pojava i hemijskih reakcija (elektroliza, hemijski izvori električne struje, teorija elektrosinteze). U elektrohemiji, obično doktrina na svojstvima elektrolitnih rješenja, koja se mogu pripisati jednakim pravima učenja o rješenjima.
Hemijska kinetika i kataliza . Proučava se stopa hemijskih reakcija, ovisnost o reakcijskoj stopi od vanjskih uvjeta (pritisak, temperatura, električni pražnjenje itd.), Povezanost reakcije stope sa strukturom i energetskom stanjem molekula, utjecaj na reakcijsku stopu tvari koje nisu uključene u stoichiometrijska reakciona jednadžba (kataliza).
Photohemija. Interakcija zračenja i supstanci uključenih u kemijske transformacije (reakcije koje se javljaju pod utjecajem zračenja, poput fotografskih procesa i fotosinteze, luminescencija). Photohemija je usko povezana sa hemijskim kinetikama i podučavanje o strukturi molekula.
Gornji popis glavnih dionica fizičke hemije ne pokrivaju neke nedavne površine i manje dijelove ove nauke, koji se mogu posmatrati u sklopu većih odjeljaka ili kao neovisnih dijelova fizičke hemije. Takav, na primjer, zračenjem hemije, fizikalohemija visokih molekularnih tvari, magnetohemiju, elektrohemiju plina i drugih dijelova fizičke hemije. Vrijednost nekih od njih trenutno brzo raste.
Fizičko-hemijske metode istraživanja
Glavne metode fizičke hemije, prirodno su metode fizike i hemije. Ovo je prije svega eksperimentalna metoda - studija ovidosti nekretnina tvari iz vanjskih uvjeta i eksperimentalnoj proučavanju zakona protoka hemijskih reakcija u vremenu i zakonima hemijske ravnoteže.
Teorijsko razumijevanje eksperimentalnog materijala i stvaranje vitkog sistema znanja o svojstvima tvari i zakoni hemijskih reakcija temelji se na sljedećim metodama teorijske fizike.
Kvantna-mehanička metoda (Konkretno, malena mehanička metoda) u osnovi učenja na strukturi i svojstvima pojedinih atoma i molekula i interakcije njih među sobom. Činjenice koje pripadaju nekretninama pojedinih molekula dobivaju se uglavnom koristeći eksperimentalne optičke metode.
Način statističke fizike dajući sposobnost izračunavanja svojstava tvari; Sastoji se od više molekula ("makroskopske" svojstva), na osnovu informacija o svojstvima pojedinih molekula.
Termodinamička metoda , omogućujući vam kvantificiranje različitih svojstava tvari ("makroskopske" svojstva) i izračunati neka od tih svojstava na temelju eksperimentalnih vrijednosti drugih svojstava.
Moderne fizikalno-hemijske studije u bilo kojem određenom području karakteriziraju se upotrebom različitih eksperimentalnih i teorijskih metoda za proučavanje različitih svojstava tvari i pojašnjavaju njihovu vezu sa strukturom molekula. Čitav skup podataka i gornjih teorijskih metoda koristi se za postizanje glavnog cilja - za određivanje ovisnosti smjera, brzine i granica protoka kemijskih transformacija iz vanjskih uvjeta i na strukturi molekula - sudionika u hemijskim reakcijama.
Fizička hemija
§ 1. Predmet fizičke hemije. Njegova vrijednost
Odnos hemijskih i fizičkih pojava studija fizička hemija.Ova je hemijska industrija granica između hemije i fizike. Koristeći teorijske i eksperimentalne metode obje nauke, kao i vlastite metode, fizička hemija bavi se multilateralnom proučavanjem hemijskih reakcija i fizičkih procesa povezanih s njim. Budući da, međutim, čak i multilateralna studija nikada nije potpuna i ne pokriva fenomen iscrpnog puta, do sada zakoni i obrasci fizičke hemije, kao i druge prirodne nauke, uvijek pojednostavljuju fenomen i nemojte ga potpuno ne odražavati.
Brzi razvoj i rastuća važnost fizičke hemije povezani su sa svojim graničnim položajem između fizike i hemije. Glavni ukupni zadatak fizičke hemije je predviđanje vremenskog procesa procesa i konačnog rezultata (ravnotežnija država) u različitim uvjetima na temelju podataka o strukturi i svojstvima tvari koje su sustav proučavali.
§ 2. Kratki esej povijesti razvoja fizičke hemije
Izraz "Fizička hemija" i definicija ove nauke prvo je dala M.V. Lomonosov, koji je 1752-1754. Pročitao sam studente Akademije nauka o fizičkoj hemiji i napustili rukopis ovog predmeta "Uvod u istinu fizičku hemiju" (1752). Lomonosov je izveo mnoge studije čije teme odgovaraju "planu tokom fizičke hemije" (1752) i Program eksperimentalnog rada "Iskustvo fizičke hemije" (1754). Prema njegovom rukovodstvu, provedena je i studentska radionica o fizičkoj hemiji.
Lomonosov je dao sljedeću definiciju fizičke hemije: "Fizička hemija je nauka koja objašnjava na osnovu odredbi i eksperimentima fizike Što se događa u miješanim tijelima u hemijskim operacijama." Ova definicija je blizu moderne.
Za razvoj fizičke hemije, otkriće dva termodinamička zakona usred XIX veka (S. Carno, Yu.r. Maer, Gelmgolts, DP Jowle, R. Kulausius, V. Thomson) bila je od velike važnosti.
Broj i raznolikost studija koje leže na terenu, granica između fizike i hemije stalno se povećavaju u XIX veku. Razvijena je termodinamička doktrina hemijske ravnoteže (K.M.GULDBERG, P.VAAGE, D.U. Bakebs). Istraživanje L.F.VILGELMI obilježio je početak proučavanja stope kemijskih reakcija (hemijska kinetika). Istražen je prijenos električne energije (I.V.Gittorf, F.V.g. Kolraush), proučavani su zakoni ravnoteže rješenja sa trajektom (DPkovalov) i razvijena je teorija rješenja (D. I. Mendeleev).
Priznanje fizičke hemije kao neovisna nauka i obrazovna disciplina Izraženo je u Instituciji na Univerzitetu u Leipzigu (Njemačka) 1887. godine Prvi odjel za fizičku hemiju predvođenu V. Super i u podnožju prvog naučnog časopisa o fizičkoj hemiji. Krajem 19. stoljeća, Univerzitet u Leipzigu bio je Centar za razvoj fizičke hemije, a vodeći fizico-hemičari bili su V. Suvald, Ya.h.vant-Hoff, S.ARNius i V.Nestst. U ovom trenutku određene su tri glavna dijela fizičke hemije - hemijska termodinamika, hemijska kinetika i elektrohemija.
Do najvažnija područja Nauka, čiji je razvoj preduvjet tehničkog napretka, odnosi se na proučavanje hemijskih procesa; Fizička hemija pripada vodećoj ulozi u razvoju ovog problema.
§ 3. Odjeljci fizičke hemije. Metode istraživanja
Hemijska termodinamika. U ovom su odjeljku, na osnovu zakona opće termodinamike, su postavljeni zakoni hemijske ravnoteže i doktrina fazne ravnoteže.
Doktrina rješenja ima za cilj objasniti i predvidjeti svojstva rješenja (homogene mješavine nekoliko tvari) na osnovu svojstava tvari koje čine rješenje.
Doktrina površinskih pojava. Proučava se razna svojstva površinskih slojeva čvrstih tijela i tečnosti (granice odvajanja između faza); Jedna od glavnih proučanih pojava u površinskim slojevima je adsorpcija(akumulacija tvari u površinskom sloju).
U sistemima, gdje su površine dijela između tekućih, čvrstih i gasovitih faza visoko razvijene (emulzije, magla, dim itd.), Svojstva površinskih slojeva stječu osnovnu vrijednost i određuju mnoga osebujna svojstva cjelokupnog sistema kao Količina. Takav raspršen (mikroheterogena)sistemi se proučavaju koloidna hemija,što je glavni neovisni dio fizičke hemije.
Gornja lista glavnih dionica fizičke hemije ne pokrivaju neke površine i manje dijelove ove nauke, koji se mogu posmatrati u sklopu većih dijelova ili kao neovisni odjeljci fizičke hemije. Još jednom bi trebao naglasiti bliski odnos različitih dijelova fizičke hemije. U istraživanju bilo kojeg pojava potrebno je koristiti arsenal zastupanja, teorija i metoda za proučavanje mnogih odjeljaka hemije (i često iz drugih nauka). Samo u početnom poznanstvu sa fizičkom hemijom moguće je u akademske svrhe Distribuirajte materijal na navedenim odjeljcima.
Fizičko-hemijske metode istraživanja. Glavne metode fizičke hemije, prirodno su metode fizike i hemije. To je prije svega eksperimentalna metoda - proučavanje ovisnosti o svojstvima tvari iz vanjskih uvjeta, eksperimentalnoj proučavanju zakona protoka različitih procesa i zakoni hemijske ravnoteže.
Teorijsko razumijevanje eksperimentalnih podataka i stvaranje vitkog sistema znanja temelji se na metodama teorijske fizike.
Termodinamička metoda, koja je jedna od njih, omogućava vam kvantificiranje različitih svojstava tvari ("makroskopske" svojstva) i izračunati neka od tih svojstava na temelju eksperimentalnih vrijednosti drugih svojstava.
I.
Prvi zakon termodinamike
§ 1. Energija. Zakon očuvanja i pretvaranje energije
Integralno svojstvo (atribut) materije je kretanje; Nije u stanju, poput samog materijala. Kretanje materije se očituje u različitim oblicima koji mogu pomeriti jedan u drugi. Mjera kretanja materije je energija.Kvantitativno se energija izražava na određeni način kroz parametre karakteristične za svaki specifičan oblik kretanja, a u jedinicama specifičnim za ovaj obrazac.
U sistemu jedinica sistema energije (grijanje i rad) je Joule ( J)jednak rad sile u 1 N. Na putu do 1 m.1 J \u003d 1 n · m.
Rasprostranjena energetska jedinica (toplina) kalorija trenutno je u kojoj se može koristiti incidentska jedinica za upotrebu. Trenutno trenutno korišteno po definiciji izjednačava se sa određenim brojem jowle-a: 1 cal.jednak 4,1868 Joule. Ova se jedinica koristi u inženjerstvu topline i može se pozvati kalorija za grijanje.U hemijskoj termodinamici, pomalo odličan je ekvivalentan 4,1840 Jouleu i pozvao termohemijska kalorija.Ekspedencija njegove primjene odnosi se na pogodnost korištenja opsežnog eksperimentalnog termohemijskog materijala prikupljenog u referentnim izdanjima izraženim u ovim jedinicama.
U pretvaranju jednog oblika kretanja u drugu energiju nestalih i kretanja, izražena u raznim jedinicama, ekvivalentna je jedni drugima, tj. Energija nestalog pokreta u stalnom je kvantitativnom stavu prema energiji pojave pokreta (zakon ekvivalentnih energetskih transformacija). Takav stav ne ovisi o vrijednostima energija dvaju oblika pokreta i o specifičnim uvjetima pod kojima se dogodio tranzicija jednog oblika kretanja u drugu. Dakle, kada se električna struja energija pretvara u energiju haotičnog molekularnog pokreta uvijek je jedna joeeela električne energije pretvara se u 0,239 cal.molekularna energija pokreta.
Dakle, energija kao mjera kretanja materije uvijek se očituje u kvalitativno osebujnom obliku koji odgovara ovom obliku pokreta, a izraženo je u odgovarajućim jedinicama mjerenja. S druge strane, kvantitativno odražava jedinstvo svih oblika kretanja, njihovu međusobnu transformaciju i neprofitabilnost pokreta.
Gornjim zakonom ekvivalentnih energetskih transformacija je fizičko iskusno pravo. Zakon ekvivalentnih energetskih transformacijamože se izraziti drugačije, naime u obliku zakon očuvanja i transformacije energije:energija se ne stvara i ne uništava; Sa svim procesima i pojavama, ukupna energija svih dijelova izoliranog materijalnog sustava uključenog u ovaj proces ne povećava se i ne opada, ostajući konstantno.
Zakon očuvanja i pretvorbe energije je univerzalan u smislu da se primjenjuje na fenomene koji teče proizvoljno velikim tijelima koja predstavljaju set ogromnog broja molekula i pojavama koji se odvijaju uz sudjelovanje jednog ili nekoliko molekula.
Za različiti oblici Mehanički pokret Zakon očuvanja energije dugo izraženo u visokokvalitetnom obliku (DeSectene - 1640) i kvantitativni oblik (Leibnitets - 1697).
Za međusobne transformacije topline i rada (vidi dolje), Zakon očuvanja energije dokazao je kao prirodno naučno pravo istraživanja YU. R. Mayer, Gelmgolts i D.p.Joule, održani u čelu XIX-a.
Koristeći zakon ekvivalentnih transformacija, moguće je da energija različitih oblika kretanja može se izraziti u jedinicama karakterističnim za jednu vrstu energije (jedan oblik kretanja), a zatim proizvode operacije dodavanja, oduzimanja itd.
§ 2. Predmet, metoda i granice termodinamike
Termodinamika je jedan od glavnih presjeka teorijske fizike. Termodinamika studira zakone međusobnih transformacija različitih vrsta energije povezane sa prelazima energije između tijela u obliku topline i rada. Smatrajući pažnju na toplinu i rad, kao oblici energetske tranzicije za širok izbor procesa, termodinamika uključuje brojne energetske obveznice u svom krugu razmatranja i ovisnosti između različitih svojstava tvari i daje vrlo široko primjenjive generalizacije koje nose ime zakoni termodinamike.
Pri uspostavljanju glavnih termodinamičkih uzoraka, energetske transformacije obično nisu detaljno (često vrlo složene) koje se događaju unutar tijela. Vrste energetike osebujne tijelu u ovoj državi nisu diferencirane; Kombinacija svih ovih vrsta energije smatra se samomnim interni energetski sistem .
Predmet termodinamike, gore navedeno, određuje metodu i granice ove nauke. Razlika između topline i rada primljene termodinamikom kao početnom položaju i opozicija topline djeluje smisla samo za tijela koja se sastoje od pluralnosti molekula, jer za jednu molekulu ili za skup mali broj molekula, koncept toplote i radova gubi značenje. Stoga termodinamika smatra samo tijelima koja se sastoje od velikog broja molekula, tzv makroskopski sistemiŠtaviše, termodinamika u svom klasičnom obliku ne uzima u obzir ponašanje i svojstva pojedinih molekula.
Termodinamička metoda karakteriše i činjenica da je objekt studije tijelo ili grupa tijela dodijeljena iz materijalnog svijeta u termodinamički sistem (u daljnjem tekstu sistem).
Sistem ima određene granice koje ga odvajaju iz vanjskog svijeta (okoliša).
Sistem je homogeni , ako svaki parametar ima svaki parametar u svim dijelovima sustava, iste vrijednosti ili kontinuirano mijenjaju od točke do tačke.
Sistem je heterogenski , ako se sastoji od nekoliko makroskopskih (zauzvrat iz mnogih molekula) dijelova odvojenih od strane jednog iz ostalih vidljivih površina odjeljka. Na tim površinama neki parametri variraju kao skok. Takav je, na primjer, sustav "Čvrsta sol zasićena vodena otopina soli - zasićene vodene pare". Ovdje na granicama soli - otopina i otopina - parni skokovi na sastav i gustinu.
Nazivaju se homogeni dijelovi sustava odvojeni od ostalih vidljivih površina odjeljka faze . Istovremeno, kombinacija pojedinih homogenih dijelova sustava s istim fizičkim i termodinamičkim svojstvima smatra se jednom fazom (na primjer, skup kristala jedne tvari ili set kapljica tekućine suspendirane u plinu i komponente magle). Svaka faza sistema karakterizira vlastiti status jednadžbi.
Sistem koji ne može komunicirati sa okruženjem sa supstancom i energijom (u obliku topline ili rada) naziva se izoliran .
Naziva se sustav koji može razmjenjivati \u200b\u200bokolišnu supstancu i energiju (u obliku topline ili rada) otvoren.
Sistem koji ne može komunicirati sa okolinom, već može razmjenjivati \u200b\u200benergiju (u obliku topline ili rada), naziva se zatvoren .
Termodinamika ispituje međusobnu vezu takvih mjerljivih svojstava materijalnog sustava u cjelini i njegovih makroskopskih dijelova (faze), kao temperaturu, pritisak, gustoću, gustinu i hemijsku kompoziciju faza, kao i neka druga svojstva kao odnos promjena u tim nekretninama.
Kombinacija termodinamike svojstava (tzv termodinamički parametri sistema) Određuje termodinamičko stanje sistema.Promjena bilo koje termodinamičke svojstva (barem jedan) dovodi do promjene termodinamičkog stanja sistema.
Svi procesi koji se nalaze u prirodi mogu se podijeliti u spontano (prirodno) i neefektiranje.
Spontani procesi - Ovo su takvi procesi koji ne zahtijevaju energetske troškove izvana. Na primjer, prijelaz topline iz tijela s višom temperaturom na tijelo s nižom temperaturom, otopivši sol u vodi itd.
Nedeparni procesi Zahtijeva za njegove troškove energije protoka izvana, na primjer, odvajanje zraka na dušiku i kisiku.
U termodinamici se razmatraju uglavnom takve stanja sustava u kojima su njegovi parametri (temperatura, pritisak, elektrostatički potencijal itd.) Ne mijenjaju spontano na vrijeme i imaju istu vrijednost na svim točkama glasnoće pojedinih faza. Takve države se zovu ravnoteža.
Jedan od glavnih postulata termodinamike je izjava koja protok bilo kojeg spontanog procesa u konačnici vodi izolirani sustav u ravnotežnu državu kada njegova svojstva više ne mogu mijenjati, i.e. bit će uspostavljena ravnoteža.
Uslovi koje je u vremenu karakterizirao neujednačene i varijable po distribuciji temperature, pritiska i sastava unutar faza su neuvjeri. Smatraju se termodinamikom nepodnošnih (nepovratnih) procesa u kojima se, pored velikih termodinamičkih zakona koriste dodatne pretpostavke.
Termodinamika, izgrađena na osnovu osnovnih zakona termodinamike, koja se smatraju sažetkom iskustva, često se zovu klasičanili Fenomenološka termodinamika.Termodinamika daje teorijske temelje za učenja na toplotnim strojevima; Ovaj se odjeljak naziva tehnička termodinamika.Studija hemijski procesi Sa termodinamičkog stanovišta hemijska termodinamika,biti jedan od glavnih dionica fizičke hemije.
§ 3. Toplina i rad
Promjena oblika kretanja tijekom prijelaza iz jednog tijela u drugu i odgovarajuće transformacije energije su vrlo raznolike. Oblici tranzicije kretanja i povezanih energetskih prijelaza mogu se podijeliti u dvije grupe.
Prva grupa uključuje samo jedan oblik tranzicije kretanja kaotičnim sudarima molekula dvaju kontaktnih tijela, tj. Termičkom provodljivošću (i istovremeno zračenjem). Mjera koja se prenese na ovaj način kretanja je toplina .
Druga grupa uključuje različite oblike kretanja pokreta, što je kretanje makroskopske mase pod djelovanjem bilo koje vanjske sile koje su usmjerene. Takvo su podizanje tijela u oblasti gravitacije, prelazak određene količine električne energije iz većeg elektrostatičkog potencijala na manji, širenje plina pod pritiskom itd. Opća mjera prometa koji se prenose takvim metodama je raditi .
Toplina i rad karakteriziraju kvalitativno i kvantitativno dva različita oblika prijenosa prijenosa iz jednog dijela materijalnog svijeta na drugu.
Prijenos kretanja je vrsta složenog kretanja materije, dva glavna oblika kojih se razlikujemo. Toplina i rad su mjere ova dva složena oblika kretanja materije, a treba ih smatrati vrstama energije.
Zajedničko vlasništvo topline i rada je da su važni samo u periodima vremena u kojem se događaju ovi procesi. Tokom takvih procesa, pokret u određenim oblicima smanjuje se u nekim tijelima i smanjuje odgovarajuću energiju, istovremeno u drugim tijelima, pokret se povećava u istim ili drugim oblicima i povećava odgovarajuću energiju.
Ne govorimo o rezervatu topline ili rada u bilo kojem tijelu, već samo o toplini i radu čuvenog procesa. Nakon završetka oko prisutnosti topline ili rada u tijelima, nije potrebno govoriti.
§ 4. Ekvivalentnost topline i rada
Konstantni ekvivalentni odnos topline i rada u međusobnim prijelazima uspostavljen je u klasičnim eksperimentima DP Joulea (1842-1867). Tipičan eksperiment u Jouleu je sljedeći.
Joule uređaj za određivanje mehaničkog ekvivalenta topline.
Falling S. poznata visina Opterećenja se okreću mešalica uronjena u vodu u kalorimetrom (teretni i vodeni kalorimetar čine termodinamički sistem.) Rotacija lopatica miješalice u vodi uzrokuje grijanje vode u kalorimetrom; Odgovarajući porast temperature je kvantificiran.
Nakon završetka procesa, sistem se mora dati u izvornom stanju. To se može učiniti mentalnim iskustvom. Utoči se na izvornu visinu, dok se rad provodi izvana, što povećava energiju sistema. Pored toga, kalorimetar je rastrgan (prenosi se u okoliš) topline hlađenjem na početnu temperaturu. Ove operacije vraćaju sistem u početno stanje, I.E., sva mjerljiva svojstva sistema stječu iste vrijednosti koje su imali u početnom stanju. Proces tokom kojih se promijenila svojstva sustava, a na kraju se vraća u početno stanje kružni (ciklički) postupak ili ciklus .
Jedini rezultat opisanog ciklusa je produženje rada na okoliš koji okružuje sustav, a prelazak na ovo toplotno okruženje uzeto iz kalorimetra.
Poređenje ove dvije vrijednosti izmjerene u odgovarajućim jedinicama pokazuje stalni odnos između njih, neovisan o veličini tereta, veličine kalorimetra i specifične količine topline i rada u različitim eksperimentima.
Toplo i rad u cikličkom procesu, preporučljivo je zapisati kao iznos (integralni) beskonačno male (elementarne) topline TUŽILAC WHITING - PITANJE: i beskonačno mali (elementarni) radovi W., a početni i krajnji granici integracije podudaraju se (ciklus).
Tada se ekvivalentna toplina i radovi u cikličkom procesu može napisati na sljedeći način:
(I, 1)
U jednadžbi (i, 1) znak 
Označava integraciju ciklusom. KONSTNOST koeficijenta k.
odražava ekvivalentnost topline i rada ( k. - mehanički ekvivalent toplote). Jednadžba (I, 1) izražava zakon očuvanja energije za privatni, vrlo važan slučaj koji pretvara rad na vrućini.
U Jouleovim istraživanjima, Rowland (1880), Mikulesk (1892) i drugi. Metode trenja u metalima, udar, direktna transformacija električne struje u toplini, zatečenim čvrstim tijelima i drugi koeficijent k. uvijek stalno u grešci iskustva.
Daljnja prezentacija uvijek pretpostavlja da rad i toplina koriste koeficijent k. izraženo u jednoj jedinici (bez obzira na to) i koeficijent k. Patnju.
§ 5. Unutarnja energija
Za proces netrženosti, jednakost (I, 1) se ne poštuje, jer se sistem ne vraća u prvobitno stanje. Umjesto toga, jednakost za proces necrow-a može se napisati (spuštanje koeficijenta k.):
≠
Budući da su granice integracije uglavnom proizvoljna, zatim za elementarne vrijednosti W. i TUŽILAC WHITING - PITANJE::
TUŽILAC WHITING - PITANJE: W.,
dakle:
TUŽILAC WHITING - PITANJE: – W. 0
Označavaju razlikom TUŽILAC WHITING - PITANJE: – W. Za bilo koji elementarni termodinamički proces kroz du:
du TUŽILAC WHITING - PITANJE: – W. (I, 2)
ili za završni proces:
–
(I, 2a)
Povratak u kružni proces, dobivamo (iz jednadžbe I, 1):
=
–
\u003d 0 (i, 3)
Dakle, vrijednost du to je potpuni diferencijal neke funkcije statusa sistema. Kada se sistem vrati u početno stanje (nakon cikličke promjene), vrijednost ove funkcije stiče početnu vrijednost.
Funkcija statusa sistemaU. , jednake odluke (I., 2) ili (I., 2a) se zoveinterna energija sistemi .
Očito, izraz (I, 2a) može se snimiti na sljedeći način:
= U. 2 – U. 1 = ∆ U. = – (I, 2b)
U. 2 – U. 1 \u003d Δu \u003d q - w
Ovo obrazloženje opravdava eksperimentalni put prisustvom određene funkcije sistema sistema koji ima značenje ukupne mjere svih pokreta koje sistem ima.
Drugim riječima, unutrašnja energija uključuje progresivnu i rotacijsku energiju molekula, oscilatornoj energiji atoma i grupa atoma u molekuli, energiju pokreta elektrona, internorijskim i drugim vrstama energije, tj. Skup svih vrsta čestica u sistemu s izuzetkom potencijalne i kinetičke energije samog sistema.
Pretpostavimo da se ciklički proces uspio zadržati tako da se nakon sustava vrati u početno stanje, unutrašnja energija sistema nije prihvatila početnu vrijednost, već se povećala. U ovom slučaju, ponavljanje kružnih procesa uzrokovalo bi akumulaciju energije u sistemu. Bilo bi moguće transformirati ovu energiju i dobijanje ovog načina rada bez troškova toplote, a "iz ničega", jer su u kružnom procesu, radovi i toplina jednakom drugom, koji su prikazani direktnim eksperimentima .
Nemogućnost implementacije navedenog ciklusa konstrukcije perpetual Motion (Perpetuum mobile) prve vrste,davanje radova bez troškova ekvivalentnog iznosa druge vrste energije, dokazano negativnim rezultatom hiljade iskustva čovječanstva. Ovaj rezultat dovodi do istog zaključka da u privatnom, ali strožeg oblika dobili smo, analizirajući Jouleove eksperimente.
Rezultat formulišemo ponovo. Ukupna ponuda energije sistema (njegova unutrašnja energija), kao rezultat cikličkog procesa vraća se na početnu vrijednost, tj. Internu energiju sistema u ovoj državi ima jednu posebnu vrijednost i ne ovisi o promjenama Sistem se pretrpio prije nego što je dostigao u ovu državu.
Drugim riječima, unutrašnja energija sistema postoji nedvosmislena, kontinuirana i krajnja funkcija statusa sistema.
Promjena unutarnje energije sustava određuje se izrazom (I, 2B); Za kružni proces, izraz (I, 3) je istinit. Uz beskonačno malu promjenu u nekim svojstvima (parametrima) sustava unutarnje energije sistema, postoji i beskonačno malo. Ovo je vlasništvo kontinuirane funkcije.
U granicama termodinamike nema potrebe za korištenjem opća definicija Pojmovi unutrašnje energije. Svečana kvantitativna odlučnost kroz izraze (I, 2) ili (I, 2a) dovoljna je za sve daljnje termodinamičke rezoniranje i zaključke.
Budući da je unutarnja energija sistema funkcija njegovog stanja, kao što je već spomenuto, povećanje unutrašnje energije s beskonačno malim promjenama u parametrima sustava puni diferencijal Funkcije statusa. Razbijanje integralnog u jednadžbu (I, 3) na dva integrala u porcijama puta 1 navesti 2 (Put "A") (vidi Sl. I) i nazad - iz države 2
Dubina fizički hemija 6 Ispit prije razvoja discipline "Dupna stopa fizički hemija"Mora biti ... po fizički hemija. / Uredio V.V. Budanova, N.K. Sparrow. - L.: Hemija, 1986. - 352 str. Praktični radovi fizički hemija ...
Program rada na disciplini: "Organska i fizička hemija" za specijalnost 060601 Medicinska biohemija, diplomski kvalifikacioni kod (65 specijalista) Oblik studija (sa punim radnim vremenom)
Radni programNa odjelu u biblioteci 1 organsko i fizički hemija (organsko) hemija, Dio I). V.A. STARTSEVA, L.E.NITINA, N.P. ... na odeljenju u biblioteci 1 organski i fizički hemija (organsko) hemija, Dio I). V.A. STARTSEVA, L.E.NITINA, N.P. ...
Ispitivanje br. 2 za fizičku hemiju
DokumentTest Br. 2 u fizički hemija Opcija 2 Šta je jednako temperaturi .... Ispit broj 2 fizički hemija Opcija 3 Navedite fizikalno-hemijske vrijednosti ... Ispitivanje br. 2 za fizički hemija Opcija 12 Definicija elektroda. ...
Metodološki priručnik za laboratorijsko radu №4 po stopi fizičke hemije za studente dana oblika obuke hemijskog i tehnološkog fakulteta i Fakulteta za građevinsko materijale
ToolkitVrijednosti ravnoteže konstanta u radionicama fizički hemija često se susreće laboratorijski radkoji se odnose na ... sa. 3. Petrov N.A., Cherepanov v.a. Yermishina yu.a. Radionica u fizički hemija. Toolkit. Ekaterinburg: Izdavačka kuća ...
Program prijemnog ispita u specijalnosti 02. 00. 04 "Fizička hemija"
ProgramRavnoteža // m.: Metalurgija.-1988.-560s. Kurs fizički hemija / Ja i. Gerasimov, V.P. Drvo, e.i. Ermin i drugi: ispod ....- 1980.- 180C. Gorshkov B.i., Kuznetsov I.A. / Osnove fizički hemija. 2. ed. // m.: Izdavačka kuća u Moskvi ...
Termodinamički sistem - tijelo ili grupa tijela u suradnji, mentalno ili zapravo odvojeni od okoliša.
Homogeni sistem - Sistem, unutar kojih nema površina koje su odvojene svojstvima sistema (faza).
Heterogeni sistem - Sistem unutar koji su prisutni površine koji su odvojeni svojstvima sistema sistema.
Faza - Kombinacija homogenih dijelova heterogenog sustava, ista u fizičkim i hemijskim svojstvima, odvojenim od ostalih dijelova sustava vidljivih površina.
Izolirani sistem - sistem koji se ne razmijenjuje sa okolinom ili tvari ni energijom.
Zatvoreni sistem - sistem koji komunicira sa okruženjem, ali nije razmijenjena supstanca.
Otvoreni sistem - sistem koji komunicira sa okolinom i supstancom i energijom.
Parametri statusa - Vrijednosti koje karakterišu bilo koju makroskopsku imovinu u razmatranju.
Termodinamički proces - Svaka promjena u termodinamičkom stanju sistema (promjene barem jednog parametra statusa).
Reverzibilni proces - Proces koji omogućava sposobnost da se sistem vrati u prvobitno stanje bez ikakvih promjena u okolišu.
Jednaki proces - Proces u kojem sistem prolazi kroz kontinuirani niz država, beskonačno blizu stanja ravnoteže. Karakteristike Proces ravnoteže:
1) Beskonačno mala razlika u postojećim i kontraaktivnim silama: F ex - f u > 0;
2) sistem u doslovnom procesu maksimalnog rada | W.| = max;
3) Beskonačno spor protok procesa koji je povezan sa beskonačno malom razlikom u trenutnim silama i beskonačno veliki broj srednjih država t. > ?.
Spontani proces - Proces koji se može pojaviti bez vanjskih troškova, a kao rezultat toga, rad se može dobiti u iznosu proporcionalno promjeni statusa sistema. Spontani proces može protočiti reverzibilanili nepovratno.
Ne-promotivni proces - Proces, za koji se troškovi rada zahtijeva izvana u iznosu proporcionalnom promjeni u stanju sustava.
Energija - mjera sposobnosti sistema za rad; Opća kvalitativna mjera kretanja i interakcije materije. Energija je integralno vlasništvo materije. Razlikovati potencijalna energijazbog položaja tijela u polju nekih sila i kinetička energijasprovedeno promjenom položaja tijela u prostoru.
Interni energetski sistem U. - Zbroj kinetičke i potencijalne energije svih čestica koje čine sustav. Takođe možete odrediti unutrašnju energiju sistema kao svoju potpunu energiju minus kinetičke i potencijalne energije sistema u cjelini. [ U.] \u003d J.
Toplina TUŽILAC WHITING - PITANJE: - Oblik prijenosa energije neuređenim kretanjem molekula kaotičnim sudarima molekula dvaju kontaktnih tijela, tj. Tj. Izvršnom toplinom (i u isto vrijeme zračenjem). Q\u003e0 ako sistem postane toplina okoliša. [ TUŽILAC WHITING - PITANJE:] \u003d J.
Raditi W. - oblik prijenosa energije naređenim kretanjem čestica (makroskopske mase) pod djelovanjem bilo koje sile. W\u003e0, ako okruženje Čini rad na sistemu. [W] \u003d J.
Sav posao je podijeljen u mehanički rad širenja (ili kompresije)i druge vrste rada (koristan rad) :? W \u003d -PDV +? W?
Standardno stanje čvrstih i tečnih supstanci - održivo stanje čiste supstance na određenom pritisku pod pritiskom p \u003d.1amm.
Standardno stanje čistog plina - Stanje plina, podređenim jednadžbi stanja idealnog plina pod pritiskom od 1 bankomata.
Standardne vrijednosti - Vrijednosti definirane za tvari u standardnom stanju (označe se indeksom aditiva 0).
1.1. Prvi vrh termodinamike
Energija nesedno i nebitne; Može se premjestiti samo iz jednog oblika u drugi u ekvivalentnim omjerima.
Prvi vrh termodinamike je postulat - to se ne može dokazati logičkim putem ili izvedeti više opće odredbe.
Prvi vrh termodinamike uspostavlja omjer između topline P,raditi W.i mijenjajući unutrašnju energiju sistema? U..
Izolirani sistem
Unutarnja energija izoliranog sistema ostaje konstantna.
U \u003d.const ili du \u003d.0Zatvoreni sistem
Promjena unutarnje energije zatvorenog sustava vrši se zbog topline, izvijestio u sustavu i / ili radovi koji se izvode nad sistemom.
? U \u003d q + wili du \u003d?Q +? W.Otvoreni sistem
Promjena u unutrašnjoj energiji otvoreni sistem Završeno zbog topline, izvijestio je sistem, a / ili radovi koji se izvode nad sistemom, kao i promjenom mase sistema.
?U \u003d q + w +? U mili du \u003d?Q +? W +. i. U. i. DN. i.Interna energija je funkcija funkcije; Znači li to da se promjena unutarnje energije? U. ne ovisi o putu tranzicije sistema iz države 1 da bi država 2 i jednaka razlikovanju u unutrašnjoj energetskoj vrijednosti U 2.i U 1. U tim državama:
? U \u003d u 2 - u 1Za neki postupak:
? U \u003d? (V i u i) npod -? (V i u i) ex1.2. Upotreba prvog početka termodinamike do homogenih jednokomponentnih zatvorenih sistema
Proces izochhore (V. = const; ? V. V. = 0)U najjednostavnijem slučaju, koristan rad se ne vrši.
du \u003d?Q +? W \u003d?Q - pDV dU \u003d? Q V \u003d C V DT \u003d NC V DTSva količina topline dobivena sustavom je na promjeni interne energije.
– toplinski kapacitet u stalnom jačinii.E. količina topline potrebna za povećanje temperature sustava za jedan stepen u stalnom jačini. [ Sa V.] = J / Grad.
ŽIVOTOPIS. - bavitljiva toplinska sposobnost u stalnom jačini, J / (Mol? Grad). Za savršene gasove:
C V \u003d 2/3 r - pojedinačni andmički plin;
C V \u003d 5/2 r - Dvostruki plin.
Izobarski proces (R = const) du \u003d?Q +? W \u003d? Q - PDV Q p \u003d du + pdv \u003d d (u + pv) \u003d dhH \u003d U + PV - Enthalpy - Funkcija statusa sistema.
? N \u003d? (? Ja u i) Prod - ? (? Ja u i) ISXQ p \u003d du + pdv \u003d dh \u003d c p dt -toplinski učinak izobaričnog procesa jednak je promjeni u enthalpiju sistema.
– toplinski kapacitet u stalnom pritisku. [Od] \u003d J / Grad.
C R. - Moli toplinski kapacitet na konstantnom pritisku, J / (Mol? Grad).
Za savršene gasove: C P \u003d C V + R; C P, C V \u003d[J / (MOL K)].
Termička efekta (toplinska) hemijska reakcija - količina topline puštena ili se apsorbira tokom reakcije na konstantnoj temperaturi.
Q v \u003d? U v Q p \u003d? U p Ovisnost toplotnog učinka reakcije na temperaturu. Kirchhoff zakonTemperaturni koeficijent toplotnog učinka kemijske reakcije jednak je promjeni u topline sposobnosti sustava tokom reakcije.
Kirchhoff Law:
Za hemijsku proces, promjena topline kapaciteta postavlja se promjenom sastava sistema:
? Sa r\u003d? (? I c p, i) prod -? (? i c p, i) pogubljenje ili? C v \u003d? (? I c v, i) prod -? (? I c v, i) exIntegralni oblik zakona Kirchhoff-a:
? N T2 \u003d? N T1 +? C P (T 2 - T 1) ili? U t2 \u003d? U ti +? Sa v (t 2 - t 1)1.3. Drugi početak termodinamike. Entropija
1) toplina se ne može spontano premjestiti s manje grijanog tijela na više zagrejanih.
2) Proces je nemoguć, jedini rezultat toga je transformacija topline za rad.
3) Postoji li neka funkcija statusa sistema entropijapromjena koja je sljedeća povezana s apsorbiranim i temperaturom topline:
u procesu ne ravnoteže
u ravnotežnom procesu
S - entropija,J / Grad,
- Ograničena toplina.
Statistička interpretacija entropijeSvako stanje sistema pripisuje se termodinamička verovatnoća(Definisano kao broj mikrostaštara koji čine ovaj sistem sistema), najveći, neuredan ili neizvjestan je ovaj uvjet. Entropija je funkcija države koja opisuje stepen nezaboravnog sistema.
S \u003d K.ln. W. - Boltzmann formula.
Sistem nastoji spontano prebaciti u stanje s maksimalnom termodinamičkom verovatnoćom.
Izračun apsolutne entropije
Promjena entropije tokom hemijskog procesa određuje se samo tipom i stanju početnih tvari i reakcijskim proizvodima i ne ovisi o putu reakcije:
? S \u003d? (? I s i) Prod - ? (? I ne) ISXVeličine apsolutne entropije u standardnim uslovima date su u referentnim knjigama.
1.4. Termodinamički potencijali
Potencijal - Koja vrijednost smanjuje proizvedenu sustav.
Samo oni procesi koji dovode do smanjenja slobodne energije sistema mogu spontano. Sistem dolazi u ravnotežnu državu kada besplatna energija dostigne minimalnu vrijednost.
F \u003d U - TS - Helmholtova besplatna energija - izokloro-izotermni potencijal(J) - određuje smjer i ograničenje spontanog protoka procesa u zatvorenom sistemu u izoklorovo-izotermnim uvjetima.
dF \u003d DU - TDSili? F \u003d? U - t? SG \u003d H - TS \u003d U + PV - TS - BESPLATNA ENERGIJA GIBBS - ISOBARO-Izotermalni potencijal(J) - određuje smjer i ograničenje spontanog protoka procesa u zatvorenom sistemu u izobaro-izotermnim uvjetima.
dG \u003d DH - TDSili? G \u003d? N - t? S ? G \u003d. ? (? I g i) Prod - ? (? I g i) ISX ? G 0. = ? (? Ja? G arr 0) Prod - ? (? Ja? G arr 0) ISX Uvjeti spontanih procesa protoka u zatvorenim sistemimaIzobaro izotermalni (p \u003dkonsst T \u003d.const):
G.< 0, dG < 0Izokorejski izotermalni (V \u003dkonsst T \u003d.const):
? F.< 0, df.< 0Termodinamička ravnotežazove se tako termodinamičko stanje sistema sa minimalnom slobodnom energijom, što je pod stalnom vanjskom uslovima ne menja vremenom, a ova nepromjenljivost nije zbog bilo kakvog vanjskog procesa.
Uvjeti termodinamičke ravnotežeu zatvorenom sistemuIzobaro izotermalni (p \u003dkonsst T \u003d.const):
? G \u003d 0, dg \u003d.0, d 2 g\u003e0Izokorejski izotermalni (V \u003dkonsst T \u003d.const):
? F \u003d.0, df \u003d. 0, d 2 f\u003e0 Hemijske reakcije Izotherm jednadžbe:Za reakciju v 1 A 1 + V 2 A 2+ … = v? 1 B 1 + V? 2 b 2 + ...
Ovdje C i, p i - Koncentracija, pritisak reagiranja tvari u bilo koje vrijeme, osim države ravnoteže.
Uticaj vanjskih uslova za hemijsku ravnotežuPrincip ravnoteže ravnoteže Le Chateel-Brown
Ako postoji vanjski utjecaj na sustav u stanju prave ravnoteže, tada sustav ima spontani proces koji nadoknađuje ovaj utjecaj.
Uticaj ravnotežnog položaja
Egzotermične reakcije :? H °< 0 (? U ° < 0). Повышение температуры уменьшает величину константы равновесия, т. е. смещает равновесие влево.
Endotermičke reakcije :? H °\u003e0 (? U ° \u003e 0). Povećanje temperature povećava vrijednost ravnotežnog konstanta (prikazuje ravnotežu s desne strane).
2. Fazna ravnoteža
Komponenta - Hemijski homogena komponenta sistema koji se može istaknuti iz sistema i postojati izvan njega. Broj nezavisnih komponenti sustava jednak je broju komponenata minus brojnih mogućih hemijskih reakcija između njih.
Broj stupnjeva slobode - Broj parametara statusa sistema koji se mogu istovremeno modificirati u nekim granicama bez promjene broja i prirode faza u sistemu.
Pravilo fazeJ. Gibbs:
Broj stupnjeva slobode ravnotežnog termodinamičkog sustava jednak je broju nezavisnih komponenti sustava za minus broj faze FL PLUS broj vanjskih faktora koji utječu na ravnotežu: C \u003d K - F + N.
Za sistem kojim od vanjskih faktora utiču samo temperatura i pritisak,možete napisati: C \u003d K - F+ 2.
Princip kontinuiteta - Uz kontinuiranu promjenu u statusnim parametrima, sva svojstva pojedinih faza se također kontinuirano mijenjaju; Svojstva sustava u cjelini kontinuirano se mijenjaju dok se ne mijenja broj ili priroda faza u sustavu, što dovodi do ubrzane promjene u svojstvima sistema.
Prema princip sukladnostina dijagramu statusa sistema svake faze odgovara dijelu ravnine - fazno polje. Linija raskrižja aviona odgovara ravnoteži između dvije faze. Svaka tačka na državnom dijagramu (T.N. tačka)poštuje određeni status sistema sa određenim vrijednostima statusa parametara.
2.1. Dijagram stanja vode
K \u003d.1. U sustavu su tri fazne ravnoteže: između tekućine i plina (OA linija), čvrstog i plina (linija), čvrste i tečne (OC line). Tri krivulje imaju preciznu točku na zvanu trostruka vodena tačka - Odgovara ravnoteži između tri faze i c \u003d 0; Tri faze mogu biti ravnoteže samo sa strogo definiranim vrijednostima temperature i pritiska (za vodu trostruka tačka odgovara stanju sa P \u003d.6.1 KPA I. T \u003d.273.16 K).
Unutar svake od područja dijagrama (AOS, BOC, AOC), sustav je jedinstvena hrana; C \u003d 2 (bariviant sistem).
Na svakoj od linija broj faza u sustavu je dva, a prema pravilu faze, sustav monovarianth: C \u003d 1 - 2 + 2 \u003d 1, tj. Za svaku temperaturu, postoji samo jedan Vrijednost pritiska.
Učinak pritiska na temperaturu fazne tranzicije opisuje klasa Uzius jednadžba - Klapaireron:
V 2, V 1 - Promjena molarne zapremine tvari na fazni tranziciji.
Krivulja ravnoteže "Čvrsta - tečna" na vodnom stanju nagnuta je ulijevo, a na statusnim dijagramima preostalih tvari - u pravu, jer je gustoća vode veća od gustoće leda, tj. Topljenje praćena a Smanjenje količine (Av.< 0). U ovom slučaju, povećanje pritiska bit će smanjeno temperaturu tranzicije faze "Čvrsto tijelo - tečno" (voda - anomalna supstanca).Za sve ostale tvari (t. N normalne tvari)? V pl\u003e 0 i, prema Clausius-Klapairone jednadžbi, povećanje pritiska dovodi do povećanja taline.
3. Svojstva rješenja
3.1. Termodinamika rješenja
Rješenje - homogeni sustav koji se sastoji od dvije ili više komponenti, čiji se kompozicija može kontinuirano mijenjati u nekim granicama bez preskočenog promjene svojih svojstava.
Difuzija u rješenjima
Difuzija - Spontani proces izjednačavanja koncentracije supstance u rješenju zbog termičkog kretanja molekula ili atoma.
Fiki Law:količina supstanci difuzne po jedinici vremena kroz površinu površine proporcionalna je gradijent svoje koncentracije:
gde j. - difuzijski potok; D. - Koeficijent difuzije.
Einstein-Smolukhovsky Jednadžba:
gde? - viskoznost srednjeg; R. - Polumjer difuznih čestica.
Rastvorljivost na gasu u gasovimaČin Daltona:ukupni pritisak plinske smjese jednak je količini djelomičnih pritisaka svih plinova uključenih u njega:
R Ukupno \u003d? p I.i PI \u003d XI.P dijeliZakon Henryja Daltona:rastvorljivost plina u tečnosti direktno je proporcionalna njegovom pritisku iznad tečnosti: C i \u003d kp i,gde C I. - koncentracija plinskog rješenja u tečnosti; k. - koeficijent proporcionalnosti ovisno o prirodi plina.
U pravilu, kada se plin raspušten u tečnosti ističe toplinom (na< 0), samim tim sa porastom temperature, rastvorljivost se smanjuje.
Formula Sechhenov:
X \u003d x 0 e -ksgde X.i X 0 - rastvorljivost na plin u čistom rješenju otapala i elektrolita sa koncentracijom Od.
3.2. Konvenciona svojstva neelektrolitnih rješenja
Konfiguracija (kolektivna)svojstva rješenja nazivaju se u odnosu na svojstva otapala, ovisno o broju rastvorenih čestica.
Pritisak zasićeni par Razblažena rješenjaPar, smješten u ravnoteži sa tečnošću, naziva se zasićen.Pritisak takvog para p 0.pozvan pritisak ili elastičnost zasićene pareČisti otapalo.
Prvi zakon Raula.Djelomični pritisak zasićenog para komponente rješenja izravno je proporcionalan svom molarskom dijelu u otopini, a koeficijent proporcionalnosti jednak je pritisku zasićene pare iznad čiste komponente:
p i \u003d p i 0 x iZa binarno rješenje koje se sastoji od komponenti A i B: relativno smanjenje pritiska solventne pare iznad otopine jednak je molarnom djeliću rastvorene supstance i ne ovisi o prirodi rastvorene supstance:
Rješenja za koje se obavlja pravo Raoula nazivaju se idealna rješenja.
Pritisak par idealnih i stvarnih rješenja
Ako su komponente binarne (koji se sastoje od dvije komponente) isparljivih rješenja, tada će rješenje rješenja sadržavati obje komponente. Opći sastav, kažu. Dionice u (x c) Par tlaka:
p \u003d p a 0 x. A + P B 0 x. B \u003d p a 0 (1 - X. B) + p b 0 x.B \u003d p a 0 - X. B (p a 0 - p b 0)
Ako molekuli ove komponente međusobno komuniciraju više nego kod molekula druge komponente, tada će istinski djelomični pritisak pare nad smjesom biti veći od izračunatog prema prvom zakonu Raoula (pozitivna odstupanja ,? n TV\u003e 0). Ako homogene čestice međusobno komuniciraju od raznolikog, djelomični pritisak pare komponenata bit će manji od izračunavanja (Negativna odstupanja ,? h usamljen< 0).
Kristalizacija temperature razrijeđenih rješenjaDrugi zakon Raula.Smanjenje temperature zamrzavanja rješenja? T. Direktno proporcionalno molionoj koncentraciji otopine :? t zamjenik \u003d T 0 - t \u003d ks m,gde T 0 -temperatura smrzavanja čistog otapala; T. - temperatura smrzavanja rješenja; Do - Krioskopska konstantna otapala, mol, mola,
T 0 2. - temperatura smrzavanja otapala; M. - Molekularna težina otapala ,? H pl - klicanje topline topljenja otapala.
Temperatura ključanja razrijeđenih rješenjaTemperatura ključanja - temperatura na kojoj pritisak zasićenog para postaje jednak vanjskom pritisku.
Povećajte ključnu temperaturu rješenja nehlapljivih tvari? T k \u003d t k - t do 0srazmjerno smanjenju pritiska zasićene pare i direktno proporcionalno moliousnom koncentraciji otopine :? t kip \u003d EU M,gde E - ekulikopska konstantasolvent, Hail / kg Mole,
Osmotski pritisak razrijeđenih rješenja
Osmoza - Poželjno jednostrano odlomak molekula otapala kroz polumjernu membranu u rješenje ili molekule otapala iz rješenja s manjom koncentracijom u rješenje s većom koncentracijom.
Pritisak koji se treba primijeniti na rješenje kako bi se spriječilo pokretanje otapala u otopinu kroz membranu koja razdvaja rješenje i čisto otapalo je numerički osmotski pritisak?(PA).
Princip Vanter-Cooff:osmotski pritisak savršenog rješenja jednak je tlaku koji bi rastvorena supstanca imala da je u gasoviti uvjet Na istoj temperaturi bi zauzimao isti iznos koji čini rješenje :? \u003d CRT.
Izotonična rješenja - Dva rješenja s jednakim osmotskim pritiskom (? 1 \u003d? 2).
Hipertenzivno rješenje - Rješenje, osmotski pritisak koji je veći od one drugog (? 1\u003e 2).
Hipotonično rješenje - Rješenje, čiji je osmotski pritisak manje od one drugog (? 1< ? 2).
3.3. Rješenja elektrolita
Diplomirao na razvoju? - omjer broja molekula n,cvjetaju na joni u ukupnom broju molekula N:
Izotonski koeficijent i van-odbojnik - Omjer stvarnog broja čestica u rješenju elektrolita na broj čestica ovog rješenja isključuje disocijaciju.
Ako zato N.molekuli precijenjeni n,i svaki je molekul raskinuo? Ioni, T.
Za ne-Electrolytee i \u003d.1.
Za elektrolite 1.< i.? ?.
3.4. Konfigitana svojstva elektrolita rešenja:
Irorija disocijacije Arrhenius elektrolitičke disocijacije
1. Elektroliti u rješenjima se raspadaju ioni - disociraju.
2. Disocijacija je proces obrnog ravnoteže.
3. Sile interakcije jona sa molekulama otapala i male jedna s drugom (I.E., rješenja su idealna).
Disocijacija elektrolita u rješenju javlja se pod djelovanjem polarnih molekula otapala; Prisutnost jona u otopini predodređuje svoju električnu provodljivost.
Većinom disocijacije, elektroliti su podijeljeni u tri grupe: jak(? ? 0,7), srednja snaga(0,3 < ? < 0,7) и slab(? ? 0,3).
Slabi elektrolite. Konstanta disocijacijeZa neki elektrolit, raspadaju se u rješenju na joni u skladu s jednadžbom:
A u B - AA X- + bb y +.
Za binarni elektrolit:
- Zakon ostel razrjeđivanja: stepen disocijacije slabe elektrolita povećava se s razrjeđivanjem rješenja.
Aktivnost rastvorene supstance - Empirijska zamjena koncentracije - aktivnosti (efikasna koncentracija) ali,povezan sa koncentracijom kroz koeficijent aktivnosti f.što je mjera odstupanja svojstava stvarnog rješenja sa savršenog:
a \u003d FC; A + \u003d F + C +; a_ \u003d f_c_.Za binarni elektrolit:
- prosječna elektrolitna aktivnost;
- Prosječni koeficijent aktivnosti.
Debai Hyukkelza binarni elektrolit: LG f. = -0,51Z 2 i?,gde z. - optužba za ion za koju se izračunava koeficijent aktivnosti;
I - ION Snaga rješenja I \u003d0,5? (C i r i 2).
4. Električna provodljivost elektrolitnih rješenja
Vodiči i ljubazni - Metali i njihovi topline u kojima se električna energija prenose elektroni.
Dirigenti II - Rješenja i topi se elektrolita sa iON tip Provodljivost.
Električna energijapostoji naređeno kretanje nabijenih čestica.
Svaki dirigent kroz koji su za njega definirani trenutni tokovi otpor R,koji je, prema Zakonu Ohm, direktno proporcionalno dužini dirigenta l.i obrnuto proporcionalan presjeku S;koeficijent proporcionalnosti je otpornostmaterijal? - Otpornost dirigenta koji ima dužinu od 1 cm i odjeljku 1 cm 2:
Vrijednost W,naziva se obrnuto otpor električna provodljivost - Kvantitativna mjera snage elektrolitnog rješenja za izvođenje električne struje.
Specifična električna provodljivost? (k) - Provodni dirigent koji vodi 1 m dugačak sa površinom presjek 1 m 2 ili električna provodljivost od 1 m 3 (1 cm 3) elektrolitnog rješenja (dirigenta II) na udaljenosti između elektroda 1 m (1 cm) i površine elektrode 1 m 2 (1 cm 2).
Molarna električna provodljivost rješenja)? - Električna provodljivost rješenja koja sadrži 1 mol rastvorene supstance i postavlja između elektroda smještenih na udaljenosti od 1 cm jedan od drugog.
Molarna električna provodljivost i jakih i slabih elektrolita povećava se s padom koncentracije (I.E. sa povećanjem razblaživanje rješenja V \u003d 1 / c), dostizanje neke granične vrijednosti? 0 (?), zvani molarna električna provodljivost sa beskonačnim razrjeđivanjem.
Za binarnu elektrolit s jednokrilnim jonima na konstantnoj temperaturi i čvrstoću polja 1 V M -1:
? = ?F (u + + i?),gde F. - broj faraday; i +, i? - Apsolutna mobilnost (m 2 V -1 S -1)kation i anion - brzina kretanja ovih jona u standardnim uvjetima, s razlikom u potencijalima u 1b na 1 m dužine rješenja.
? + \u003d Fu +; ?? \u003d Fu?,gde? +, ?? - Mobilnostkation i anion, m 2 mol -1 (om 2 mol -1).
? = ?(? + + ??)Za jake elektrolite? ? 1 I. ? = ? + + ??
Sa beskonačnim razrjeđivanjem rešenja (V. > ?, ? + > ? ? + , ?? > ? ? ?, ? \u003e 1) za snažne i slabe elektrolite? ? \u003d? ? + – ? ? ? - Zakon Kolrauše:molarni kanal s beskonačnim uzgojem jednak je količini elektrolitičke mobilnosti? ? + , ? ? ? Kation i anion ovog elektrolita.
H + i Oh ioni? imaju nenormalno visoku pokretljivost, koja je povezana s posebnim mehanizmom za prijenos naplate od strane ovih jona - mehanizam releja.Između hidrokoničkog iona H 3 O + i vodene molekule, kao i između molekula vode i Iona? Kontinuirano razmijenjeni protoni širom jednadžbe:
H 3 O + + H 2 O\u003e H 2 O + H 3 O +
H 2 o + oh? \u003e Oh? + H 2 o
5. Elektrohemijski procesi
5.1. Potencijali elektrode. Galvanski elementi. EMF.
U kontaktu s dva hemijski ili fizički heterogeni materijali (metal 1 (dirigent I) - metal 2 (dirigent I of Genus), metal (dirigent I) - rješenje za metalno soli (dirigent II) - Elektrolita II) - Elektrolit Rješenje 2 (provodnici II roda), itd.) Između njih se događa dvostruki električni sloj (DES).Des je rezultat naređene raspodjele suprotno nabijenih čestica na granici fazne particije.
Formiranje des dovodi do potencijalnog skoka?, Koji u uvjetima ravnoteže metala (rod dirigenta) - rješenje metalne soli (dirigenta II) naziva se galivani potencijal.
Sistem: metal (ja) - vodena sol ovoga - nazvana elektrodaili polu elementi shematski prikazan na sledeći način:
Elektroda (P / E) je napisana tako da se sve tvari u otopinu postavljaju s lijeve strane, a materijal za elektrodu je desno od vertikalne funkcije.
? \u003e 0, ako se reakcija smanjenja N + + nastavi na elektrodi noney? -Ja 0
? < 0, если на электроде протекает реакция окисления Ме 0 - Ме n+ + ne?
Potencijal elektrode E. N + / mene se naziva ravnotežnom potencijalnom razlikom koja nastaje na granici faze dirigenta I tipa I / Dirigel II roda i meri u odnosu na standardnu \u200b\u200bvodonik elektrodu.
nernsta jednadžba,gde n. - broj elektrona uključenih u reakciju elektrode; Od N + je koncentracija kationa; E. Ja n + / - Standardni potencijal elektrode.
Kontakt potencijal? ? - ravnotežna konja trkaća, koja se javlja na granici dijela dva provodnika R gena.
Difuzijski potencijal? Diff je ravnotežna potencijalna razlika nastala na faznoj granici roda II / dirigenta II roda.
Galvanski element (E.) – električni krugkoji se sastoji od dva ili više p.e. i proizvodnja električna energija Zbog kemijske reakcije koja se dogodila u njemu, a faza oksidacije i smanjenje hemijske reakcije prostorno se razdvajaju.
Elektroda u kojoj se pogađati oksidacioni postupak nastaje kada se naziva galvanski element anoda,elektroda na kojoj je u toku proces oporavka - katoda.
Pravila Jevreja za snimanje galvanskih elemenata i reakcija koje teku u njih1. U E. Rad se vrši, tako da se EMF elementa smatra pozitivnim.
2. Veličina galvanskog lanca EMS E.određuje se algebarska količina potencijalnih skokova na granicama particije svih faza, ali budući da se oksidacija pojavljuje na anodi, izračunava se EMF, vrijednost potencijala anode (lijeve elektrode) određuje se iz numeričke vrijednosti Katodni potencijal (lijeva elektroda). pravilo desnog pola.Stoga je shema elemenata napisana tako da lijeva elektroda negativna (oksidacijski teče) i desno - pozitivno (teče proces oporavka).
3. Granica odjeljka između dirigenta I otužnosti i dirigenta II roda označena je jednom značajkom.
4. Granica između dva vodiča roda prikazana je isprekidanom značajkom.
5. Most elektrolita na granici dva provodnika II roda označava se dvije isprekidane karakteristike.
6. Komponente iste faze bilježe se kroz zarez.
7. Jednadžba reakcije elektrode bilježi se tako da su tvari u oksidiranom obliku (OH), a s desne strane - u obnovljenoj (crvenoj).
Galvanski element Daniel-Jacobisastoji se od cinka i bakrenih ploča uronjenih u odgovarajućim rješenjima ZNSO 4 i CUSO 4, koji su odvojeni slanim mostu sa otopinom KCL-a: elektrolitički most pruža električnu provodljivost između rješenja, ali sprečava njihovu međusobnu difuziju.
(-) ZN | ZN 2+ :: CU 2+ | Cu (+)Reakcije na elektrode:
ZN 0\u003e ZN 2+ + 2E? Cu 2+ + 2e? \u003e Cu 0.Rezime Redox proces:
CU 2+ + ZN 0\u003e CU 0 + ZN 2+Rad trenutnog elementa elektropizacije (i, prema tome, potencijalne razlike) bit će maksimalan kada je reverzibilan kada su procesi na elektrodama elektroda beskonačno polako i struja struje u lancu beskonačno mala.
Maksimalna potencijalna razlika koja nastaje kada je element elektroplativnog elementa reverzibilan električna snaga (EMF) Galvanski element E.
EMF element E. Zn / cu \u003d? 2+ / cu +? ZN 2+ / ZN + ? K +? Razlikuju se.
Isključujući? Razl i? na: E. ZN / CU. = ? 2+ / cu +? ZN 2+ / ZN = E. CU 2+ / cu + E. ZN 2+ / ZN je galvanski elementi koji se sastoje od dvije identične metalne elektrode, spuštene u rješenja soli ovog metala s različitim koncentracijama sa 1\u003e C 2. Katoda u ovom slučaju bit će elektroda sa većom koncentracijom, jer su standardni potencijali elektroda oba elektroda jednaki.
France za koncentraciju
Jedini rezultat rada koncentracionog elementa je prijenos metalnih jona iz koncentriranijeg rješenja u manje koncentrirani.
Rad električne struje u koncentracionom galvanskom elementu je rad difuzijskog procesa, koji se izvodi reverzibilan kao rezultat njenog prostornog razdvajanja za dva suprotna u smjeru reverzibilnog procesa elektrode.
5.2. Klasifikacija elektroda
Elektrode prve vrste. Metalna ploča uronjena u čvrstoj soli istog metala. Kada je element reverzibilan, koji uključuje elektrodu, na metalnoj ploči, proces prelaska kationa iz metala u otopinu je rješenje ili od otopine u metal.
Druge sortirane elektrode.Metal je obložena niskohipiranom soli ovog metala i u otopini se sadrže još jednu topljivu sol s istim anionima. Elektrode ove vrste su reverzibilne u odnosu na anion.
Poređenje elektroda - Elektrode sa precizno poznatim i reproducibilnim potencijalima.
Vodonik elektrodato je platinska ploča koja se prati gasovitim vodonik, uronjenim u rješenje koje sadrži vodikove iona. Pridružena vodonik platina je u ravnoteži sa vodonikom gasovitim.
PT, H 2 / h +Elektrohemijska ravnoteža na elektrodi:
2N + + +. 2e? - H 2.Potencijal standardne vodonik elektrode (s aktivnošću H + 1 MOL / L i tlaka vodika 101,3 kPa) uzima se jednako nuli.
Potencijal elektrode Ne-standardna vodonik elektroda:
Kalulozna elektrodasastoji se od žive elektrode postavljene u KCL rješenje, određenu koncentraciju i zasićenu kalometri HG 2 CL 2:
HG / HG 2 CL 2, KCLKalulozni elektroda obrnuto u odnosu na klorne anioni
Chlorinebry elektroda - Pretvaramo se u odnosu na klorne anioni:
AG / AGCL, KCL
Ako je otopina KCL zasićena, a AGC L \u003d 0.2224 - 0.00065 (T - 25), V.
Indikator elektrode. Elektrode Reverzibilni u odnosu na vodik ion koriste se u praksi kako bi se utvrdila aktivnost ovih jona u rješenju.
Hingidron Electrodeto je platinska žica, taložena u plovilu sa testnim otopinom, u koju višak količine xinhidrona C 6 H 4 o 2 C 6 H 4 (OH) 2 - Spojevi Quinone C 6 H 4 O 2 i hidrokinon od 6 H 4 (OH) 2, sposobna za međusobno povezivanje u ravnotežnom redox procesu, u kojem su uključene vodikove ione:
C 6 H 4 O 2 + 2H + + 2E? \u003e C 6 H 4 (oh) 2Najčešće se koristi staklena elektrodau obliku epruvete koji završavaju tanki zidni stakleni lopta. Lopta je ispunjena pufernim rešenjem sa određenom pH vrednjom, koja je uronjena od strane pomoćne elektrode (obično kloriser). Da biste izmjerili pH, staklena elektroda uronjena je u proučeno rješenje u paru sa usporedbom elektrode. Kugla za staklenu elektrodu dugo se tretira s kiselom otopinom. Istovremeno, vodikovi ioni se uvode u kuglične zidove, zamjenjuju alkalne metalne katijske katije. Proces elektrode je smanjen na razmjenu vodika između dviju faza - rezultirajuće otopine i stakla: n r - n art +.
Standardni potencijal E. Član 0 za svaku elektrodu ima svoju vrijednost, koja se vremenom mijenja; Stoga se stakla elektroda prije svakog mjerenja pH kalibrira prema standardu buffer Solutions Sa točno poznatim pH.
Redox elektrodeElektroda koja se sastoji od inertnog provodnika prvog roda smještena u elektrolitskom otopinu koja sadrži jedan element u različitim stupnjevima oksidacije se zove oksidativni i restorativniili redox elektroda.
Reakcija elektrode: oh n ++ noney? - Crveno.
U ovom slučaju inertni me.potrebno je indirektno sudjelovanje u reakciji elektrode, što je posrednik za prijenos elektrona iz smanjenog obrasca (crvenog) do oksidiranog (oh) ili obrnuto.
6. Površinski fenomeni i adsorpcija
6.1. Površinska napetost i Gibbs adsorpcija
Površinske pojaveoni nazivaju procese koji se javljaju na granici odvajanja faze i karakteristikama sastava i strukture površine (graničnog) sloja.
G s \u003d? S,gde G S. - površinska energija Gibbs sistema, J; ? - koeficijent proporcionalnosti, nazvan površnom napetošću, J / M 2; S je međufacijalna površina, m 2.
Površinski naponopostoji vrijednost mjerena energijom GIBB-a po jedinici površine površinskog sloja. Numerički je jednak radu koji se mora izvesti protiv sila intermolekularne interakcije za formiranje jedinice fazne površine na konstantnoj temperaturi.
Iz modela Dupre, površinski naponjednaka snazi \u200b\u200bkoja želi smanjiti površinu odjeljka i naziva se jedinicom duljine konture koja ograničava površinu
Pozva se sposobnost rastvorenih tvari za promjenu površinske napetosti otapala površinska aktivnost G:
Klasifikacija tvari na učinak na površinsku napetost otapala1. Surfaktanti (surfaktanti) - Smanjite površinsku napetost otapala (? P-R< ? 0) g > 0 (s obzirom na vodu - organska jedinjenja destilacije).
2. Površinska i neaktivna supstanca (pivo) - Lagano povećajte površinsku napetost otapala (? P-R\u003e? 0) G< 0 (неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, ?-аминокислоты и др).
3. Površinska neaktivna supstanca (PNV) - Praktično ne mijenjajte površinsku napetost otapala (? P-P \u003d? 0) G \u003d 0 (u vezi sa vodenim tvarima su saharoza i brojni drugi).
DUKLO-DUBLEBLE PRAVILO:u bilo kojem homolognom redu pri malim koncentracijama, produženje ugljičnog lanca po grupi CH 2 povećava površinsku aktivnost za 3-3,5 puta:
Za vodene otopine masnih kiselina (Schishkovsky jednadžba):
gde b.i Do - empirijski trajni, b.jednako tako i za cijelu homolognu seriju, K povećava za svaki sljedeći član broja od 3-3,5 puta.
Pozva se proces spontane promjene koncentracije bilo koje tvari na površini dijela dvije faze adsorpcija. Adsorbenttvar se zove na površini koja se događa promjena koncentracije druge tvari - adsorbate.
Gibbs adsorpcijski ISOTHERM:
Višak adsorptata u površinskom sloju u odnosu na njegove početne količine u ovom sloju karakterizira višakili takozvani gibbs-Boy, adsorpcija(D).
6.2. Adsorpcija na graničnom čvrstom tijelu - plin
Fizičko adsorpcijato se događa zbog vanrednog molekule sa površinom, karakteriziran je reverzibilnošću i smanjenjem adsorpcije sa povećanjem temperature, tj. Egzotermijskog (termički učinak fizičke adsorpcije obično je blizu tekućine za toplinu od ukapljenja adsorpta 10 -80 KJ / MOL).
Hemijska adsorpcija (hemosorpcija)izvedena hemijska interakcija molekula adsorbenta i adsorbata, obično nepovratna; je lokalizirani.E. Adsorbatni molekuli ne mogu se kretati po površini adsorbenta. Budući da je hemosorpcija hemijski proces koji zahtijeva aktivacijsku energiju od oko 40-120 kJ / MOL, povećanje temperature doprinosi njegovom protoku.
Henry jednadžba(monomolekularna adsorpcija na homogenoj površini pri malim pritiscima ili niskim koncentracijama):
G \u003d ks.ili R \u003d kr,Do - konstanta adsorpcijskog ravnoteže, ovisno o prirodi adsorbenta i adsorbata; C, R. - Koncentracija rastvorene tlaka ili pritiska gasa.
Langmür monomolekularna teorija adsorpcije
1. Adsorpcija je lokalizirana i uzrokovana od strane sila blizu hemikalije.
2. Adsorpcija se javlja na homogenoj površini adsorbenta.
3. Na površini se može formirati samo jedan sloj proslavljenih molekula.
4. Proces adsorpcije je reverzibilan i ravnotežan.
Langmür adsorpcijski ISOTHERM:
gde G 0 - Monolayer kapaciteta - Konstantna jednaka ograničenoj adsorpciji promatranoj po relativno velikim ravnotežnim koncentracijama, MOL / M 2; b. - Konstantna, jednaka omjeru konstantne stope resorpcije i konstanta brzine korisnica.
Freundlich jednadžba(adsorpcija na nehomogenoj površini): r \u003d Do f sa n,gde. Do F. - Konstantna, numerički jednaka adsorpcija na ravnotežnom koncentraciji jednako jednom; n. - Konstantno, definisanje zakrivljenosti adsorpcije Izotherm (N.= 0,1–0,6).
Molekularna adsorpcija rješenja:
gdje je c 0 početna koncentracija adsorba; Od - Koncentracija ravnoteže adsorbata; V. - volumen adsorbatnog rješenja; m. - Masa adsorbenta.
Područje S 0po molekuli u zasićenom adsorpcijskom sloju - ormar:
m 2 / molekula.
Debljina adsorpcijskog sloja:
gde M. - Molekularna težina surfaktara; ? - Gustina popločavanja.
Pravilo za pobunje:polar Adsorbents bolje su adsorbirali Polar ad Plovila iz niskopolarnih otapala; Na Polar Adsorbents - ne-polarni adsorberi iz polarnih otapala.
Orijentacija molekula surfaktanata na površini Adsorbenta shematski je prikazana na slici:
6.3. Adsorpcija elektrolitnih rješenja
Exchange adsorpcija - Proces ionizacije između rješenja i solidne faze, na kojoj se čvrsta faza apsorbuje ioni bilo kojeg znaka (kations ili anioni), a umjesto njih mogu se odvojiti u rješenje ekvivalentnog broja iona istog znaka. Nadzemni konkretnoi.E. Za ovaj Adsorbent, samo su određeni ioni sposobni za razmjenu; Adsorpcija razmjene obično je nepovratna.
Pravilo Peskov-Fayans paket:na površini kristalnog čvrstog dijela tijela, posebno je adsorbiran iz rješenja za elektrolit, što je u stanju odrediti njegovu kristalnu rešetku ili se može formirati s jednim od iona koji su dio kristala, slabo topljive veze.
7. Koloidni (raspršeni) sistemi
Koloidni (raspršen) sistempozvan je heterogeni sustav u kojem se jedna od faza predstavljaju male čestice, ravnomjerno raspoređene u količini druge homogene faze. Ovo su ultramikrohirogeni sustavi koji se sastoje od čestica raspršena faza - agregat fragmentiranih čestica, od koje se nalazi na 10 -9 -10 -5 m, a kontinuirano disperzijski mediju kojem se ove čestice distribuiraju.
Znakovi koloidno stanje supstancije je disperzija i heterogenost.
Stupanj disperzije? - Vrijednost, preokrenite prosječni promjer ili za čestice bez fleka, preokrenite prosječni ekvivalentni promjer d.(M -1):
Specifična površina - omjer ukupne površine raspršene faze s DF-a na njegov ukupni volumen ili na svoju masu:
7.1. Klasifikacija i metode za dobijanje dispersnih sistema
Klasifikacija od agregatno stanje faze
Raspravljen sustav, u kojem su raspršena faza i disperzijski medij plinovi, ne postoje, jer su gasovi neograničeni rastvobi jedan u drugom.
Klasifikacija sistema za veličinu čestica raspršene faze:
1) visoko rasipani, 10 -9_ 10 -7 m (rubinsko staklo);
2) prosječni dio, 10 -7_ 10 -5 m (rastvorljiva kafa);
3) grubo,\u003e 10 -5 m (kapi za kišu).
Metode za dobivanje koloidnih sistema RasipanjeFizička disperzija:mehaničko mljevenje pomoću koloidnih mlinova; Električno prskanje tvari; Ultrazvučna disperzija i druge metode. Da ne bi dali rezultirajuće čestice da se drže zajedno, disperzija se proizvodi u prisustvu stabilizator - Elektrolita ili supstanca koja se pridružuju na granici odvajanja faza (surfaktantnosti).
Hemijska disperzija (peptizacija):prijenos u koloidnu stanju svježe pripremljene taloženja uz pomoć peptizatora.
KondenzacijaFizička kondenzacija:1) način zamene otapala, koja leži u pravom rješenju tvari, tečnost pomiješana sa otapalom u kojoj je supstanca sama malena; Zbog smanjenja topljivosti tvari u novom otapalu, rješenje postaje aleated i dio kondenziranja supstanci, formiranje čestica raspršene faze; 2) metoda kondenzacije iz pare; Startni materijal je uparen; Kada se temperatura smanjuje, parovi zaspavaju i djelimično kondenziraju, formirajući raspršujuću fazu.
Hemijska kondenzacija:svaka hemijska reakcija, kao rezultat čije se formira slabo topljiva veza; Da bi se dobilo koloidno rješenje, reakcija se mora provesti u razblaženom rješenju na maloj visini čestica, jedan od početnih materijala uzima se višak i stabilizator je.
7.2. Optička svojstva raspršenih sistema
Kad svjetlost padne na raspršen sistem, mogu se primijetiti sljedeće pojave:
prolazak svetlostiČestice raspršene faze (promatrane za transparentne sustave u kojima su čestice mnogo manje od talasne dužine incidentnog svjetla (r<< ?);
refrakcija svetlostiraspršene fazne čestice (ako su ove čestice transparentne);
odraz svjetlostičestice raspršene faze (ako su čestice neprozirne);
refrakcija i refleksijasvjetlo se opaža za sustave u kojima su čestice mnogo veće od talasne dužine incidentnog svjetla (R \u003e\u003e?). Vizualno se ovaj fenomen izražava u zamućenosti ovih sistema;
raspršivanjeposmatrano za sisteme u kojima su čestice raspršene faze manje, ali proporcionalansa talasom dužine padajuće svjetlosti (R? 0,1?);
adsorpcija(apsorpcija) svjetlosti raspršene faze pretvorbom lagane energije u toplotnu.
Rayleigh jednadžba:
gde sam ja, ja 0 intenzitet raštrkane i padajućeg svjetla; V. - zapremina jedne čestice; ? - djelomična koncentracija (broj čestica po jedinici zapremine); ? - talasna dužina; n 1, n 0 - Refraktivni indeksi čestica i srednjeg, respektivno.
Pozvan je fenomen razne boje koloidnog rješenja u svjetlu prolaska i raštrkane (reflektirane) opalescencija.U slučaju obojenih rješenja, javlja se vlastiti bojanje i slikanje uzrokovano opalescencijom (fenomen dihroizam svjetlosti).
7.3. Molekularna kinetička svojstva
Za koloidne sisteme je karakterističan brownoan Motion - Kontinuirano pogrešno pokretanje čestica mikroskopskih i koloidnih veličina. Ovaj pokret je intenzivniji od veće temperature i manje težine čestica i viskoznost disperzijskog medija.
Difuzija - Spontani proces izjednačavanja koncentracije čestica.
Fiki Law:
Zbog velike veličine koloidnih čestica, difuzija u kolorijskim sistemima je spor u odnosu na prava rješenja.
Osmotski pritisak:
gdje je m ukupno masa rastvorene supstance; m. - masa jedne čestice; V. - jačinu sistema; N / A. - broj avogadra; T. - apsolutna temperatura; ? - djelomična koncentracija; k. - Stalni Boltzmann.
Za sferne čestice:
gde? M je masa raspršene faze u jedinici zapremine rješenja; ? - disperzijska srednja gustina; R je polumjer čestica.
7.4. Struktura micela
Midleel Liophobinsistemi se nazivaju heterogenim mikrosistemom koji se sastoji od mikrokristalnog raspršene faze, okruženog ionama rastvaranog stabilizatora.
Potencijalni identitetnazivaju se ioni koji su adsorbiraju na površini solidne faze čestice (agregat)i daj joj naboj. Agregat zajedno sa potencijalno određivanjem jona je jezgra micela.
Antika - Ioni, grupiranje u blizini jezgre micele.
Lokacija protuor u disperzijskom medu utvrđuje se dva suprotna faktora: termički pokret (difuzija) i elektrostatička atrakcija.
Protuor su uključeni u debelu adsorpcijski slojnazivaju se "povezanim" i zajedno sa osnovnom make up koloidna čestica ili granula. Koloidna čestica (granule) ima naknadu, što je znak zbog znaka optužbi za potencijalno određivanje jona.
Anti -ols formiranje difuzni sloj - "Pokret" ili "BESPLATNO".
Koloidna čestica sa okolnim difuznim slojem restaciranih pro-tivoova čine micele.Za razliku od koloidne čestice micele e-pošte i nema strogo definirane veličine.
U miceli s ionskim stabilizatorom na granici fazne dijela nalazi se des, razlika između potencijala između raspršene faze i disperzije. termodinamički potencijalf. (interfaza),koji se određuje svojstvima ovog raspršenog sustava, kao i naboj i koncentraciju potencijalno određivanja iona adsorbiranih na solidnoj fazi.
Pomicanje naplaćenih koloidnih čestica u fiksnu tekućinu na jednu od elektroda pod djelovanjem vanjske električno polje pozvan elektroforeza.
Površina na kojoj se pojavljuje kretanje kliznu površinu.Veličina utrke potencijala na granici faza u pokretu u odnosu na međusobnu za vrijeme elektroforeze i u Brownoan Motion-u, tj. Na kliznom površinu se naziva elektrokinetički ili? -potencijalni (Zeta potencijal).
7.5. Stabilnost i koagulacija
Stabilnost raspršenih sistemakarakterizira sposobnost raspršene faze da sačuva stanje jedinstvene distribucije čestica tokom cijelog obima disperzije.
Postoje dvije vrste relativne stabilnosti raspršenih sistema: sjetva i agregativni.
Stabilnost sedimentacije - Sposobnost sistema da se odupre dejstvu gravitacije. Sedimentacija je sedimentacija čestica u rješenju pod djelovanjem gravitacije.
Stanje ravnoteža sedimentacije:Čestica se kreće sa stalnom brzinom, i.e. ravnomjerno,sila trenja ravnoteža gravitacije:
6 ?? ru \u003d 4/3? R 3 (? -? 0) g,gde? - Gustoća raspršene faze,? 0 - Gustoća disperzijskog medija, G - ubrzanje gravitacije ,? - Viskoznost okoline.
Agregativna stabilnostkarakterizira sposobnost raspršenih faznih čestica kako bi se zajedno suzbijali svojim lijepima i na taj način drže svoje dimenzije.
Uz kršenje agregativne stabilnosti koagulacija je proces lijepljenja čestica s formiranjem velikih agregata.Kao rezultat koagulacije, sustav gubi stabilnost sedimentacije, jer čestice postaju prevelike i ne mogu sudjelovati u Brownian Motion-u.
Uzroci koagulacije:
\u003e Promjena temperature;
\u003e Uticaj električnih i elektromagnetskih polja;
\u003e Akcija vidljivog svetla;
\u003e ozračivanje sa osnovnim česticama;
\u003e Mehanički uticaj;
\u003e Dodavanje elektrolita itd.
Najveći praktični interes je koagulacija elektrolitama.
Vrste koagulacije elektrolitaKoncentracijakoagulacija dolazi pod akcijama ravnodušanelektroliti. Ravnodušannaziva se elektrolit, uvođenjem koji je interfazni potencijal<р не изменяется. Данный электролит не содержит таких ионов, которые были бы способны к специфической адсорбции на частицах по правилу Па-нета-Фаянса, т. е. не способны достраивать кристаллическую решетку агрегата:
Stanje na kojem će nestati difuzni sloj i koloidna čestica postaje elektronska, nazvana isoelektrični - Elektrokinetički potencijal (?) Je nula, dolazi koagulacija. Formula micela u takvom stanju dobiva obrazac: (Mnag + NNo 3?) 0.
Neutralizacijakoagulacija se događa kada dodajete u ZOL neinfinityelektrolit. Neinfinityje li elektrolit, sposobna za promjenu interfaze (?) I linearno povezanih elektrokinetičkih (?) Potencijala, tj. Ovaj elektrolit sadrži ione sposobne posebno adsorbirati na površini jedinice, kako bi odredio njegovu kristalnu rešetku ili hemijski interakciju s potencijalom- Oslobađanje iona.
Reverzibilni proces u kojem se koagulacija ponovo pojavljuje u koloidnu državu, naziva se peptizacija ili razdvajanje.
Pravila koagulacije1. Svi snažni elektroliti dodani u cijenu u dovoljnim količinama uzrokuju njegovu koagulaciju. Naziva se minimalna koncentracija elektrolita, što uzrokuje koagulaciju SOL-a za određeni kratki vremenski period, naziva se prag koagulacije:
gde sa koncentracijom e-pošte elektrolitni koagulator; V. El - zapremina dodanog elektrolita; V. ZOL (obično 10 ml) je jačinu sol.
2. Taj je ion koagulans, naboj koji se poklapa na znak uz naplatu anti-pjene ćelija liofobne sala (naboj koagulacijskog iona suprotno se naplaćivanju koloidne čestice). Ovaj ion se zove koagulantna ion.
3. Koaguliranje sposobnosti Iona - koagulanta, to je veća što je veće naboj iona:
Pravilo valjanosti:
? 1: ? 2: ? 3 = 1/1 6: 1/2 6: 1/3 6 = 729: 11: 1Koagulirajuća sposobnost iona istog naboja. Što je veći, što je veći kristalni polumjer. AG +\u003e CS +\u003e RB +\u003e NH 4 +\u003e K +\u003e Na +\u003e LI + - lontropic Row.
Koloidna zaštitazove se povećanje agregativne stabilnosti SOL-a, uvođenjem mornarice do njega (visoki molekularni spoj) ili surfaktant (surfaktant).
Zaštitni brojnaziva se minimalnom količinom miligrama suve materije, što je neophodno za zaštitu od 10 ml SOL-a kada se to dodaje elektrolit u iznosu jednakoj pragu koagulacije.
Sadržaj članka
Hemijska fizičkaodjeljak hemije u kojem se proučavaju hemijska svojstva Supstance zasnovane na fizička svojstva Komponente njihovih atoma i molekula. Moderna fizička hemija je široka interdisciplinarna površina, graničići različite dijelove fizike, biofizike i molekularne biologije. Ima mnogo kontakata i sa takvim odjeljcima hemijskih nauka kao organske i neorganske hemije.
Izrazito obilježje hemijskog pristupa (za razliku od fizičkog i biološkog) je da u svom okviru, uz opis makroskopskih pojava, njihova priroda objašnjava na osnovu svojstava pojedinih molekula i interakcija između njih.
Novi instrumentalni i metodološki događaji u oblasti fizičke hemije koriste se u drugim odjeljcima hemije i srodnih nauka, poput farmakologije i medicine. Kao primjeri, elektrohemijske metode, infracrvene (ic) i ultraljubičasto (UV) spektroskopiju, laserske i magnetoresonance tehnike, koje se široko koriste u terapiji i za dijagnozu različitih bolesti.
Glavni dijelovi fizičke hemije tradicionalno se razmatraju: 1) hemijska termodinamika; 2) kinetička teorija i statistička termodinamika; 3) pitanja strukture molekula i spektroskopije; 4) hemijska kinetika.
Hemijska termodinamika.
Hemijska termodinamika izravno su povezana sa upotrebom termodinamike - nauke o toplini i njenih transformacija - na problem hemijske ravnoteže. Suština problema je formulisana na sljedeći način: Ako postoji mješavina reagensa (sustava) i fizički uvjeti su poznati u kojima je (temperatura, pritisak, jačinu), a šta spontani hemijski i fizički procesi mogu voditi ovaj sistem na ravnoteža? Prvi zakon termodinamike kaže da je toplina jedan od oblika energije i da ukupna energija sistema (zajedno sa svojim okruženjem) ostaje nepromijenjena. Dakle, ovaj je zakon jedan od oblika zakona očuvanja energije. Prema Drugom zakonu, spontano tečni proces dovodi do povećanja ukupne entropije sistema i njenog okruženja. Entropija je mjera iznosa energije koju sistem ne može potrošiti na obavljanje korisnog rada. Drugi zakon ukazuje na smjer u kojem će reakcija ići bez ikakvih vanjskih utjecaja. Da biste promijenili prirodu reakcije (na primjer, njegov smjer), morate potrošiti energiju u jednom ili drugom obliku. Stoga nameće stroge ograničenja na veličini rada, što se može izvršiti kao rezultat transformacije toplotne ili hemijske energije objavljene u reverzibilnom procesu.
Važna dostignuća u hemijskoj termodinamici potrebni su za J. Bibs, koji su položili teorijski temelj ove nauke, što je omogućilo kombiniranje u pojedinim cjelovitim rezultatima dobivenim mnogim istraživačima prethodne generacije. U okviru razvijenog pristupa GIBBS-a, ne postoje pretpostavke na mikroskopskoj strukturi materije, a razmatraju se ravnotežna svojstva sistema na makro nivou. Zato je moguće pomisliti da su prvi i drugi zakoni termodinamike univerzalni u prirodi i ostaju fer čak i kad učimo mnogo više o svojstvima molekula i atoma.
Kinetička teorija i statistička termodinamika.
Statistička termodinamika (kao i kvantna mehanika) omogućava vam predviđanje položaja ravnoteže za neke reakcije u plinskoj fazi. Uz pomoć kvantnog mehaničkog pristupa, moguće je opisati ponašanje složenih molekula niza tvari u tečno i čvrstom stanju. Međutim, postoje reakcije, od kojih se brzina ne može izračunati unutar kinetička teorijaNi uz pomoć statističke termodinamike.
Prava revolucija u klasičnoj statističkoj termodinamici dogodila se u 70-ima 20. stoljeća. Novi koncepti, poput svestranosti (ideja da članovi nekih širokih složenih časova imaju ista svojstva) i princip sličnosti (procjena nepoznatih vrijednosti zasnovanih na dobro poznatim kriterijima), omogućeno da bolje razumije ponašanje Tečnosti u blizini kritične tačke kada razlika između tečnosti nestane plin. Uz pomoć računara, modelirana su svojstva jednostavnog (tečnog argona) i složenog (vode i alkohola) tečnosti u kritičnom stanju. Relativno nedavno svojstva takvih tečnosti kao tečni helijum (što je ponašanje savršeno opisano u kvantna mehanika), a besplatni elektroni u molekularnim tekućinama bili su sveobuhvatno istraživani pomoću superprovodljivosti računarske simulacije). To je omogućilo bolje razumijevanje svojstava običnih tečnosti. Računarske metode u kombinaciji sa najnovijim teorijska dešavanja Intenzivno se koristi za proučavanje ponašanja rješenja, polimera, micela (specifičnih koloidnih čestica), proteina i jonskih rješenja. Za rješavanje problema fizičke hemije, posebno, matematička metoda renormalizacijske grupe sve se više koristi za opisivanje nekih svojstava sistema u kritičnom stanju i proučavanju pitanja visokoenergetske fizike.
Struktura molekula i spektroskopije.
Hemikalija-organska organa 19 inča. Razvijen jednostavna pravila Definicije valence (sposobnost kombiniranja) mnogih hemijskih elemenata. Na primjer, otkrili su da je ugljik valencija 4 (jedan ugljeni atom može priložiti četiri atoma vodika kako bi se formirala molekula metana CH 4, kiseonik - 2, vodonik - 1. Na osnovu empirijskih zastupanja na osnovu iskusnih podataka, bilo je pretpostavke o prostornom Lokacija. Atomi u molekulama (na primjer, molekul Metan ima tetraedralnu strukturu, dok se ugljik atom nalazi u centru trokutaste piramide, a vodik je u četiri svoje vrhove). Međutim, ovaj pristup nije omogućio otkrivanje mehanizma formacije. hemijske vezeDakle, procijenite dimenzije molekula, odredite tačnu udaljenost između atoma.
Koristeći spektroskopske metode razvijene u 20. stoljeću, utvrđena je struktura molekula vode (H 2 o), etan (C 2 H 6), a zatim mnogo složenije molekule, poput proteina. Metode mikrotalasne spektroskopije (EPR, NMR) i elektronska difrakcija omogućili su nam da uspostavimo dužine obveznica, uglove između njih (valentni uglovi) i međusobnog rasporeda atoma u jednostavnim molekulama i rendgenske strukturne analize su slični parametri veći molekuli koji čine molekularne kristale. Priprema kataloga molekularnih struktura i upotreba jednostavnih valentnih reprezentacija postavila je temelj strukturne hemije (njegov pionir bio je L.POLING) i dozvoljeno je koristiti molekularne modele za objašnjenje složenih pojava na molekularnom nivou. Ako molekuli nisu imali određenu strukturu ili su parametri CC i C i C i CH veza u kromosomima bili vrlo različiti od molekula metana ili etana, zatim uz pomoć jednostavnih geometrijskih modela, J.UOTON i F. Krick nije mogao izgraditi na početku 1950-ih dvostruka spirala - Model deoksiribonukleinske kiseline (DNK). Istraživanje metoda IC-a i UV spektroskopijskih fluktuacija u atomima u molekulama, bilo je moguće uspostaviti prirodu sila koji se održavaju atomima u sastavu molekula, koji su zauzvrat doveli do ideje intramolekularnog pokreta i dozvoljeno istražiti termodinamička svojstva molekula ( vidi gore). Bio je to prvi korak ka određivanju stopa hemijskih reakcija. Nadalje, spektroskopske studije u regiji UV-a pomoglo je u uspostavljanju mehanizma hemikalije na elektroničkom nivou, što je omogućilo opisati hemijske reakcije na temelju prezentacije tranzicije reagensa u uzbuđenu državu (često pod djelovanjem vidljivih ili uv svjetla ). Bilo je čak i čitavog naučnog područja - fotohemija. Spektroskopija nuklearne magnetske rezonance (NMR) omogućila je hemitoru da istražuju određene faze složenih kemijskih procesa i identificiraju aktivne centre u molekulama enzima. Ova metoda također su dozvolila trodimenzionalne slike netaknutih ćelija i pojedinih organa. Photohemija.
Teorija valence.
Koristeći empirijske vrijednosti valence koje su razvili organski hemičari, periodični sistem Elementi i planetarni model Atom Rutherforda, Lyuis otkrili su da je ključ za razumijevanje hemijske veze elektronska struktura tvari. Lewis je zaključio da se kovalentna veza formira kao rezultat generalizacije elektrona koji pripadaju različitim atomima; Istovremeno je izlazio iz ideje da se obvezujući elektroni nalaze na strogo definiranim elektronskim školjkama. Kvantna teorija omogućuje vam predviđanje strukture molekula i prirodu formiranih kovalentnih obveznica u najopćenitijoj službi.
Naše ideje o strukturi tvari formirane za uspjehe kvantna fizika U prvom kvartalu 20. vijeka možete ukratko navesti na sljedeći način. Struktura atoma određena je ravnotežom električnih odbojnih sila (između elektrona) i privlačnosti (između elektrona i pozitivno nabijenog kernela). Gotovo svu masu atoma fokusira se u jezgru, a njegova veličina određuje se količinom prostora koji zauzima elektrone koji se okreću oko jezgra. Molekuli se sastoje od relativno stabilnih jezgara koji se drže brzim pokretnim elektronima, tako da se sva hemijska svojstva tvari mogu objasniti na osnovu prezentacije električna interakcija Osnovne čestice iz kojih se sastoje atomi i molekule. Stoga su glavne odredbe kvantne mehanike koje se tiču \u200b\u200bstrukture molekula i formiranja kemijskih obveznica stvaraju osnovu za empirijski opis elektronske strukture tvari, prirodu hemijske veze i reaktivnosti atoma i molekula.
Uz pojavu računarskih strojeva velike brzine, bilo je moguće izračunati (s niskim, ali dovoljnim preciznošću) sile koja djeluje između atoma u malim polihidričnim molekulama. Teorija valence zasnovana na računarskoj simulaciji trenutno je radni alat za studije struktura, prirode hemijskih snaga i reakcija u slučajevima u kojima su eksperimenti teški ili zahtijevaju visoko vrijeme. To se odnosi na proučavanje slobodnih radikala prisutnih u atmosferi i plamen ili se formirala kao posredni reakcije. Postoji nada da će se jednog dana teorija na temelju računarske izračuna moći odgovoriti na pitanje: kako tokom naloga pikosekundi, hemijske strukture "izračunavaju" svoju najstabibilnije stanje, dok je za dobivanje odgovarajućih procjena barem u određenoj potrebnoj aproksimaciji velika količina Mašinsko vrijeme.
Hemijska kinetika
bavi se proučavanjem mehanizma hemijskih reakcija i određivanju njihovih brzina. Na makroskopskom nivou reakcija se može predstavljati kao uzastopne transformacije tokom kojih se drugi formiraju iz nekih tvari. Na primjer, prividna jednostavna transformacija
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 o
u stvari, sastoji se od nekoliko uzastopnih faza:
H + O 2 → OH + O
O + H 2 → HO + H
H + O 2 → HO 2
HO 2 + H 2 → H 2 O + OH
a svaka od njih karakterizira njegova brzina konstanta. k.. S.Rerenius je sugerirao da apsolutna temperatura T. i konstantna brzine reakcije k. Povezano prema vezi k. = SVEDOK JOVANOVIĆ - ODGOVOR:exp (- E. Činiti) / Rtgde Ali - pred-eksponencijalni faktor (takozvani frekvencijski faktor), E. Zakon - energija aktivacije, R. - Konstanta gasa. Za mjerenje k. i T. Potrebni su instrumenti za praćenje događaja koji se pojavljuju u cilju od oko 10 -13 s, s jedne strane, a decenijama (pa čak i milenijum) - s druge (geološki procesi); Također je potrebno moći mjeriti neznatno male koncentracije izuzetno nestabilnih reagensa. Zadatak hemijske kinetike uključuje, osim toga, predviđanje hemijskih procesa koji se javljaju u složenim sistemima (govorimo o biološkim, geološkim, atmosferskim procesima, o sagorijevanju i hemijskoj sintezi).
Da biste proučili reakcije plinskog faza "u čistom obliku" koristite metodu molekularnih greda; U ovom slučaju, molekuli sa strogo definiranim kvantnim stanjama reagiraju na formiranje proizvoda koji se nalaze i u određenim kvantnim državama. Takvi eksperimenti omogućuju vam pribavljanje informacija o silama koje određuju protok određenih reakcija. Na primjer, u molekularnoj gomili molekula, čak i takve male molekule kao CH 3 mogu se orijentirati i mjeriti brzinu sudara u dvije "različite" reakcije:
K + ICH 3 → KI + CH 3
K + CH 3 I → KI + CH 3
tamo gdje je CH 3-Group orijentiran drugačije u odnosu na približavanje kalijum atomom.
Jedno od pitanja uključenih u fizičku hemiju (kao i hemijsku fiziku) je izračun konstante reakcije reakcije. Ovde se teorija tranzicijske države razvijene u 1930-ima široko korištena, u kojima se koriste termodinamički i strukturni parametri. Ova teorija u kombinaciji sa metodama klasične fizike i kvantne mehanike omogućava vam simuliranje tijek reakcije, kao da se nastavlja u eksperimentalnim uvjetima s molekularnim gredama. Izvršeni su eksperimenti na laserskom pobuđivanju određenih kemijskih obveznica, omogućavajući provjeru ispravnosti statističkih teorija uništenja molekula. Teorije su razvijene koje generaliziraju moderne fizičke i matematičke koncepte haotičnih procesa (na primjer, turbulencije). Nismo više toliko daleko od da bismo razumjeli prirodu unutar i internoklekularnih interakcija, kako bismo otkrili mehanizam reakcija koje se pojavljuju na površinama s određenim svojstvima, za uspostavljanje strukture katalitičkih enzima i tranzicijskih metalnih kompleksa. Što se tiče mikroskopske razine, moguće je napomenuti rad na studiju kinetike obrazovanja složene konstrukcijepoput snježnih pahuljica ili dendriti (kristali sa drvenom strukturom), koji su stimulirali razvoj računarske simulacije na temelju jednostavnih modela teorije nelinearne dinamike; Ovo otvara izglede za stvaranje novih pristupa opisu strukture i procesa razvoja složenih sistema.