7. Химиялық реакциялардың жылулық әсерінің температураға тәуелділігі. Кирхоф теңдеуі. Стандартты емес температурадағы реакцияны анықтау.

9. Адиабаталық процесте идеал газдар үшін кеңейту жұмысы. Адиабаттардың теңдеулерін шығарыңыз.

11. Қайтымды және қайтымсыз процестер үшін термодинамиканың ІІ заңы. Энтропиялық қасиеттер.

12. Әр түрлі физикалық және химиялық процестер үшін энтропияның өзгеруін есептеу: қыздыру, фазалық ауысулар, идеалды газдардың араласуы, изобарлық, изотермиялық, изохоралық процестер.

13. Стандартты және стандартты емес температурадағы реакция энтропиясының өзгеруін есептеу (бейорганикалық заттар қатысатын реакциялар мысалында)

14. Изохоралық-изотермиялық потенциал, оның қасиеттері, процесс бағытының критерийі ретінде қолданылуы.

15. Изобарлық-изентроптық потенциал, оның қасиеттері, процесс бағытының критерийі ретінде қолданылуы.

16) Изобарлық-изотермиялық потенциал, оның қасиеттері, процесс бағытының критерийі ретінде қолданылуы

17. Изохоралық-изентроптық потенциал, оның қасиеттері, процесс бағытының критерийі ретінде қолданылуы.

17. Изохоралық-изентроптық потенциал, оның қасиеттері, процесс бағытының критерийі ретінде қолданылуы.

18) Гиббс - Гельмгольц теңдеуі. Стандартты емес температурадағы реакцияның Гиббс энергиясының өзгеруін анықтау.

19) Химиялық потенциал, анықтамасы, ашық жүйелердегі тепе -теңдік жағдайы. Идеал және нақты жүйелердің химиялық потенциалы (газдар, ерітінділер).

20) Химиялық тепе -теңдік, химиялық реакция изотермасының теңдеуін шығару. Реакция тепе -теңдік константасының стандартты мәнін анықтау.

23) Температураның тепе -теңдік константасына әсері, Вант -Гофф изобар теңдеуін шығару. Ле Шателье принципі.

25) Жылуды есептеу Eph x.R. Вант -Хофф изобарына негізделген (есептеу және график. Әдістер).

26) Жылуды есептеу Eph x.R. Вант -Хофф изохорына негізделген (есептелген және график. Әдістер).

27) Фазалық тепе -теңдік негізгі анықтамалар болып табылады:

28) 2 фазадағы аралдар санының тепе -теңдігі. Жүйе.

29) Клаузиус-Клапейрон теңдеуіне негізделген есептеу және графикалық әдістермен жұптасу жылуын анықтау.

30) Гетерогенді тепе -теңдік. Екілік жүйелер. Рауль заңдары. Коновалов заңдары.

31) Химиялық кинетиканың негізгі түсініктері: жылдамдық, реакция механизмі.

32) Химиялық кинетиканың негізгі постулаты. Біртекті, гетерогенді реакциялар. Реакцияның реті мен молекулярлығы, олардың арасындағы айырмашылық.

33) Химиялық реакция жылдамдығына концентрацияның әсері. Физикалық мағына, жылдамдық константасының өлшемі.

34) Тұйық жүйелердегі қайтымсыз бірінші ретті реакциялардың кинетикалық талдауы.

35) Жабық жүйелердегі екінші ретті қайтымсыз реакциялардың кинетикалық талдауы.

36) Жабық жүйелердегі нөлдік ретті қайтымсыз реакциялардың кинетикалық талдауы.

37) 3 -реттік реакциялар

41. Химиялық реакция жылдамдығына температураның әсері, Вант -Гофф ережесі, Аррениус заңы.

42. Активация энергиясы, оның физикалық мағынасы. Активация энергиясын анықтау әдістері.

43. Катализ, катализатордың негізгі қасиеттері

44. Биогендік каталитикалық реакциялар. Біртекті каталитикалық реакцияның кинетикалық талдауы.

45. Электрохимия, электрохимиялық реакциялардың ерекшеліктері.

48. Дебай - Гюкель теориясының жуықтаулары, олардың қолданылуының шоғырлану шектері.

49) Электролиттік диссоциация теориясының негіздері

50) Тед Аррениустың негізгі артықшылықтары мен кемшіліктері. Кристалдық тордың энергиясы, сольвация энергиясы.

51) Буферлі ерітінділердің қасиеттері, олардың рН, буферлік сыйымдылығын анықтау, диаграмма.

52) Гидрат түзілуінің рН және металл гироксидтерінің ерігіштігін анықтау.

53. Электролит ерітінділерінің меншікті өткізгіштігі, температураға және концентрацияға тәуелділігі.

54. Молярлық электрөткізгіштік. Колрауш заңы. Күшті және электролит ерітінділерін шексіз сұйылту кезіндегі молярлық өткізгіштігін анықтау.

55. Молярлық электрөткізгіштік. Күшті және әлсіз электролиттер ерітінділерінің молярлық өткізгіштігіне температура мен концентрацияның әсері.

56. Электролиз, электролиз заңдылықтары. Тұздардың инертті анодты ерітінділерінің электролизі (мысал келтір).

57. Электродтық потенциалдардың стандартты мәнін анықтау. Электр тізбегінің эмфін анықтау үшін Нернст теңдеуі.

58. Электродтардың жіктелуі, электродтар мен тізбектерді тіркеу ережелері.

59. Химиялық тізбектер (гальваникалық элемент), олардың жіктелуі.

60. Гальваникалық элемент. Гальваникалық элементтің термодинамикасы.

1. Физикалық химия: мақсаты, міндеттері, зерттеу әдістері. Негізгі түсініктер физикалық химия.

Физ. химия - химиялық процестер мен химиялық заңдылықтар туралы ғылым. құбылыстар.

Физикалық химияның пәні - химиялық затқа түсініктеме. физиканың жалпы заңдылықтарына негізделген құбылыстар. Физикалық химия мәселелердің екі негізгі тобын қарастырады:

1. Зат пен оны құрайтын бөлшектердің құрылысы мен қасиеттерін зерттеу;

2. Заттардың өзара әсерлесу процестерін зерттеу.

Физикалық химия химиялық және физикалық құбылыстар арасындағы байланысты зерттеуге бағытталған. Мұндай байланыстар туралы білу табиғатта жүретін және технологта қолданылатын химиялық реакцияларды тереңірек зерттеу үшін қажет. процестер, реакцияның тереңдігі мен бағытын бақылайды. Физикалық химия пәнінің негізгі мақсаты - жалпы байланыстар мен химияның заңдылықтарын зерттеу. физиканың негізгі принциптеріне негізделген процестер. Физикалық химия физикалық қолданылады. химиялық құбылыстардың теориялары мен әдістері.

Ол заттардың НЕГЕ және ҚАЛАЙ трансформацияланатынын түсіндіреді: хим. реакциялар мен фазалық ауысулар. НЕГЕ - химиялық термодинамика. ҚАЛАЙ - химиялық кинетика.

Физикалық химияның негізгі түсініктері

Химиялық заттардың негізгі объектісі. термодинамика - термодинамикалық жүйе. Термодинамикалық. жүйе - басқа денелермен энергия мен энергия алмасуға қабілетті кез келген дене немесе денелер жиынтығы. Жүйелер ашық, жабық және оқшауланған болып бөлінеді. Ашық мен ше - термодинамикалық жүйе сыртқы ортамен және энергия мен энергиямен алмасады. Жабық мен ше -қоршаған ортамен зат алмаспайтын, бірақ онымен энергия алмасатын жүйе. Оқшауланған мен ше -жүйе көлемі тұрақты болып қалады және қоршаған ортамен және энергиямен алмасу мүмкіндігінен айырылады.

Жүйе болуы мүмкін біртекті (біртекті) немесе гетерогенді (гетерогенді) ). Фаза ол болмаған жағдайда жүйенің бөлігі болып табылады сыртқы өріскүштердің барлық нүктелерінде құрамы бірдей және термодинамикасы бірдей. Сен және жүйенің басқа бөліктерінен интерфейс беті арқылы бөлінген. Фаза әрқашан біртекті, яғни. біртекті, сондықтан бірфазалы жүйе біртекті деп аталады. Бірнеше фазалардан тұратын жүйе гетерогенді деп аталады.

Жүйелік қасиеттер екі топқа бөлінеді: кең және қарқынды.

Термодинамикада тепе -теңдік және қайтымды процестер туралы түсініктер қолданылады. Тепе -теңдік Бұл тепе -теңдік күйлерінің үздіксіз қатарынан өтетін процесс. Қайтымды термодинамикалық процесс Жүйеде және қоршаған ортада ешқандай өзгеріс қалдырмай қарама -қарсы бағытта жүргізуге болатын процесс.

2. Термодинамиканың бірінші заңы. Ішкі энергия, жылулық, жұмыс.

Термодинамиканың бірінші заңыэнергияның сақталу заңына тікелей байланысты. Бұл заңға сүйене отырып, кез келген оқшауланған жүйеде энергиямен қамтамасыз ету тұрақты болып қалады. Термодинамиканың бірінші принципінің тағы бір тұжырымы энергияның сақталу заңынан туындайды - энергияны жұмсамай -ақ жұмысты орындайтын бірінші түрдегі мобильді құрылыстың мүмкін еместігі. Химиялық термодинамика үшін өте маңызды формула

бірінші бастама - оны түсінік арқылы білдіру ішкі энергия: ішкі энергия - күй функциясы, яғни. оның өзгеруі процестің жүру жолына байланысты емес, тек жүйенің бастапқы және соңғы күйіне байланысты. Жүйенің ішкі энергиясын өзгерту  Uжылу алмасу нәтижесінде пайда болуы мүмкін Qжәне жұмыс Wқоршаған ортамен. Содан кейін энергияның сақталу заңынан жүйеден сырттан алынған Q жылуы ішкі энергия ΔU мен жүйенің орындаған W жұмысының өсуіне жұмсалады, яғни. Q =Δ U + W. Бұл кезіндетеңестіру болып табылады

термодинамиканың бірінші заңының математикалық өрнегі.

Ментермодинамиканың басталуыоның тұжырымы:

кез келген оқшауланған жүйеде энергиямен қамтамасыз ету тұрақты болып қалады;

энергияның әр түрлі формалары бір -біріне қатаң эквивалентті мөлшерде өтеді;

мәңгілік қозғалтқыш (мәңгілік ұялы) бірінші түрі мүмкін емес;

ішкі энергия күйдің функциясы болып табылады, яғни. оның өзгеруі процестің жүру жолына байланысты емес, тек жүйенің бастапқы және соңғы күйіне байланысты.

аналитикалық өрнек: Q = D U + W ; мөлшерінің шексіз аз өзгеруі үшін d Q = dU + d W .

Термодинамиканың бірінші заңы қатынасты орнатады. м / ж жылу Q, A жұмысы және int өзгерту. жүйелік энергия ΔU. Int өзгерту. жүйенің энергиясы жүйенің сыртқы күштерге қарсы жасаған жұмысының көлемін алып тастағандағы жылу мөлшеріне тең.

(I.1) теңдеуі - термодинамиканың 1 -ші басының математикалық жазбасы, (I.2) теңдеуі күйдің шексіз аз өзгеруіне арналған. жүйелер.

Int. энергия - күй функциясы; бұл int дегенді білдіреді. energyU энергиясы жүйенің 1 күйден 2 күйге өту жолына тәуелді емес және int мәндерінің айырмашылығына тең. осы күйдегі U2 және U1 энергиялары: (I.3)

Int. жүйенің энергиясы - өзара әрекеттесудің потенциалды энергиясының қосындысы. дененің барлық бөлшектерінің м / у өзі және олардың қозғалысының кинетикалық энергиясы (тұтастай алғанда жүйенің кинетикалық және потенциалдық энергиясын ескерместен). Ішінде. жүйенің энергиясы заттың сипатына, оның массасына және жүйенің күйінің параметрлеріне байланысты. Ол жас. жүйенің массасының ұлғаюымен, өйткені бұл экстенсивті жүйе. Int. энергия U әрпімен белгіленеді және джоульмен (J) өрнектеледі. Жалпы жағдайда in-va 1 моль мөлшері бар жүйе үшін. Int. энергия, кез келген термодинамикалық сияқты. sv-in жүйесі, yavl-Xia функциясы sost. Тікелей экспериментте тек ішкі өзгерістер пайда болады. энергия. Сондықтан есептеулер әрқашан U2 –U1 = U өзгерісімен жұмыс істейді.

Барлық өзгертулер int. энергия екі топқа бөлінеді. 1 -ші топқа екі түйісетін дененің молекулаларының ретсіз соқтығысуы арқылы қозғалыстың ауысуының 1 -ші формасы ғана кіреді, яғни. жылу өткізгіштік арқылы (және сонымен бірге сәулелену арқылы). Осылайша берілетін қозғалыстың өлшемі - жылу. Тұжырымдама жылукөптеген бөлшектердің - атомдардың, молекулалардың, иондардың мінез -құлқымен байланысты. Олар тұрақты хаотикалық (жылулық) қозғалыста болады. Жылу энергияны берудің бір түрі. Энергия алмасудың екінші әдісі ЖұмысБұл энергияның алмасуы жүйемен орындалатын әрекетке немесе оған жасалған әрекетке байланысты. Әдетте жұмыс символмен көрсетіледі W... Жұмыс, жылу сияқты, жүйенің күйіне байланысты емес, сондықтан шексіз кіші жұмысқа сәйкес келетін мән жартылай туынды символымен белгіленеді - W.

Ғылымдардың жіктелуі материяның қозғалыс формаларының жіктелуіне және олардың байланысы мен айырмашылығына негізделген. Сондықтан физика мен химияның бірқатар салаларымен физикалық химияның шекарасын белгілеу үшін қозғалыстың химиялық және физикалық формаларының арасындағы байланыс пен айырмашылықты қарастыру қажет.

Қозғалыстың химиялық формасы үшін, яғни химиялық процесс үшін, әрекеттесуші заттардың молекуласындағы атомдардың саны мен орналасуының өзгеруі тән. Көптің арасында қозғалыстың физикалық формалары (электромагниттік өріс, элементар бөлшектердің қозғалысы мен түрленуі, атом ядроларының физикасы және т.б.) химиялық процестермен ерекше тығыз байланыста. қозғалыстың молекулааралық формасы (молекуладағы тербелістер, оның электронды қозуы мен иондалуы). Ең қарапайым химиялық процесс, молекуланың термиялық диссоциациялануының қарапайым әрекеті, молекуладағы тербелістердің интенсивтілігінің (амплитудасы мен энергиясының), әсіресе олардың арасындағы валенттік байланыс бойындағы ядролардың тербелісінің жоғарылауымен жүреді. Молекуладағы белгілі бір байланыс бағытында діріл энергиясының белгілі критикалық мәніне қол жеткізу бұл байланыстың үзілуіне және молекуланың екіге бөлінуіне әкеледі.

Бірнеше (әдетте екі) молекуланы қамтитын күрделі реакцияларды, олар нәзік және қысқа мерзімді комплекске (активті кешен деп аталатын) соқтығысқанда және бұл молекуланың жаңа молекулаларға тез бұзылуы кезінде екі молекуланың қосындысы ретінде қарастыруға болады. өйткені бұл кешен белгілі бір қосылыстардағы ішкі тербеліс кезінде тұрақсыз болып шығады.

Осылайша, қарапайым химиялық әрекет - бұл молекулалардың тербелмелі қозғалысының ерекше, маңызды нүктесі. Соңғысын химиялық қозғалыс деп санауға болмайды, бірақ ол бастапқы химиялық процестерге негіз болады.

Заттың маңызды массаларының, яғни көптеген молекулалардың химиялық түрленуі үшін молекулалардың соқтығысуы және олардың арасындағы энергия алмасуы қажет (реакция өнімдері молекулаларының қозғалыс энергиясын бастапқы заттардың молекулаларына соқтығысулар). Осылайша, нақты химиялық процесс екіншісімен тығыз байланысты қозғалыстың физикалық формасы - макроскопиялық денелердің молекулаларының ретсіз қозғалысы, оны жиі жылулық қозғалыс деп атайды.

Жоғарыда қысқаша сипатталған және ең жалпы түрде қозғалыстың химиялық формасының екі физикалық қозғалыстың өзара байланысы көрсетілген. Әлбетте, химиялық процестің электромагниттік өрістің қозғалысының сәулеленуімен, атомдар мен молекулалардың ионизациясымен (электрохимия) және т.б.

Заттың құрылысы ... Бұл бөлім атомдардың құрылымын, молекулалардың құрылымын және агрегация күйінің теориясын қамтиды.

Атомдардың құрылысы теориясы физикалық химияға қарағанда физикамен көбірек байланысты. Бұл ілім молекулалардың құрылысын зерттеуге негіз болады.

Молекулалардың құрылымын зерттеуде молекулалардың геометриясы, молекуладағы қозғалыстар мен молекуладағы атомдарды байланыстыратын күштер зерттеледі. Молекулалардың құрылымын эксперименттік зерттеулерде молекулярлық спектроскопия (радиоспектроскопияны қосқанда) кеңінен қолданылады, сонымен қатар электрлік, рентгендік, магниттік және басқа әдістер кеңінен қолданылады.

Жиынтық күйлер теориясында молекулалардың газдар, сұйықтар мен кристалдардағы өзара әрекеттесуі, сонымен қатар агрегацияның әр түрлі күйіндегі заттардың қасиеттері қарастырылады. Физикалық химия үшін өте маңызды ғылымның бұл саласын физиканың бір бөлігі (молекулалық физика) деп санауға болады.

Заттың құрылымы туралы барлық бөлімді физиканың бір бөлігі ретінде қарастыруға болады.

Химиялық термодинамика ... Бұл бөлімде жалпы термодинамика заңдарына сүйене отырып, химиялық тепе -теңдік заңдары мен әдетте фазалық ереже деп аталатын фазалық тепе -теңдік теориясы ұсынылған. Химиялық термодинамиканың бөлігі болып табылады термохимия,ол жылу эффектілерімен айналысады химиялық реакциялар.

Ерітінділер теориясы ерітіндіні құрайтын заттардың қасиеттеріне негізделген ерітінділердің қасиеттерін (бірнеше заттардың біртекті қоспалары) түсіндіруге және болжауға бағытталған.

Бұл мәселені шешу әр түрлі молекулалардың өзара әсерлесуінің жалпы теориясын құруды қажет етеді, яғни негізгі мәселені шешу, молекулалық физика. Жалпы теорияны және белгілі бір жалпылауды дамыту үшін ерітінділердің молекулалық құрылымы мен құрамына қарай олардың әр түрлі қасиеттері зерттеледі.

Беттік құбылыстар туралы ілім ... Қатты және сұйық қабаттардың әр түрлі қасиеттері зерттеледі (фазалар арасындағы интерфейстер); беттік қабаттарда зерттелген негізгі құбылыстардың бірі болып табылады адсорбция(заттардың беткі қабатында жиналуы).

Сұйық, қатты және газ тәрізді фазалар арасындағы интерфейстер жоғары дамыған жүйелерде (коллоидты ерітінділер, эмульсиялар, тұмандар, түтіндер) беттік қабаттардың қасиеттері негізгі маңызға ие болады және тұтастай алғанда бүкіл жүйенің көптеген ерекшеліктерін анықтайды. . Мұндай микрогетерогендіжүйелері зерттелуде коллоидты химия,бұл физикалық химияның үлкен дербес бөлімі және химиялық жоғары оқу орындарындағы дербес оқу пәні.

Электрохимия. Электр құбылыстары мен химиялық реакциялардың өзара әрекеттесуі (электролиз, электр тогының химиялық көздері, электросинтез теориясы) зерттелуде. Электрохимия әдетте электролит ерітінділерінің қасиеттері туралы ілімді қамтиды, оны тең құқықты түрде ерітінді туралы ілімге жатқызуға болады.

Химиялық кинетика және катализ ... Химиялық реакциялардың жылдамдығы, реакция жылдамдығының сыртқы жағдайларға тәуелділігі (қысым, температура, электр разряды және т.б.), реакция жылдамдығының молекулалардың құрылысы мен энергетикалық күйлерімен байланысы, заттардың реакция жылдамдығына әсері стехиометриялық реакция теңдеуіне қатыспайтындар зерттеледі (катализ).

Фотохимия. Сәулелену мен химиялық түрленуге қатысатын заттардың өзара әрекеттесуі зерттеледі (сәулеленудің әсерінен жүретін реакциялар, мысалы, фотографиялық процестер мен фотосинтез, люминесценция). Фотохимия химиялық кинетикамен және молекулалардың құрылысын зерттеумен тығыз байланысты.

Жоғарыда келтірілген физикалық химияның негізгі бөлімдерінің тізімі осы ғылымның жақында пайда болған кейбір аймақтары мен кіші бөлімдерін қамтымайды, оларды үлкен бөлімдердің бөліктері немесе физикалық химияның дербес бөлімдері ретінде қарастыруға болады. Мысалы, радиациялық химия, макромолекулалық заттардың физико -химиясы, магнитохимия, газ электрохимиясы және физикалық химияның басқа салалары. Олардың кейбіреулерінің маңыздылығы қазіргі уақытта тез өсуде.

Физикалық және химиялық зерттеу әдістері

Физикалық химияның негізгі әдістері табиғи түрде физика мен химия әдістері болып табылады. Бұл ең алдымен эксперименттік әдіс - заттардың қасиеттерінің сыртқы жағдайларға тәуелділігін зерттеу және химиялық реакциялардың уақыт заңдылықтары мен химиялық тепе -теңдік заңдылықтарын эксперименттік зерттеу.

Тәжірибелік материалды теориялық түсіну және заттардың қасиеттері мен химиялық реакциялардың заңдылықтары туралы үйлесімді білім жүйесін құру теориялық физиканың келесі әдістеріне негізделген.

Кванттық механикалық әдіс (атап айтқанда толқындық механиканың әдісі), оның негізінде жеке атомдар мен молекулалардың құрылысы мен қасиеттері мен олардың бір -бірімен әрекеттесуі туралы теория жатыр. Жеке молекулалардың қасиеттеріне қатысты фактілер негізінен эксперименттік оптикалық әдістердің көмегімен алынады.

Статистикалық физика әдісі , бұл заттың қасиеттерін есептеуге мүмкіндік береді; көптеген молекулалардан тұратын («макроскопиялық» қасиеттер), жеке молекулалардың қасиеттері туралы ақпаратқа негізделген.

Термодинамикалық әдіс заттың әр түрлі қасиеттерін сандық түрде байланыстыруға мүмкіндік береді («макроскопиялық» қасиеттер) және басқа қасиеттердің тәжірибелік мәндеріне сүйене отырып, осы қасиеттердің бірін есептеуге мүмкіндік береді.

Кез келген нақты саладағы қазіргі физика -химиялық зерттеулер заттардың әр түрлі қасиеттерін зерттеу және олардың молекулалар құрылымымен байланысын нақтылау үшін әр түрлі эксперименттік және теориялық әдістерді қолданумен сипатталады. Деректердің барлық жиынтығы мен жоғарыда аталған теориялық әдістер негізгі мақсатқа жету үшін қолданылады - химиялық өзгерістердің жүру бағыты, жылдамдығы мен шектерінің сыртқы жағдайларға және химиялық реакцияларға қатысушылар - молекулалардың құрылымына тәуелділігін нақтылау үшін.

ФИЗИКАЛЫҚ ХИМИЯ

§ 1. Физикалық химияның пәні. Оның мәні

Химиялық және физикалық құбылыстардың байланысы физикалық химия.Химияның бұл саласы химия мен физиканың шекарасы болып табылады. Физикалық химия екі ғылымның теориялық және эксперименттік әдістерін, сондай -ақ өзіндік әдістерін қолдана отырып, химиялық реакциялар мен ілеспе физикалық процестерді жан -жақты зерттеумен айналысады. Алайда, тіпті көп қырлы зерттеу ешқашан толық болмайды және құбылысты толық қамтымайды, физикалық химияның заңдылықтары мен заңдылықтары, басқа жаратылыстану ғылымдары сияқты, бұл құбылысты әрдайым жеңілдетеді және оны толық көрсетпейді.

Физикалық химияның қарқынды дамуы мен маңыздылығының өсуі оның физика мен химия арасындағы шекаралық орналасуымен байланысты. Физикалық химияның негізгі жалпы міндеті - зерттелетін жүйені құрайтын заттардың құрылымы мен қасиеттері туралы мәліметтерге сүйене отырып, әр түрлі жағдайда процестің уақыт ағымын және соңғы нәтижені (тепе -теңдік күйін) болжау.

§ 2. Физикалық химияның даму тарихының қысқаша мазмұны

«Физикалық химия» термині мен бұл ғылымның анықтамасын алғаш рет М.В.Ломоносов берді, ол 1752-1754 жж. Ғылым академиясының студенттеріне физикалық химия курсын оқыды және осы курстың «Шынайы физикалық химияға кіріспе» қолжазбасын қалдырды (1752 ж.). Ломоносов тақырыптары өзі құрастырған «Физикалық химия курсының жоспары» (1752 ж.) Мен «Физикалық химиядағы тәжірибе» (1754 ж.) Тәжірибелік жұмыс бағдарламасына сәйкес келетін көптеген зерттеулер жүргізді. Сонымен қатар оның жетекшілігімен физикалық химия бойынша студенттік семинар өткізілді.

Ломоносов физикалық химияға келесі анықтама берді: «Физикалық химия - физикалық ережелер мен эксперименттер негізінде химиялық операциялар кезінде аралас денелерде болатынын түсіндіретін ғылым». Бұл анықтама қазіргі заманға жақын.

Физикалық химияның дамуы үшін 19 ғасырдың ортасында термодинамиканың екі заңының ашылуының маңызы зор болды (С. Карно, Дж. Р. Майер, Г. Гельмгольц, Д. П. Джоуль, Р. Клаузиус, В. Томсон).

ХІХ ғасырда физика мен химиямен шектесетін аймақтағы зерттеулер саны мен әртүрлілігі тұрақты түрде өсті. Химиялық тепе -теңдіктің термодинамикалық теориясы жасалды (К.М. Гульдберг, П. Вааг, Д. В. Гиббс). Л.Ф.Вильгельмидің зерттеулері химиялық реакциялардың жылдамдығын (химиялық кинетика) зерттеуге негіз салды. Ерітінділердегі электр энергиясының берілуі зерттелді (И.В. Гитторф, Ф.В.Г. Колрауш), ерітінділердің буы бар тепе -теңдік заңдылықтары зерттелді (Д.П. Коновалов), ерітінділер теориясы жасалды (Д.И. Менделеев).

Физикалық химияны дербес ғылым ретінде тану және академиялық тәртіп 1887 жылы Лейпциг университетінде (Германия) В.Оствальд басқаратын бірінші физикалық химия кафедрасын құруда және сол жерде физикалық химия бойынша алғашқы ғылыми журналдың құрылуында өзін көрсетті. 19 ғасырдың аяғында Лейпциг университеті физикалық химияның даму орталығы болды, ал жетекші физиктер мен химиктер В.Оствальд, Дж.Х.Ван'т Хофф, С.Аррениус және В.Нернст болды. Осы уақытқа дейін физикалық химияның үш негізгі саласы анықталды - химиялық термодинамика, химиялық кинетика және электрохимия.

КІМ сыни облыстардамуы техникалық прогрестің қажетті шарты болып табылатын ғылымдар химиялық процестерді зерттеуді қамтиды; Бұл мәселенің дамуында физикалық химия жетекші рөл атқарады.

§ 3. Физикалық химия бөлімдері. Зерттеу әдістері

Химиялық термодинамика. Бұл бөлімде жалпы термодинамика заңдарына сүйене отырып, химиялық тепе -теңдік заңдары мен фазалық тепе -теңдік теориясы ұсынылған.

Ерітінділер теориясы ерітіндіні құрайтын заттардың қасиеттеріне сүйене отырып, ерітінділердің қасиеттерін (бірнеше заттардың біртекті қоспалары) түсіндіруге және болжауға бағытталған.

Беттік құбылыстар туралы ілім. Қатты және сұйық қабаттардың әр түрлі қасиеттері зерттеледі (фазалар арасындағы интерфейстер); беттік қабаттарда зерттелетін негізгі құбылыстардың бірі болып табылады адсорбция(беттік қабатта заттардың жиналуы).

Сұйық, қатты және газ тәрізді фазалар арасындағы интерфейстер жоғары дамыған жүйелерде (эмульсиялар, тұмандар, түтіндер және т.б.) беттік қабаттардың қасиеттері принципті маңызға ие болады және тұтастай алғанда бүкіл жүйенің көптеген ерекше қасиеттерін анықтайды. Мұндай таратылды (микрогетерогенді)жүйелері зерттелуде коллоидты химия,бұл физикалық химияның үлкен дербес бөлімі.

Жоғарыда келтірілген физикалық химияның негізгі бөлімдерінің тізімі бұл ғылымның кейбір бөлімдері мен кіші бөлімдерін қамтымайды, оларды үлкен бөлімдердің бөліктері немесе физикалық химияның дербес бөлімдері ретінде қарастыруға болады. Физикалық химияның әр түрлі салаларының өзара тығыз байланысын тағы бір рет атап өту керек. Кез келген құбылысты зерттеуде химияның көптеген салаларының (және көбінесе басқа ғылымдардың) тұжырымдамаларының, теорияларының және зерттеу әдістерінің арсеналын қолдануға тура келеді. Физикалық химиямен алғашқы танысу кезінде ғана мүмкін болады тәрбиелік мақсаттарматериалды көрсетілген бөлімдерге таратыңыз.

Физикалық және химиялық зерттеу әдістері... Физикалық химияның негізгі әдістері табиғи түрде физика мен химия әдістері болып табылады. Бұл ең алдымен эксперименттік әдіс - заттардың қасиеттерінің сыртқы жағдайларға тәуелділігін зерттеу, әр түрлі процестердің жүру заңдылықтары мен химиялық тепе -теңдік заңдылықтарын эксперименттік зерттеу.

Эксперименттік мәліметтерді теориялық түсіндіру және біртұтас білім жүйесін құру теориялық физиканың әдістеріне негізделген.

Олардың бірі болып табылатын термодинамикалық әдіс заттың әр түрлі қасиеттерін сандық түрде байланыстыруға мүмкіндік береді («макроскопиялық» қасиеттер) және басқа қасиеттердің тәжірибелік мәндеріне сүйене отырып, осы қасиеттердің бірін есептеуге мүмкіндік береді.

І тарау.
ТЕРМОДИНАМИКАНЫҢ БІРІНШІ ЗАНЫ

§ 1. Энергия. Энергияның сақталу және түрлену заңы

Заттың ажыратылмайтын қасиеті (атрибуты) - қозғалыс; ол материяның өзі сияқты бұзылмайды. Заттың қозғалысы әр түрлі формада көрінеді, олар бір -біріне айналуы мүмкін. Зат қозғалысының өлшемі - бұл энергия.Сандық түрде энергия белгілі бір түрде қозғалыстың әрбір нақты түріне тән параметрлер арқылы және осы формаға тән бірліктермен көрінеді.

SI бірліктер жүйесінде энергия бірлігі (жылу және жұмыс) - джоуль J), 1 -дегі күштің жұмысына тең H 1 жолында м. 1 J = 1 Нм.

Энергияның (жылу) кең таралған бірлігі, калория, қазіргі уақытта қолдануға болатын жүйеден тыс қондырғы болып табылады. Қазіргі уақытта қолданылатын калория анықтамасы бойынша белгілі бір джоуль санына тең: 1 нәжіс 4,1868 джоульге тең. Бұл қондырғы жылу техникасында қолданылады және оны атауға болады жылу инженериясының калориясы.Химиялық термодинамикада 4.1840 джоульге теңестірілген және аталатын біршама өзгеше бірлік қолданылады термохимиялық калория.Оны қолданудың орындылығы осы бірліктерде көрсетілген анықтамалық басылымдарда жинақталған эксперименттік термохимиялық материалды қолданудың ыңғайлылығымен байланысты.

Қозғалыстың бір түрі басқа түрге айналған кезде, әр түрлі бірліктермен көрсетілген жоғалған және пайда болған қозғалыстың энергиялары бір -біріне баламалы болады, яғни жоғалған қозғалыстың энергиясы пайда болған энергияға тұрақты сандық қатынаста болады. қозғалыс (энергияның эквивалентті түрлену заңы).Бұл коэффициент қозғалыстың екі түрінің энергиясының мәніне және қозғалыстың бір түрінен екіншісіне ауысудың нақты шарттарына байланысты емес. Сонымен, электр тогының энергиясы хаотикалық молекулалық қозғалыстың энергиясына айналғанда, әрқашан бір джоуль электр энергиясы 0,239 -ға айналады. нәжісмолекулалық қозғалыстың энергиясы.

Осылайша, энергия материяның қозғалысының өлшемі ретінде әрқашан қозғалыстың берілген түріне сәйкес келетін сапалық бірегей түрде көрінеді және сәйкес өлшем бірліктерінде көрінеді. Екінші жағынан, ол сандық түрде қозғалыстың барлық формаларының бірлігін, олардың өзара өзгергіштігін және қозғалыстың бұзылмайтындығын көрсетеді.

Энергияның эквивалентті түрлену заңы физикалық тәжірибелік заң болып табылады. Эквивалентті энергияның конверсиялық заңыәр түрлі түрде, яғни формада көрсетуге болады энергияның сақталу және түрлену заңы:энергия жасалмайды немесе жойылмайды; барлық процестер мен құбылыстар үшін осы процеске қатысатын оқшауланған материалдық жүйенің барлық бөліктерінің жалпы энергиясы тұрақты болып қала береді.

Энергияның сақталуы мен түрлену заңы әмбебап болып табылады, өйткені ол молекулалардың үлкен жиынтығын білдіретін ерікті ірі денелерде болатын құбылыстарға және бір немесе бірнеше молекулалардың қатысуымен болатын құбылыстарға қолданылады.

Үшін әр түрлі формалармеханикалық қозғалыс, энергияның сақталу заңы көптен бері сапалық түрде (Декарт - 1640) және сандық түрде (Лейбниц - 1697) көрініс тапты.

Жылу мен жұмыстың өзара түрленуі үшін (төменде қараңыз) энергияның сақталу заңы ХІХ ғасырдың қырқыншы жылдарында жүргізілген Дж.Р.Майер, Г.Гельмгольц және Д.П.Джоуль зерттеулерімен жаратылыстану заңы ретінде дәлелденді.

Эквивалентті түрлендіру заңын қолдана отырып, әр түрлі қозғалыс формаларының энергияларын энергияның бір түріне (бір қозғалыс түріне) тән бірліктермен өрнектеуге болады, содан кейін қосу, азайту және т.б.

§ 2. Термодинамиканың пәні, әдісі және шекарасы

Термодинамика - теориялық физиканың негізгі салаларының бірі. Термодинамика жылу мен жұмыс түріндегі денелер арасындағы энергия тасымалына байланысты әр түрлі энергия түрлерінің өзара өзгеру заңдылықтарын зерттейді.Әр түрлі процестерде энергияның берілу формасы ретінде термодинамика көптеген энергия байланыстары мен заттардың әр түрлі қасиеттері арасындағы тәуелділікті қамтиды және өте кең таралған жалпылау береді. термодинамика заңдары.

Негізгі термодинамикалық заңдылықтарды орнатқанда, әдетте денеде болатын энергия түрлендірулері (көбінесе өте күрделі) егжей -тегжейлі айтылмайды. Берілген күйдегі денеге тән энергия түрлері де сараланбайды; барлық осы энергия түрлерінің жиынтығы біртұтас болып саналады жүйенің ішкі энергиясы .

Жоғарыда көрсетілген термодинамика пәні осы ғылымның әдісі мен шекарасын анықтайды. Термодинамика бастапқы позиция ретінде қабылдаған жылу мен жұмыс арасындағы айырмашылық пен жылудың жұмысқа қарама -қарсылығы көптеген молекулалардан тұратын денелер үшін ғана мағынасы бар, өйткені бір молекула үшін немесе аз молекулалар жиынтығы үшін ұғымдар жылу мен жұмыс мағынасын жоғалтады. Сондықтан термодинамика тек молекулалардың үлкен санынан тұратын денелерді ғана қарастырады макроскопиялық жүйелер,оның үстіне термодинамика өзінің классикалық түрінде жеке молекулалардың мінез -құлқы мен қасиеттерін ескермейді.

Термодинамикалық әдіс сонымен қатар зерттеу объектісі материалдық әлемнен бөлінген дене немесе денелер тобы болуымен сипатталады. термодинамикалық жүйе (бұдан әрі - жай аталады жүйе).

Жүйенің оны сыртқы әлемнен (ортадан) бөлетін белгілі бір шекаралары бар.

Жүйе - бұл біртекті , егер оның әрбір параметрі жүйенің барлық бөліктерінде бірдей мәнге ие болса немесе нүктеден нүктеге дейін үздіксіз өзгерсе.

Жүйе - бұл гетерогенді , егер ол көрінетін интерфейстермен бір -бірінен бөлінген бірнеше макроскопиялық (көптеген молекулалардың кезегінен тұратын) бөліктерден тұрса. Бұл беттерде кейбір параметрлер күрт өзгереді. Бұл, мысалы, «қатты тұз - қаныққан тұзды ерітінді - қаныққан су буы» жүйесі. Мұнда тұз - ерітінді мен ерітінді - будың шекарасында құрамы мен тығыздығы күрт өзгереді.

Қалған бөліктерден көрінетін интерфейстермен бөлінген жүйенің біртекті бөліктері деп аталады фазалар . Бұл жағдайда физикалық және термодинамикалық қасиеттері бірдей жүйенің жеке біртекті бөліктерінің жиынтығы бір фаза болып есептеледі (мысалы, бір заттың кристалдарының жиынтығы немесе газда ілінген және тұманды құрайтын сұйық тамшылардың жиынтығы ). Жүйенің әр фазасы өзіндік күй теңдеуімен сипатталады.

Қоршаған ортамен зат пен энергия алмаспайтын (жылу немесе жұмыс түрінде) жүйе деп аталады оқшауланған .

Қоршаған ортамен зат пен энергия (жылу немесе жұмыс түрінде) алмасатын жүйе деп аталады ашық

Қоршаған ортамен зат алмасуға болмайтын, бірақ энергия алмасатын (жылу немесе жұмыс түрінде) жүйе деп аталады жабық .

Термодинамика материалдық жүйенің өлшенетін қасиеттері мен оның макроскопиялық бөліктерінің (фазаларының), мысалы, температураға, қысымға, массаға, жүйеге енгізілген фазалардың тығыздығы мен химиялық құрамы мен басқа да қасиеттерінің арасындағы байланысты зерттейді. осы қасиеттердегі өзгерістер арасындағы байланыс ретінде.

Термодинамика зерттейтін қасиеттер жиынтығы (деп аталады жүйенің термодинамикалық параметрлері) анықтайды жүйенің термодинамикалық күйі.Кез келген термодинамикалық қасиеттердің өзгеруі (кем дегенде біреуі) жүйенің термодинамикалық күйінің өзгеруіне әкеледі.

Табиғатта жүретін барлық процестерді стихиялық (табиғи) және риясыз деп бөлуге болады.

Өздігінен жүретін процестер- бұл сыртқы энергия шығынын қажет етпейтін процестер. Мысалы, температурасы жоғары денеден температурасы төмен денеге жылу беру, тұздың суда еруі және т.б. өздігінен жүреді.

Өздігінен жүрмейтін процестеролардың ағымы үшін сыртқы энергия шығындарын талап етеді, мысалы, ауаның азот пен оттегіне бөлінуі.

Термодинамикада жүйенің мұндай күйлері негізінен қарастырылады, онда оның параметрлері (температура, қысым, электростатикалық потенциал және т.б.) уақыт бойынша өздігінен өзгермейді және жеке фазалар көлемінің барлық нүктелерінде бірдей мәнге ие болады. Мұндай мемлекеттер аталады тепе -теңдік.

Термодинамиканың негізгі постулаттарының бірі - бұл тұжырым кез келген стихиялық процестің барысы ақыр соңында оқшауланған жүйені оның қасиеттері өзгермейтін кезде тепе -теңдік күйге әкеледі, яғни жүйеде тепе -теңдік орнайды.

Фазалар ішіндегі температураның, қысымның және құрамның біркелкі емес және уақыт бойынша өзгеруімен сипатталатын мемлекеттер тепе-теңдік емес... Оларды тепе -теңсіз (қайтымсыз) процестердің термодинамикасы қарастырады, онда негізгі термодинамикалық заңдардан басқа қосымша болжамдар қолданылады.

Тәжірибені жалпылау ретінде қарастырылатын термодинамиканың негізгі заңдары негізінде құрылған термодинамика жиі аталады классикалықнемесе феноменологиялық термодинамика.Термодинамика жылу қозғалтқыштарын зерттеуге теориялық негіз береді; бұл бөлім деп аталады техникалық термодинамика.Зерттеуі химиялық процестертермодинамикалық тұрғыдан қарастырылады химиялық термодинамика,ол физикалық химияның негізгі салаларының бірі.

§ 3. Жылу және жұмыс

Оның бір денеден екінші денеге ауысуы кезінде қозғалыс формаларының өзгеруі және оған сәйкес энергияның түрленуі өте алуан түрлі. Қозғалыстың өзі мен оған байланысты энергияның ауысу формаларын екі топқа бөлуге болады.

Бірінші топқа екі түйісетін дененің молекулаларының ретсіз соқтығысуы арқылы қозғалыстың ауысуының бір түрі ғана кіреді, яғни. жылу өткізгіштік арқылы (және сонымен бірге сәулелену арқылы). Осылайша берілетін қозғалыстың өлшемі жылу .

Екінші топқа қозғалыстың ауысуының әр түрлі формалары кіреді, олардың ортақ ерекшелігі - бағытталған сипаттағы кез келген сыртқы күштердің әсерінен макроскопиялық массалардың қозғалысы. Бұл гравитациялық өрісте денелердің көтерілуі, белгілі бір мөлшердегі электр энергиясының жоғары электростатикалық потенциалдан төменгіге ауысуы, қысым астында газдың кеңеюі және т.б. Мұндай әдістермен берілетін қозғалыстың жалпы өлшемі болып табылады Жұмыс .

Жылу мен жұмыс материалдық әлемнің бір бөлігінен екіншісіне қозғалыстың екі түрлі сапалық және сандық түрін сипаттайды.

Қозғалыстың берілуі - бұл материяның күрделі қозғалысының бір түрі, оның негізгі екі формасын ажыратамыз. Жылу мен жұмыс - бұл зат қозғалысының екі күрделі формасының өлшемдері және оларды энергияның формасы ретінде қарастырған жөн.

Жылу мен жұмыстың ортақ қасиеті - олар бұл процестер жүретін уақыт кезеңінде ғана маңызды. Мұндай процестер барысында кейбір денелерде белгілі бір формадағы қозғалыс азаяды және сәйкес энергия азаяды, ал басқа денелерде сол немесе басқа формадағы қозғалыс күшейіп, сәйкес энергия түрлері көбейеді.

Біз кез келген денеде жылу немесе жұмыс қоймасы туралы емес, тек белгілі бір процестің жылуы мен жұмысы туралы айтып отырмыз. Ол аяқталғаннан кейін денеде жылудың немесе жұмыстың болуы туралы айтудың қажеті жоқ.

§ 4. Жылу мен жұмыстың эквиваленті

Д.П.Джоульдің классикалық эксперименттерінде (1842-1867) олардың өзара ауысуы кезінде жылу мен жұмыс арасындағы тұрақты эквиваленттік байланыс орнатылды. Джоульге тән эксперимент келесідей.

Жылудың механикалық эквивалентін анықтауға арналған джоуль аппараты.

Құлап жатыр белгілі биіктіксалмақтар калориметрде орналасқан суға батырылған араластырғышты айналдырады (салмағы мен сумен калориметрі термодинамикалық жүйені құрайды.) Араластырғыш пышақтарының суда айналуы калориметрдегі судың қызуына әкеледі; сәйкес температураның көтерілуі сандық түрде жазылады.

Көрсетілген процесс аяқталғаннан кейін жүйе бастапқы күйіне қайтарылуы керек. Мұны психикалық тәжірибе арқылы жасауға болады. Салмақтар бастапқы биіктікке көтеріледі, ал сыртқы жұмыстар жұмсалады, бұл жүйенің энергиясын арттырады. Сонымен қатар, жылу бастапқы температураға дейін салқындату арқылы калориметрден (қоршаған ортаға беріледі) алынады. Бұл операциялар жүйені бастапқы күйіне қайтарады, яғни жүйенің барлық өлшенетін қасиеттері бастапқы күйде болған мәндерге ие болады. Жүйенің қасиеттері өзгеретін және соңында бастапқы күйіне оралған процесс деп аталады циклдік (циклдік) процесс немесе цикл .

Сипатталған циклдің жалғыз нәтижесі - жүйені қоршайтын ортадан жұмысты алып тастау және калориметрден алынған жылуды осы ортаға беру.

Сәйкес бірліктермен өлшенетін бұл екі шаманы салыстыру олардың арасындағы жүктеменің мөлшеріне, калориметрдің мөлшеріне және әртүрлі эксперименттердегі жылу мен жұмыстың нақты мөлшеріне тәуелсіз тұрақты байланысты көрсетеді.

Жылу мен жұмысты циклдік процесте жазған жөн, ол шексіз (элементарлы) жылулардың қосындысы (интегралы) болып табылады. Qжәне шексіз (қарапайым) жұмыстар  W, және интеграцияның бастапқы және соңғы шектері сәйкес келеді (цикл).

Сонда циклдік процестегі жылу мен жұмыстың эквиваленттілігін былай жазуға болады:

(Мен, 1)

(I, 1) теңдеуде белгі цикл интеграциясын білдіреді. Коэффициент тұрақтылығы k жылу мен жұмыстың эквиваленттілігін көрсетеді ( k- жылудың механикалық эквиваленті). (I, 1) теңдеу жұмысты жылуға айналдырудың белгілі бір өте маңызды жағдайы үшін энергияның сақталу заңын білдіреді.

Джоуль, Роуланд (1880), Микулеску (1892), т.б. зерттеулерінде металдардағы үйкеліс әдістері, соққы, электр тогының жұмысын жылуға тікелей түрлендіру, қатты денелердің созылуы және т.б. k тәжірибе қателігі кезінде әрқашан тұрақты.

Бұдан әрі коэффициентті қолдана отырып, жұмыс пен жылу болады деп есептеледі kбірдей бірліктермен (қандай болса да) және коэффициентпен өрнектеледі kтөмен түседі.

§ 5. Ішкі энергия

Дөңгелек емес процесс үшін (I, 1) теңдік орындалмайды, себебі жүйе бастапқы күйіне оралмайды. Оның орнына, дөңгелек емес процесс үшін теңдіктер жазылуы мүмкін (коэффициент жоқ k):

≠

Интеграция шектері әдетте ерікті болғандықтан, қарапайым шамалар үшін  W және  Q:

Q   W,

Демек:

Q – W  0

Айырмашылықты белгілейік  Q –  Wкез келген қарапайым термодинамикалық процесс үшін dU:

dU   Q – W (I, 2)

немесе соңғы процесс үшін:

–
(Мен, 2а)

Дөңгелек процесске оралсақ, біз аламыз (I, 1 теңдеуінен):

=
–
= 0 (I, 3)

Осылайша, саны dU - бұл жүйе күйінің кейбір функциясының толық дифференциалы. Жүйе бастапқы күйіне оралғанда (циклдік өзгерістен кейін), бұл функцияның мәні өзінің бастапқы мәнін алады.

Жүйе күйінің функциясыU , теңдіктермен анықталады (Мен, 2) немесе (Мен, 2а) деп аталадыішкі энергия жүйелер .

Әлбетте, (I, 2а) өрнегін былай жазуға болады:

= U 2 – U 1 = ∆ U = – (Мен, 2б)

U 2 – U 1 = ∆U = Q - W

Бұл пайымдау жүйенің күйінің белгілі бір функциясының болуын эмпирикалық түрде дәлелдейді, онда жүйе бар барлық қозғалыстардың жиынтық өлшемі мағынасы бар.

Басқаша айтқанда, ішкі энергияға молекулалардың ауыспалы және айналмалы энергиясы, атомдар мен молекуладағы атомдар тобының тербеліс энергиясы, электрондардың қозғалыс энергиясы, ядролық және басқа энергия түрлері жатады, яғни барлығының жиынтығы жүйенің потенциалды және кинетикалық энергиясын қоспағанда, жүйеде бөлшектер энергиясының түрлері ...

Айталық, циклдік процесс жүйе бастапқы күйіне оралғаннан кейін жүйенің ішкі энергиясы бастапқы мәнін қабылдамай, керісінше өсті. Бұл жағдайда айналмалы процестердің қайталануы жүйеде энергияның жиналуына әкеледі. Бұл энергияны жұмысқа айналдыру және жұмыс есебінен осылайша жылу есебінен емес, «жоқтан» алу мүмкіндігін туғызар еді, өйткені айналмалы процесте жұмыс пен жылу бір -біріне эквивалентті, ол тікелей көрсетеді. эксперименттер.

Белгіленген құрастыру циклін жүзеге асыру мүмкін еместігі бірінші типтегі мәңгілік қозғалыс аппараты (perpetuum mobile),энергияның басқа түріне барабар мөлшерде жұмысты беру адамның мыңдаған жылдық тәжірибесінің теріс нәтижесімен дәлелденген. Бұл нәтиже Джоуль эксперименттерін талдай отырып, біз нақты, бірақ қатаң түрде алынған қорытындыға әкеледі.

Алынған нәтижені тағы бір рет тұжырымдайық. Жүйелік энергияның жалпы жеткізілімі (оның ішкі энергиясы) циклдік процесс нәтижесінде өзінің бастапқы мәніне қайтады, яғни берілген күйдегі жүйенің ішкі энергиясы бір нақты мәнге ие және жүйенің өзгеруіне байланысты емес осы күйге келмес бұрын өтті.

Басқаша айтқанда, жүйенің ішкі энергиясы бұл жүйенің күйінің бір мәнді, үздіксіз және соңғы функциясы.

Жүйенің ішкі энергиясының өзгеруі (I, 2b) өрнегімен анықталады; дөңгелек процесс үшін (I, 3) өрнегі жарамды. Жүйенің кейбір қасиеттерінің (параметрлерінің) шексіз аз өзгеруімен жүйенің ішкі энергиясы да шексіз аз өзгереді. Бұл үздіксіз функцияның қасиеті.

Термодинамикада оны қолданудың қажеті жоқ жалпы анықтамаішкі энергия туралы түсініктер. (I, 2) немесе (I, 2a) өрнектері арқылы формалды сандық анықтама барлық басқа термодинамикалық ойлау мен қорытындылар үшін жеткілікті.

Жүйенің ішкі энергиясы оның күйінің функциясы болғандықтан, жоғарыда айтылғандай, жүйе күйінің параметрлерінің шексіз аз өзгеруімен ішкі энергияның артуы толық дифференциалдымемлекеттік функциялар. (I, 3) теңдеудегі интегралды күйден жолдар қимасы бойынша екі интегралға бөлу 1 мемлекетке 2 («а» жолы) (I суретті қараңыз) және керісінше - күйден 2

Жетілдірілген курс физикалық химия 6 емтихан Пәнді меңгермес бұрын «Жоғары курс физикалық химия«Болу керек ... физикалық химия... / Өңдеген В.В. Буданова, Н.К. Воробьев. - Л.: Химия, 1986 .-- 352 б. Практикалық жұмыс физикалық химия ...

Пән бойынша жұмыс бағдарламасы: «Органикалық және физикалық химия» 060601 медициналық биохимия мамандығы бойынша, бітірушінің біліктілік коды (65 маман) оқу нысаны (күндізгі)

Жұмыс бағдарламасы

Кафедрада Кітапханада 1 Органикалық және физикалық химия(органикалық химия, I бөлім). В.А.Старцева, Л.Е.Никитина, Н.П. ... Кафедрада Кітапханада 1 Органикалық және физикалық химия(органикалық химия, I бөлім). В.А.Старцева, Л.Е.Никитина, Н.П. ...

Физикалық химиядан №2 емтихан

Құжат

Бақылау жұмысы No 2 дейін физикалық химия 2 нұсқа Температура қандай .... No2 тест жұмысы физикалық химия 3 -нұсқа Физика -химиялық шамалардың тізімі ... No 2 бақылау жұмысы бойынша физикалық химия 12 -нұсқа Электродтарды анықтау. ...

Химиялық-технологиялық факультеттің және құрылыс материалтану факультетінің күндізгі бөлімінің студенттеріне арналған физикалық химия курсы бойынша No4 зертханалық жұмысқа арналған әдістемелік құрал

Құралдар жинағы

ЦЕХТЕРДЕГІ ЭКВИЛИБРИУМДЫҢ ТҰРАҚТЫ МӘНДЕРІ физикалық химияжиі кездеседі зертханалық жұмысқатысты ... б. 3. Петров Н.А., Черепанов В.А. Ермишина Ю.А. Семинар жалғасуда физикалық химия... Құралдар жинағы. Екатеринбург: баспасы ...

02. 00. 04 «физикалық химия» мамандығына түсу емтиханы бағдарламасы.

Бағдарлама

Тепе-теңдік // М.: Металлургия.-1988.-560s. Жақсы физикалық химия/ МЕН ЖӘНЕ. Герасимов, В.П. Древинг, Е.И. Эрмин және басқалар: .... астында - 1980. - 180 ж. Горшков Б.И., Кузнецов И.А. / Негіздері физикалық химия... 2 -ші басылым. // М.: Мәскеу университетінің баспасы ...

Термодинамикалық жүйе- психикалық немесе шынымен қоршаған ортадан оқшауланған өзара әрекеттесетін дене немесе денелер тобы.

Біртекті жүйе- ішінде қасиеттері бойынша ерекшеленетін жүйенің бөліктерін (фазаларын) бөлетін беттері жоқ жүйе.

Гетерогенді жүйе- ішінде қасиеттері бойынша ерекшеленетін жүйенің бөліктерін бөлетін беттер бар жүйе.

Фаза- физикалық және химиялық қасиеттері бойынша ұқсас, жүйенің басқа бөліктерінен көрінетін интерфейстермен бөлінген гетерогенді жүйенің біртекті бөліктерінің жиынтығы.

Оқшауланған жүйе- қоршаған ортамен зат пен энергия алмаспайтын жүйе.

Жабық жүйе- қоршаған ортамен энергия алмасатын, бірақ зат алмаспайтын жүйе.

Ашық жүйе- қоршаған ортамен зат пен энергия алмасатын жүйе.

Күй параметрлері- қарастырылатын жүйенің кез келген макроскопиялық қасиетін сипаттайтын шамалар.

Термодинамикалық процесс- жүйенің термодинамикалық күйінің кез келген өзгеруі (кем дегенде бір күй параметрінің өзгеруі).

Қайтымды процесс- қоршаған ортаны өзгертпей, жүйені бастапқы күйіне қайтаруға мүмкіндік беретін процесс.

Тепе -теңдік процесі- жүйе тепе -теңдік жағдайына шексіз жақын күйлердің үздіксіз сериясынан өтетін процесс. Сипаттамасытепе -теңдік процесі:

1) әрекет етуші және қарама -қарсы күштердің шексіз шамалы айырмашылығы: F ex - F in > 0;

2) максималды жұмыстың тікелей процесінде жүйенің орындауы | W| = максимум;

3) әрекет етуші күштердің шексіз аз айырмашылығымен және аралық күйлердің шексіз көп болуымен байланысты процестің шексіз баяу ағымы т > ?.

Өздігінен жүретін процесс- сырттан жұмыс құнынсыз жүре алатын процесс, нәтижесінде жүйенің күйінің өзгеруіне пропорционалды көлемде жұмыс алуға болады. Өздігінен жүретін процесс жалғасуы мүмкін қайтымдынемесе қайтымсыз

Өздігінен жүрмейтін процесс- жүйенің күйінің өзгеруіне пропорционалды көлемде жұмысты сырттан жүргізуді талап ететін процесс.

Энергия- жүйенің жұмысқа қабілеттілігінің өлшемі; материяның қозғалысы мен өзара әсерінің жалпы сапалық өлшемі. Энергия - бұл заттың табиғи қасиеті. Айырмашылық потенциалды энергия,дененің белгілі бір күштер саласындағы позициясына байланысты және кинетикалық энергия,дененің кеңістіктегі жағдайының өзгеруіне байланысты.

Жүйенің ішкі энергиясы U - жүйені құрайтын барлық бөлшектердің кинетикалық және потенциалдық энергиясының қосындысы. Сіз сондай -ақ жүйенің ішкі энергиясын оның жалпы энергиясы ретінде тұтастай жүйенің кинетикалық және потенциалдық энергиясын анықтай аласыз. [ U]= Дж.

Жылу Q - энергияның молекулалардың ретсіз қозғалысы арқылы, екі байланысатын дененің молекулаларының ретсіз соқтығысуы арқылы, яғни жылу өткізгіштік арқылы (және бір мезгілде сәулелену арқылы) берілу формасы. Q> 0 егер жүйе қоршаған ортадан жылу алса. [ Q]= Дж.

Жұмыс W - кез келген күштердің әсерінен бөлшектердің реттелген қозғалысы (макроскопиялық массалар) арқылы энергия беру формасы. W> 0 болса қоршаған ортажүйеде жұмысты орындайды. [W] = Дж.

Барлық жұмыстар бөлінеді кеңейтудің механикалық жұмысы (немесе қысқаруы)және басқа жұмыс түрлері (пайдалы жұмыс) :? W = -pdV +? W?.

Қатты және сұйық заттардың стандартты күйі- қысым кезінде берілген температурадағы таза заттың тұрақты күйі p = 1 атм.

Таза газдың стандартты күйі- 1 атм қысымдағы идеал газ күйінің теңдеуіне бағынатын газдың күйі.

Стандартты мәндер- стандартты күйдегі заттар үшін анықталған мәндер (жоғарғы жолдың 0 белгісімен көрсетілген).

1.1. Термодинамиканың бірінші заңы

Энергия бұзылмайды және жаралмайды; ол бір формадан екіншісіне эквивалентті пропорцияда ғана ауыса алады.

Термодинамиканың бірінші заңы постулат болып табылады - оны логикалық түрде дәлелдеуге немесе бұдан былай шығаруға болмайды жалпы ережелер.

Термодинамиканың бірінші заңы жылу арасындағы байланысты анықтайды Q,жұмыс Wжәне жүйенің ішкі энергиясының өзгеруі? U.

Оқшауланған жүйе

Оқшауланған жүйенің ішкі энергиясы тұрақты болып қалады.

U = const немесе dU = 0

Жабық жүйе

Жабық жүйенің ішкі энергиясының өзгеруі жүйеге берілетін жылуға және / немесе жүйеде жасалған жұмысқа байланысты болады.

? U = Q + Wнемесе dU =? Q +? W

Ашық жүйе

Ішкі энергияның өзгеруі ашық жүйежүйеге берілген жылу әсерінен және / немесе жүйеде жасалған жұмыстың әсерінен, сондай -ақ жүйе массасының өзгеруіне байланысты орындалады.

?U = Q + W +? U mнемесе dU =? Q +? W + мен? U мендн мен

Ішкі энергия - бұл мемлекеттің функциясы; бұл ішкі энергияның өзгеруін білдіреді ме? Uжүйенің 1 күйден 2 күйге өту жолына тәуелді емес және ішкі энергия мәндерінің айырмашылығына тең U 2және U 1бұл мемлекеттерде:

? U = U 2 - U 1

Кейбір процестер үшін:

? U =? (V i U i) бас изеу -? (V i U i) шығу

1.2. Термодинамиканың бірінші заңын біртекті бір компонентті тұйықталған жүйелерге қолдану

Изохоралық процесс (В. = const; ? V = 0)

Ең қарапайым жағдайда пайдалы жұмыс жасалмайды.

dU =? Q +? W =? Q - pdV dU =? Q v = C V dT = nC V dT

Жүйе алатын барлық жылу мөлшері ішкі энергияны өзгертуге жұмсалады.

– тұрақты көлемдегі жылу сыйымдылығы,яғни жүйенің температурасын тұрақты көлемде бір градусқа көтеруге қажетті жылу мөлшері. [ РЕЗЮМЕ] = J / градус.

РЕЗЮМЕ- тұрақты көлемдегі молярлық жылу сыйымдылығы, Дж / (моль? Дег). Идеал газдар үшін:

C V = 2/3 R- бір атомды газ;

C V = 5/2 R- екі атомды газ.

Изобарлық процесс (Р = const) dU =? Q +? W =? Q - pdV ? Q p = dU + pdV = d (U + pV) = dH

H = U + pV - энтальпия- жүйелік күй функциясы.

? Н =? (? I U i)өнім - ? (? i U i)сілтеме

? Q p = dU + pdV = dH = C p dT -изобаралық процестің жылу эффектісі жүйенің энтальпиясының өзгеруіне тең.

– тұрақты қысымда жылу сыйымдылығы. [БІЛЕ] = Дж / градус.

C б- тұрақты қысымдағы молярлық жылу сыйымдылығы, Дж / (моль? Дег).

Идеал газдар үшін: C p = C V + R; C p, C V =[J / (моль К)].

Химиялық реакцияның жылу эффектісі (жылуы)- тұрақты температурада реакция кезінде бөлінетін немесе жұтылатын жылу мөлшері.

Q v =? U V Q p =? U p Реакцияның жылу эффектісінің температураға тәуелділігі. Кирхгоф заңы

Химиялық реакцияның жылу эффектісінің температуралық коэффициенті реакция кезінде жүйенің жылу сыйымдылығының өзгеруіне тең.

Кирхгоф заңы:

Химиялық процесс үшін жылу сыйымдылығының өзгеруі жүйенің құрамының өзгеруімен белгіленеді:

? С б=? (? i C p, i) prod -? (? i C p, i) сыртқа немесе? C V =? (? i C V, i) prod -? (? i C V, i) сыртқа

Кирхгоф заңының интегралды формасы:

? Н Т2 =? Н Т1 +? С р (Т 2 - Т 1) немесе? U T2 =? U Ti +? С V (Т 2 - T 1)

1.3. Термодинамиканың екінші заңы. Энтропия

1) Жылу аз қызған денеден қызған денеге өздігінен өте алмайды.

2) Процесс мүмкін емес, оның жалғыз нәтижесі - жылуды жұмысқа айналдыру.

3) Кейбір жүйелік күй функциясы бар энтропия,Жүйенің сіңірілген жылуы мен температурасына байланысты болатын өзгеріс:

теңгерімсіз процесте

тепе -теңдік процесінде

S - энтропия, J / градус,

- жылудың төмендеуі.

Энтропияның статистикалық түсіндірмесі

Жүйенің әрбір күйі тағайындалады термодинамикалық ықтималдық(жүйенің берілген макростатын құрайтын микростаталар саны ретінде анықталады), соғұрлым бұл күй неғұрлым тәртіпсіз немесе белгісіз. Энтропия - бұл жүйенің бұзылу дәрежесін сипаттайтын күй функциясы.

S = k ln W- Больцман формуласы.

Жүйе максималды термодинамикалық ықтималдылықпен өздігінен күйге өтеді.

Абсолютті энтропияны есептеу

Химиялық процесс барысында энтропияның өзгеруі тек бастапқы заттар мен реакция өнімдерінің түрі мен күйімен анықталады және реакцияның жүру жолына тәуелді емес:

? S =? (? I S i)өнім - ? (? i S i)сілтеме

Стандартты жағдайда абсолюттік энтропияның мәндері анықтамалық әдебиетте берілген.

1.4. Термодинамикалық потенциалдар

Потенциал- мәні, оның төмендеуі жүйе атқаратын жұмысты анықтайды.

Жүйенің бос энергиясының төмендеуіне әкелетін процестер ғана өздігінен жүре алады; бос энергия өзінің минималды мәніне жеткенде жүйе тепе -теңдік күйге келеді.

F = U - TS - Гельмгольцтің бос энергиясы - изохоралық -изотермиялық потенциал(J) - изохоралық -изотермиялық жағдайда тұйықталған жүйеде процестің өздігінен жүруінің бағыты мен шегін анықтайды.

dF = dU - TdSнемесе? F =? U - T? S

G = H - TS = U + pV - TS - Гиббстың бос энергиясы - изобарлық -изотермиялық потенциал(J) - изобарлы -изотермиялық жағдайда тұйықталған жүйеде процестің өздігінен жүруінің бағыты мен шегін анықтайды.

dG = dH - TdSнемесе? G =? H - T? S ? G = ? (? i G i)өнім - ? (? i G i)сілтеме ? G 0 = ? (? i? G arr 0)өнім - ? (? i? G arr 0)сілтеме Жабық жүйелердегі процестердің өздігінен өтуі шарттары

Изобарлық-изотермиялық (P = const, T = const):

? G< 0, dG < 0

Изохоралық-изотермиялық (V = const, T = const):

? F< 0, dF< 0

Термодинамикалық тепе -теңдіктұрақты сыртқы жағдайларда уақыт бойынша өзгермейтін, және бұл өзгермейтіндік кез келген сыртқы процестен туындамайтын, бос энергияның минимумы бар жүйенің термодинамикалық күйі деп аталады.

Термодинамикалық тепе -теңдік шарттарыжабық жүйеде

Изобарлық-изотермиялық (P = const, T = const):

? G = 0, dG = 0, d 2 G> 0

Изохоралық-изотермиялық (V = const, T = const):

? F =0, dF = 0, d 2 F>0 Химиялық реакцияның изотермиялық теңдеулері:

Реакция үшін v 1 A 1 + v 2 A 2+ … = v? 1 B 1 + v? 2 B 2 + ...

Мұнда C i, p i- тепе -теңдік күйінен басқа кез келген уақытта реакцияға түсетін заттардың концентрациясы, қысымы.

Сыртқы жағдайлардың химиялық тепе -теңдікке әсері

Ле Шателье-Браунның орын ауыстыру принципі

Егер нағыз тепе -теңдік жағдайындағы жүйеге сыртқы әсер етсе, онда жүйеде бұл әсерді өтейтін стихиялық процесс туындайды.

Температураның тепе -теңдік күйге әсері

Экзотермиялық реакциялар: N °< 0 (? U ° < 0). Повышение температуры уменьшает величину константы равновесия, т. е. смещает равновесие влево.

Эндотермиялық реакциялар:? N °> 0 (? U °> 0). Температураның жоғарылауы тепе -теңдік константасының мәнін арттырады (тепе -теңдікті оңға жылжытады).

2. Фазалық тепе -теңдік

Компонент- жүйеден бөлінетін және оның сыртында болатын жүйенің химиялық біртекті компоненті. Жүйенің тәуелсіз компоненттерінің саны олардың арасындағы мүмкін болатын химиялық реакциялардың санын алып тастағандағы компоненттер санына тең.

Еркіндік дәрежелерінің саны- жүйелік фазалардың саны мен сипатын өзгертпей белгілі бір шектерде бір мезгілде ерікті түрде өзгертуге болатын жүйелік күй параметрлерінің саны.

Фазалық ережеДж.Гиббс:

Тепе -теңдік термодинамикалық жүйенің еркіндік дәрежелерінің саны К жүйесінің тәуелсіз компоненттерінің санына тең, минус Ф фазаларының саны плюс тепе -теңдікке әсер ететін сыртқы факторлардың санына тең: C = K - F + n.

Тек сыртқы факторлар әсер ететін жүйе үшін температура мен қысым,жаза аласыз: C = K - F+ 2.

Үздіксіздік принципі- күй параметрлерінің үздіксіз өзгеруімен жеке фазалардың барлық қасиеттері де үздіксіз өзгереді; тұтастай алғанда жүйенің қасиеттері жүйенің фазаларының саны немесе сипаты өзгермейінше үздіксіз өзгереді, бұл жүйе қасиеттерінің күрт өзгеруіне әкеледі.

Сәйкес сәйкестік принципі,жүйелік күй диаграммасында әрбір фаза жазықтықтың бір бөлігіне - фазалық өріске сәйкес келеді. Жазықтықтардың қиылысу сызықтары екі фазаның арасындағы тепе -теңдікке сәйкес келеді. Күй диаграммасындағы кез келген нүкте (деп аталады. бейнелі нүкте)күй параметрлерінің белгілі бір мәндері бар жүйенің белгілі бір күйіне сәйкес келеді.

2.1. Су жағдайының диаграммасы

K = 1. Жүйеде үш фазалық тепе -теңдік мүмкін: сұйық пен газдың (ОА желісі), қатты және газдың (ОВ желісі), қатты және сұйық (ОС сызығы) арасында. Үш қисықта O деп аталатын қиылысу нүктесі бар судың үш нүктесі,- үш фазаның арасындағы тепе -теңдікке сәйкес келеді және С = 0; үш фаза тек температура мен қысымның қатаң анықталған мәндерінде тепе -теңдікте бола алады (су үшін үштік нүкте күйге сәйкес келеді. P = 6,1 кПа және T = 273.16 K).

Диаграмманың әр аймағында (AOB, BOC, AOC) жүйе бірфазалы; C = 2 (жүйе бивариантты).

Әр жолда жүйедегі фазалар саны екіге тең, және фазалық ережеге сәйкес жүйе моновариантты: С = 1 - 2 + 2 = 1, яғни әрбір температуралық мән үшін тек қана бір қысым мәні.

Фазаның ауысу температурасына қысымның әсері сипатталады Клаузиус - Клапейрон теңдеуі:

V 2, V 1- фазалық ауысу кезінде заттың молярлық көлемінің өзгеруі.

Су күйінің диаграммасындағы «қатты - сұйық» тепе -теңдік қисығы солға, ал басқа заттардың күй диаграммаларында оңға қарай көлбеу болады, өйткені судың тығыздығы мұздың тығыздығынан үлкен, яғни балқу көлемінің төмендеуімен жүреді (AV< 0). Бұл жағдайда қысымның жоғарылауы «қатты -сұйық» фазалық ауысудың температурасын төмендетеді (су - қалыпты емес зат).Барлық басқа заттар үшін (деп аталады. қалыпты заттар)? V пл> 0 және Клаузиус-Клапейрон теңдеуіне сәйкес қысымның жоғарылауы балқу температурасының жоғарылауына әкеледі.

3. Ерітінділердің қасиеттері

3.1. Ерітінділердің термодинамикасы

Шешім- екі немесе одан да көп компоненттерден тұратын біртекті жүйе, оның қасиеттері күрт өзгермей құрамы белгілі бір шектерде үздіксіз өзгеруі мүмкін.

Ерітінділердегі диффузия

Диффузия- оның молекулаларының немесе атомдарының жылулық қозғалысына байланысты ерітіндідегі зат концентрациясын теңестірудің стихиялық процесі.

Фик заңы:Уақыт бірлігінде бетінің аудан бірлігі арқылы таралатын заттың мөлшері оның концентрациясының градиентіне пропорционал:

қайда j- диффузиялық ағын; DДиффузия коэффициенті.

Эйнштейн-Смолучовский теңдеуі:

қайда? - ортаның тұтқырлығы; R- диффузиялық бөлшектердің радиусы.

Газдардың газдардағы ерігіштігі

Далтон заңы:газ қоспасының жалпы қысымы оған қосылған барлық газдардың парциалды қысымдарының қосындысына тең:

P жалпы =? p iжәне pi = xi P жалпы

Генри-Далтон заңы:Газдың сұйықтықтағы ерігіштігі оның сұйықтық үстіндегі қысымына тура пропорционал: C i = kp i,қайда C i- газ ерітіндісінің сұйықтықтағы концентрациясы; k- газдың сипатына байланысты пропорционалдылық коэффициенті.

Әдетте, газ сұйықтықта ерігенде жылу бөлінеді (Кімге< 0), сондықтан температураның жоғарылауымен ерігіштігі төмендейді.

Сеченов формуласы:

X = X 0 e -kC el

қайда Xжәне X 0- таза еріткіште газ концентрациясы мен концентрациясы бар электролит ерітіндісі БІЛЕ.

3.2. Электролитті емес ерітінділердің коллигативті қасиеттері

Коллегиялық (ұжымдық)негізінен еріген бөлшектердің санына байланысты еріткіш қасиеттеріне қатысты ерітінділердің қасиеттері деп аталады.

Қысым қаныққан бусұйылтылған ерітінділер

Сұйықтықпен тепе -теңдіктегі бу деп аталады қаныққанМұндай будың қысымы б 0шақырды қаныққан будың қысымы немесе қысымытаза еріткіш.

Раульдің бірінші заңы.Ерітінді компонентінің қаныққан буының парциалды қысымы оның ерітіндідегі молярлық фракциясына тура пропорционал, ал пропорционалдылық коэффициенті таза компоненттегі қаныққан бу қысымына тең:

p i = p i 0 x i

А және В компоненттерінен тұратын екілік ерітінді үшін: еріткіштің бу қысымының ерітінді үстіндегі салыстырмалы төмендеуі еріген заттың молярлық фракциясына тең және еріген заттың табиғатына тәуелді емес:

Рауль заңы қанағаттандырылған шешімдер идеалды шешімдер деп аталады.

Идеал және нақты ерітінділердің бу қысымы

Егер екілік (екі компоненттен тұратын) ерітіндінің компоненттері ұшпа болса, онда ерітіндінің үстіндегі бу екі компонентті де қамтиды. Жалпы композиция дейді олар. бу қысымындағы (х д) фракция:

p = p A 0 x A + p B 0 x B = p A 0 (1 - x B) + p B 0 x B = p A 0 - x B (p A 0 - p B 0)

Егер бұл компоненттің молекулалары бір -бірімен басқа компоненттердің молекулаларына қарағанда күшті әсерлесе, онда қоспадағы будың нағыз парциалдық қысымы бірінші Рауль заңына сәйкес есептелгеннен үлкен болады. (оң ауытқулар,? Н. tv> 0). Егер біртекті бөлшектер бір -біріне ұқсамайтын бөлшектерге қарағанда әлсіз әсер етсе, компоненттердің будың парциалды қысымы есептелгеннен аз болады. (теріс ауытқулар,? Hсол< 0).

Ерітінділердің кристалдану температурасы

Раульдің екінші заңы.Ерітіндінің қату температурасының төмендеуі? Т орынбасары ерітіндінің молярлық концентрациясына тура пропорционал:? Т орынбасары = T 0 - T = KS м,қайда T 0 -таза еріткіштің қату температурасы; Т.- ерітіндінің қату температурасы; КІМ- еріткіштің криоскопиялық тұрақтылығы, кг / кг моль,

T 0 2- еріткіштің қату температурасы; М.Еріткіштің молекулалық салмағы ,? Н пл - еріткіштің молярлық жылуы.

Ерітінділердің қайнау температурасы

Қайнау температурасы- қаныққан бу қысымы сыртқы қысымға тең болатын температура.

Ұшпайтын заттар ерітінділерінің қайнау температурасының жоғарылауы? T K = T k - T k 0қаныққан бу қысымының төмендеуіне пропорционалды және ерітіндінің молярлық концентрациясына тура пропорционалды: EC м,қайда E - эбулиоскопиялық тұрақтыеріткіш, кг / моль,

Ерітінділердің осмостық қысымы

Осмос- еріткіш молекулаларының жартылай өткізгіш мембрана арқылы ерітіндіге немесе еріткіш молекулаларына концентрациясы төмен ерітіндіден концентрациясы жоғары ерітіндіге өтуі.

Ерітінді мен еріткішті ажырататын мембрана арқылы ерітіндінің ерітіндіге өтуін болдырмау үшін ерітіндіге түсетін қысым санға тең осмостық қысым?(Па).

Вант -Гофф принципі:идеалды ерітіндінің осмостық қысымы еріген заттың ішіндегі күйінде болатын қысымға тең газ күйісол температурада ерітіндімен бірдей көлемді алады :? = CRT.

Изотоникалық ерітінділер- осмостық қысымы бірдей екі ерітінді (? 1 =? 2).

Гипертоникалық ерітінді- осмостық қысымы екіншісінен жоғары болатын ерітінді (? 1>? 2).

Гипотоникалық ерітінді- осмостық қысымы екіншісінен аз болатын ерітінді (? 1< ? 2).

3.3. Электролиттік ерітінділер

Диссоциация дәрежесі?Бұл молекулалар санының қатынасы n,иондарға ыдырады, молекулалардың жалпы санына дейін N:

Ван Хоффтың изотоникалық коэффициенті i- диссоциацияны қоспағанда, электролит ерітіндісіндегі бөлшектердің нақты санының осы ерітіндідегі бөлшектер санына қатынасы.

Егер бастап Н.молекулалар диссоциацияланған n,және әрбір молекула ыдырайды? иондар, онда

Электролиттер емес мен = 1.

Электролиттер үшін 1< мен? ?.

3.4. Электролит ерітінділерінің коллигативті қасиеттері:

Аррениустың электролиттік диссоциация теориясы

1. Ерітінділердегі электролиттер иондарға ыдырайды - диссоциацияланады.

2. Диссоциация - қайтымды тепе -теңдік процесс.

3. Иондардың еріткіш молекулалармен және өзара әсерлесу күштері шамалы (яғни, ерітінділер идеалды).

Электролиттердің ерітіндідегі диссоциациясы полярлық еріткіш молекулаларының әсерінен жүреді; ерітіндіде иондардың болуы оның электр өткізгіштігін анықтайды.

Диссоциациялану дәрежесі бойынша электролиттер үш топқа бөлінеді: күшті(? ? 0,7), орташа беріктігі(0,3 < ? < 0,7) и әлсіз(? ? 0,3).

Әлсіз электролиттер. Диссоциация тұрақтысы

Теңдеуге сәйкес ерітіндідегі иондарға ыдырайтын кейбір электролиттер үшін:

А а В b - аА x- + bВ у +

Екілік электролит үшін:

- Оствальдтың сұйылту заңы: әлсіз электролиттің диссоциациялану дәрежесі ерітіндінің сұйылтуымен жоғарылайды.

Ерітінді белсенділігі- концентрацияны алмастыратын эмпирикалық мән, - белсенділік (тиімді концентрация) бірақ,белсенділік коэффициенті арқылы шоғырлануға байланысты f, бұл нақты шешімнің қасиеттерінің идеалдыдан ауытқуының өлшемі:

a = fC; a + = f+ С +; a_ = f_C_.

Екілік электролит үшін:

- электролиттің орташа белсенділігі;

Орташа белсенділік коэффициенті.

Дебай-Хюкель шектеу заңыекілік электролит үшін: лг f = -0.51z 2 I ?,қайда z- активтілік коэффициенті есептелетін ион заряды;

I - ерітіндінің иондық беріктігі I = 0,5? (С i r i 2).

4. Электролит ерітінділерінің электрөткізгіштігі

Бірінші түрдегі дирижерлер- металдар мен олардың балқымалары, онда электр энергиясын электрондар тасымалдайды.

Екінші түрдегі өткізгіштер- электролиттердің ерітінділері мен балқымалары иондық түріөткізгіштік.

Электр тоғызарядталған бөлшектердің реттелген қозғалысы бар.

Кез келген өткізгіш, ол арқылы ток өтеді, ол үшін белгілі қарсылық R,ол Ом заңы бойынша өткізгіштің ұзындығына тура пропорционал lжәне көлденең қиманың ауданына кері пропорционал S;пропорционалдылық коэффициенті болып табылады қарсылықматериал? - ұзындығы 1 см және қимасы 1 см 2 өткізгіштің кедергісі:

Шамасы W,кері қарсылық деп аталады электр өткізгіштік- электролит ерітіндісінің электр тогын өткізу қабілетінің сандық өлшемі.

Арнайы электрөткізгіштік? (к) - ауданы 1 м ұзындықтағы 1 -ші типті өткізгіштің электр өткізгіштігі көлденең қима 1 м 2 немесе 1 м 3 (1 см 3) электр өткізгіштігі 1 м (1 см) электродтар мен ауданы 1 м электродтар арасындағы қашықтықпен электролит ерітіндісі (екінші түрдегі өткізгіш) 2 (1 см 2).

Ерітіндінің молярлық өткізгіштігі)?- құрамында 1 моль ерітінді бар және бір -бірінен 1 см қашықтықта орналасқан электродтардың арасына орналастырылған ерітіндінің электр өткізгіштігі.

Күшті де, әлсіз де электролиттердің молярлық өткізгіштігі концентрацияның төмендеуімен артады (яғни жоғарылаған сайын) ерітіндінің сұйылтылуы V = 1 / C), белгілі бір шекті мәнге жету? 0 (??) қоңырау шалды шексіз сұйылту кезіндегі молярлық өткізгіштік.

Тұрақты температурада және өріс кернеулігі 1 В м -1 жалғыз зарядталған иондары бар екілік электролит үшін:

? = ?F (u + + және?),

қайда F- Фарадей нөмірі; және +, және? -абсолютті ұтқырлық (м 2 V -1 с -1)катион мен анион - бұл иондардың стандартты жағдайда қозғалу жылдамдығы, ерітіндінің ұзындығының 1 м үшін потенциалдар айырымы 1 В.

? + = Фу +; ?? = Фу?,

қайда? +, ?? - ұтқырлықкатион мен анион, Ом м 2 моль -1 (Ом см 2 моль -1).

? = ?(? + + ??)

Күшті электролиттер үшін? ? 1 және ? = ? + + ??

Ерітіндіні шексіз сұйылту арқылы (В. > ?, ? + > ? ? + , ?? > ? ? ?, ? > 1) күшті және әлсіз электролиттер үшін? ? =? ? + – ? ? ? - Колрауш заңы:шексіз сұйылту кезіндегі молярлық өткізгіштік электролиттік қозғалғыштардың қосындысына тең? ? + , ? ? ? берілген электролит катионы мен анионы.

H + және OH иондары? Бұл иондардың зарядты тасымалдаудың арнайы механизмімен байланысты аномальды жоғары қозғалғыштығы бар - реле механизмі. H 3 O + гидроний иондары мен су молекулалары арасында, сондай -ақ су молекулалары мен ОН арасында? теңдеулер бойынша протондардың үздіксіз алмасуы жүреді:

H 3 O + + H 2 O> H 2 O + H 3 O +

H 2 O + OH? > О? + H 2 O

5. Электрохимиялық процестер

5.1. Электродтық потенциалдар. Гальваникалық жасушалар. ЭҚК

Химиялық немесе физикалық тұрғыдан ұқсамайтын екі материал жанасқанда (металл 1 (I типті өткізгіш) - металл 2 (I типті өткізгіш), металл (I типті өткізгіш) - металл тұзының ерітіндісі (ІІ типті өткізгіш), электролит ерітіндісі 1 (ІІ типті өткізгіш) ) - электролит ерітіндісі 2 (ІІ типті өткізгіш және т.б.) олардың арасында бар электрлі екі қабатты (DES). DEL - интерфейсте қарама -қарсы зарядталған бөлшектердің реттелген таралуының нәтижесі.

DES -тің пайда болуы потенциалдың секірілуіне әкеледі? галвани әлеуеті.

Жүйе: металл (Me) - берілген Мен тұзының сулы ерітіндісі деп аталады электроднемесе жартылай жасушалыжәне схемалық түрде келесі түрде бейнеленген:

Электрод (р / д) ерітіндідегі барлық заттар солға, ал электрод материалы тік сызықтың оң жағында орналасатындай етіп жазылады.

? > 0, егер Ме тотықсыздану реакциясы n + + электродында жүрсе не? -Мен 0,

? < 0, если на электроде протекает реакция окисления Ме 0 - Ме n+ + не?.

Электродтық потенциалМе n + / Ме бірінші типтегі өткізгіштің фазалық шекарасында пайда болатын тепе -теңдік потенциалдар айырымы деп аталады / стандартты сутегі электродымен салыстырылады.

Нернст теңдеуі,қайда n- электродтық реакцияға қатысатын электрондар саны; БІЛЕМе n + - катиондардың концентрациясы; EМен н / / Мен - стандартты электродтық потенциал.

Байланыс әлеуеті? ?- бірінші типтегі екі өткізгіштің түйісуінде пайда болатын потенциалдардың тепе -теңдік секіруі.

Диффузиялық потенциал? dif - екінші типті өткізгіш / екінші түрдегі өткізгіш арасындағы фазалық шекарада туындайтын тепе -теңдік потенциалдар айырмасы.

Гальваникалық элемент (г.) – электр тізбегіекі немесе одан да көп п.е. және өндіру электр энергиясыхимиялық реакцияның жүруіне байланысты және химиялық реакцияның тотығу мен тотықсыздану сатылары кеңістікте бөлінеді.

Гальваникалық элементтің жұмысы кезінде тотығу процесі жүретін электрод деп аталады анод,қалпына келтіру процесі жүретін электрод - катод

IUPAC гальваникалық элементтерді және оларда болатын реакцияларды тіркеу ережелері

1. г. жұмыс жасалды, сондықтан элементтің ЭҚК оң мән болып саналады.

2. Гальваникалық тізбектің ЭҚК шамасы Eбарлық фазалардың интерфейсіндегі потенциалды секірулердің алгебралық қосындысымен анықталады, бірақ тотықтану анодта жүретіндіктен, ЭҚК катодтық потенциалдың сандық мәнінен анод (сол жақ электрод) потенциалының мәнін шегеру арқылы есептеледі. электрод) - оң полюстің ережесі.Демек, элементтің тізбегі сол электрод теріс (тотығу жүреді), ал оң жақ оң болады (тотықсыздану процесі жүреді) етіп жазылады.

3. Бірінші түрдегі өткізгіш пен екінші түрдегі өткізгіш арасындағы шекара бір сызықпен белгіленеді.

4. Екінші типтегі екі өткізгіштің шекарасы нүктелі сызықпен бейнеленген.

5. II типті екі өткізгіштің шекарасындағы электролиттік көпір екі үзік сызықпен көрсетілген.

6. Бір фазаның компоненттері үтірмен бөлініп жазылады.

7. Электрод реакциясының теңдеуі тотыққан түрдегі (Ox) заттар сол жақта, ал төмендетілген түрінде (Red) оң жақта орналасатындай жазылады.

Даниэль-Якоби гальваникалық элементі KCl ерітіндісі бар тұз көпірімен бөлінген ZnSO 4 және CuSO 4 сәйкес ерітінділеріне батырылған мырыш пен мыс пластиналардан тұрады: электролиттік көпір ерітінділер арасында электр өткізгіштігін қамтамасыз етеді, бірақ олардың өзара таралуын болдырмайды.

(-) Zn | Zn 2+ :: Cu 2+ | Cu (+)

Электродтық реакциялар:

Zn 0> Zn 2+ + 2e? Cu 2+ + 2e? > Cu 0

Тотығу -тотықсыздану процесі:

Cu 2+ + Zn 0> Cu 0 + Zn 2+

Гальваникалық элементтің ток жұмысы (және, демек, потенциалдар айырмасы) оның қайтымды жұмысы кезінде максималды болады, электродтардағы процестер шексіз баяу жүреді және тізбектегі ток шексіз аз болады.

Гальваникалық элементтің қайтымды жұмысынан туындайтын максималды потенциалдар айырмасы гальваникалық элементтің электр қозғаушы күші (ЭҚК) E.

ЭҚК элементі E Zn / Cu =? Cu 2+ / Cu +? Zn 2+ / Zn + ? k +? айырмашылық

Есепке алмағанда? айырмашылық және? Кімге: E Zn / Cu = ? Cu 2+ / Cu +? Zn 2+ / Zn = E Cu 2+ / Cu + E Zn 2+ / Zn - әр түрлі концентрациядағы С 1> С 2 осы металл тұзының ерітінділеріне батырылған екі бірдей металл электродтардан тұратын гальваникалық элементтер. Бұл жағдайда катод жоғары концентрациялы электрод болады, өйткені екі электродтың стандартты электродтық потенциалдары тең.

Концентрациялық тізбектер

Концентрациялық элемент жұмысының жалғыз нәтижесі - металл иондарының концентрацияланған ерітіндіден аз концентрацияланған ерітіндіге ауысуы.

Концентрациялық гальваникалық элементтегі электр тогының жұмысы диффузиялық процестің жұмысы болып табылады, оның бағытта қарама -қарсы екі қайтымды электродтық процестерге кеңістіктік бөлінуі нәтижесінде қайтымды түрде жүзеге асады.

5.2. Электродтардың жіктелуі

Бірінші класты электродтар. Сол металдың тұзды ерітіндісіне батырылған металл табақ. Электрод қосылған элементтің қайтымды жұмысы кезінде металл пластинада катиондардың металдан ерітіндіге немесе ерітіндіден металға ауысу процесі жүреді.

Екінші типтегі электродтар.Метал осы металдың аз еритін тұзымен қапталған және сол анионы бар басқа еритін тұзы бар ерітіндіде болады. Бұл типтегі электродтар анионға қатысты қайтымды.

Анықтамалық электродтар- дәл белгілі және қайталанатын потенциалдық мәндері бар электродтар.

Сутекті электродсутегі иондары бар ерітіндіге батырылған газ тәрізді сутегімен жуылған платина тәрелке. Платина адсорбцияланған сутегі сутегі газымен тепе -теңдікте болады.

Pt, H 2 / H +

Электродтағы электрохимиялық тепе -теңдік:

2H + + 2е? - H 2.

Стандартты сутегі электродының потенциалы (Н + иондарының белсенділігі 1 моль / л және сутегі қысымы 101,3 кПа) нөлге тең деп есептеледі.

Электродтық потенциалСтандартты емес сутегі электроды:

Каломельді электродбелгілі концентрациядағы KCl ерітіндісіне салынған және Hg 2 Cl 2 каломельімен қаныққан сынап электродынан тұрады:

Hg / Hg 2 Cl 2, KCl

Каломель электроды хлор аниондарына қатысты қайтымды

Күміс хлорлы электрод- хлор аниондарына қатысты қайтымды:

Ag / AgCl, KCl

Егер KCl ерітіндісі қаныққан болса, онда E AgC l = 0.2224 - 0.00065 (t - 25), В.

Индикаторлық электродтар.Сутегі ионының қайтымды электродтары практикада осы иондардың ерітіндідегі белсенділігін анықтау үшін қолданылады.

Квингидронды электрод- сынау ерітіндісі бар ыдысқа батырылған платина сымы, оған хингидронның артық мөлшері C 6 H 4 O 2 C 6 H 4 (OH) 2 - хинон С 6 Н 4 О 2 мен гидрохинон С 6 Н қосындысы қосылады. 4 (OH) 2, сутегі иондары қатысатын тепе -теңдік тотығу -тотықсыздану процесінде өзара ауысуға қабілетті:

C 6 H 4 O 2 + 2H + + 2e? > C 6 H 4 (OH) 2

Ең жиі қолданылатын шыны электроджұқа қабырғалы шыны шармен аяқталатын түтік түрінде. Доп белгілі бір рН мәні бар буферлік ерітіндімен толтырылады, оған қосалқы электрод (әдетте күміс хлориді) батырылады. РН өлшеу үшін шыны электрод сынама ерітіндісіне эталонды электродпен бірге батырылады. Шыны электрод шары қышқыл ерітіндісімен ұзақ уақыт алдын ала өңделеді. Бұл жағдайда сутегі иондары шардың қабырғаларына еніп, сілтілік металл катиондарын алмастырады. Электродтық процесс екі фаза - зерттелетін ерітінді мен шыны арасындағы сутегі иондарының алмасуына дейін азаяды: H rr - H st +.

Стандартты потенциал E st 0 әр электродтың өзіндік мәні бар, ол уақыт өте келе өзгереді; сондықтан шыны электрод әрбір рН өлшеу алдында стандартты мәндерге сәйкес калибрленеді. буферлік шешімдернақты белгілі рН бар.

Тотығу -тотықсыздану электродтары

Әр түрлі тотығу күйінде бір элементі бар электролит ерітіндісіне салынған бірінші типті инертті өткізгіштен тұратын электрод деп аталады. тотықсызданунемесе тотықсыздандырғыш электрод.

Электродтық жауап: Ox n + + не? -Қызыл.

Бұл жағдайда маған инерттіэлектродтық реакцияға жанама қатысады, электрондардың Me (Қызыл) қалпына келтірілген түрінен тотыққан түрге (Ox) ауысуына делдалдық жасайды немесе керісінше.

6. Беттік құбылыстар мен адсорбция

6.1. Беттік керілу және Гиббс адсорбциясы

Беттік құбылыстаринтерфейсте және беткі (шекаралық) қабаттың құрамы мен құрылымының ерекшеліктеріне байланысты болатын процестерді білдіреді.

G s =? S,

қайда G с- жүйенің беттік Гиббс энергиясы, Дж; ? - пропорционалдылық коэффициенті, беттік керілу деп аталады, Дж / м 2; s - интерфазалық беті, м 2.

Беттік керілуO- бұл беткі қабаттың бірлігіне Гиббс энергиясымен өлшенетін шама. Ол тұрақты температурада интерфейстің бірлігін қалыптастыру үшін молекулааралық өзара әрекеттесу күштеріне қарсы жасалуы керек жұмыспен сандық түрде тең.

Dupre үлгісінен, беттік керілубетті шектейтін контурдың бірлік ұзындығына және интерфейсті азайтуға ұмтылатын күшке тең

Еріген заттардың еріткіштің беттік керілуін өзгерту қабілеті деп аталады беттік белсенділік g:

Заттардың еріткіштің беттік керілуіне әсеріне қарай жіктелуі

1. Беттік белсенді заттар (беттік белсенді заттар)- еріткіштің беттік керілуін төмендету (? Ерітінді< ? 0) g >0 (суға қатысты - амфифилді құрылымдағы органикалық қосылыстар).

2. Беттік белсенді заттар (SID)- еріткіштің беттік керілуін сәл жоғарылатыңыз (? Р-р>? 0) g< 0 (неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, ?-аминокислоты и др).

3. Беттік белсенді емес заттар (PNS)- іс жүзінде еріткіштің беттік керілуін өзгертпейді (? P-p =? 0) g = 0 (суға қатысты заттар сахароза және тағы басқалар).

Дюкло-Траубе ережесі:төмен концентрациядағы кез келген гомологиялық қатарларда көміртегі тізбегінің бір CH2 тобына ұзаруы беттік активтілікті 3-3,5 есе арттырады:

Май қышқылдарының сулы ерітінділері үшін (Шишковский теңдеуі):

қайда бжәне КІМ- эмпирикалық тұрақтылар; ббарлық гомологиялық сериялар үшін бірдей, K серияның әрбір келесі мүшесі үшін 3-3,5 есе артады.

Зат концентрациясының екі фазаның шекарасында өздігінен өзгеру процесі деп аталады адсорбция. Адсорбентбетінде басқа зат концентрациясының өзгеруі бар зат деп аталады - адсорбция.

Гиббс адсорбциясының изотермиясы:

Бұл қабаттағы бастапқы мөлшермен салыстырғанда беткі қабаттағы адсорбаттың артық болуы сипатталады шамадан тыснемесе осылай аталады Гиббс, адсорбция(G).

6.2. Қатты газ интерфейсіндегі адсорбция

Физикалық адсорбцияВан -дер -Ваалстың адсорбцияланған молекуланың бетімен әрекеттесуі нәтижесінде пайда болады, қайтымдылығымен және температураның жоғарылауымен адсорбцияның төмендеуімен сипатталады, яғни экзотермиялық (физикалық адсорбцияның жылу эффектісі әдетте адсорбаттың сұйылту жылуына жақын 10 -80 кДж / моль).

Химиялық адсорбция (хемосорбция)әдетте қайтымсыз адсорбент пен адсорбат молекулаларының химиялық әсерлесуімен жүзеге асады; болып табылады жергілікті,яғни адсорбат молекулалары адсорбент беті бойымен қозғала алмайды. Хемисорбция 40-120 кДж / моль активтендіру энергиясын қажет ететін химиялық процесс болғандықтан, температураның жоғарылауы оның пайда болуына ықпал етеді.

Генри теңдеуі(төмен қысымда немесе төмен концентрацияда біртекті бетке мономолекулалық адсорбция):

G = Ksнемесе G = Kr,

КІМ- адсорбент пен адсорбаттың сипатына байланысты адсорбциялық тепе -теңдік константасы; С, б- еріген заттың немесе газ қысымының концентрациясы.

Лангмюрдің мономолекулалық адсорбция теориясы

1. Адсорбция локализацияланған және химиялық әсерге жақын күштердің әсерінен болады.

2. Адсорбция біртекті адсорбент бетінде жүреді.

3. Бетінде тек бір ғана адсорбцияланған молекулалар қабаты түзілуі мүмкін.

4. Адсорбция процесі қайтымды және тепе -тең.

Лангмюр адсорбциясының изотермиясы:

қайда Г 0 - бір қабатты адамның сыйымдылығы- салыстырмалы түрде жоғары тепе -теңдік концентрациясында байқалатын шекті адсорбцияға тең тұрақты, моль / м 2; б- адсорбция жылдамдығының константасы мен десорбция жылдамдығының коэффициентіне тең тұрақты.

Фрейндлих теңдеуі(біртекті емес бетке адсорбция): Г = N f бар K,қайда. K FБірлікке тең тепе -теңдік концентрациядағы адсорбцияға тең тұрақты; n- адсорбция изотермасының қисықтығын тұрақты түрде анықтау (n= 0,1–0,6).

Ерітінділерден молекулалық адсорбция:

мұнда С 0 - адсорбаттың бастапқы концентрациясы; БІЛЕ- адсорбаттың тепе -теңдік концентрациясы; V- адсорбат ерітіндісінің көлемі; мАдсорбенттің массасы.

Шаршы S 0,Қаныққан адсорбциялық қабаттағы молекула бойынша, - қону алаңы:

м 2 / молекула.

Адсорбциялық қабаттың қалыңдығы:

қайда М.- БАЗ молекулалық массасы; ? - БАЗ тығыздығы.

Ребиндер ережесі:полярлық адсорбенттерде төмен полярлы еріткіштердің полярлық адсорбаттары жақсы адсорбцияланады; полярлық адсорбенттерде - полярлық еріткіштерден полярлы емес адсорбаттар.

Адсорбент бетіндегі БАЗ молекулаларының бағыты суретте схемалық түрде көрсетілген:

6.3. Электролит ерітінділерінен адсорбция

Алмасу адсорбциясы- ерітінді мен қатты фаза арасындағы ион алмасу процесі, онда қатты фаза кез келген белгінің иондарын (катиондар немесе аниондар) ерітіндіден сіңіреді және олардың орнына ерітіндіге басқа иондардың эквивалентті санын шығаруы мүмкін. белгісі. Мәңгілік нақты,яғни берілген адсорбент үшін тек белгілі бір иондар ғана алмасуға қабілетті; алмасу адсорбциясы әдетте қайтымсыз.

Пакет-Песков-Файенс ережесі:кристалды қатты заттың бетінде ион өзінің кристалдық торын толтыруға қабілетті немесе кристалды құрайтын иондардың бірімен нашар еритін қосылыс түзе алатын электролит ерітіндісінен арнайы адсорбцияланады.

7. Коллоидты (дисперсті) жүйелер

Коллоидты (дисперсті) жүйефазалардың бірі басқа біртекті фазаның көлемінде біркелкі таралған ұсақ бөлшектермен бейнеленетін гетерогенді жүйе деп аталады. Бұл ультрамикрогетерогенді бөлшектер жүйесі дисперсті фаза-ұсақталған бөлшектердің жиынтығы, олардың мөлшері 10 -9 -10 -5 м аралығында және үздіксіз дисперсиялық орта,онда бұл бөлшектер таралады.

Белгілер заттың коллоидтық күйі - дисперсиялық және гетерогенділік.

Дисперсия дәрежесі?Орташа диаметрдің кері немесе сфералық емес бөлшектер үшін орташа эквивалентті диаметрдің өзара d(м -1):

Арнайы бетінің ауданы- S DP дисперсті фазасының жалпы бетінің оның жалпы көлеміне немесе массасына қатынасы:

7.1. Дисперсті жүйелердің жіктелуі мен алу әдістері

Жіктеу бойынша жиынтық күйфазалар

Дисперсті жүйе де, дисперсті орта да газ болып табылатын дисперсті жүйе жоқ, өйткені газдар бір -бірінде шексіз ериді.

Дисперсті фазаның бөлшектерінің өлшемі бойынша жүйелердің жіктелуі:

1) жоғары дисперсті, 10 -9_ 10 -7 м (рубин шыны);

2) орташа дисперсті, 10 -7_ 10 -5 м (еритін кофе);

3) өрескел дисперсті,> 10 -5 м (жаңбыр тамшылары).

Коллоидты жүйелерді алу әдістері Дисперсия

Физикалық дисперсия:коллоидты диірмендерді пайдаланып механикалық ұнтақтау; заттардың электрлік атомизациясы; ультрадыбыстық және басқа әдістермен дисперсия. Пайда болған бөлшектердің жабысып қалуын болдырмау үшін дисперсия қатысуымен жүргізіледі тұрақтандырғыш- интерфейсте адсорбцияланған электролит немесе зат (БАЗ).

Химиялық дисперсия (пептизация):пептизатор көмегімен жаңадан дайындалған тұнбаны коллоидты күйге айналдыру.

Конденсация

Физикалық конденсация: 1) заттың аздап еритін заттың шынайы ерітіндісіне еріткішпен араласатын сұйықтық қосылуынан тұратын еріткішті ауыстыру әдісі; жаңа еріткіштегі заттың ерігіштігінің төмендеуіне байланысты ерітінді аса қаныққанға айналады және заттың бір бөлігі конденсацияланып, дисперсті фазаның бөлшектерін құрайды; 2) бу конденсациясы әдісі; бастапқы зат буда; температураның төмендеуімен бу өте қанық болады және ішінара конденсацияланып, дисперсті фазаны құрайды.

Химиялық конденсация:нашар еритін қосылыс түзуге әкелетін кез келген химиялық реакция; коллоидты ерітіндіні алу үшін реакцияны сұйылтылған ерітіндіде бөлшектердің төмен өсу жылдамдығында жүргізу керек, бастапқы материалдардың бірі артық қабылданады және тұрақтандырғыш болып табылады.

7.2. Дисперсті жүйелердің оптикалық қасиеттері

Жарық дисперсті жүйеге түскенде келесі құбылыстарды байқауға болады:

жарықтың өтуідисперсті фазаның бөлшектері (бөлшектер түсетін жарықтың толқын ұзындығынан әлдеқайда кіші болатын мөлдір жүйелер үшін байқалады)<< ?);

жарықтың сынуыдисперсті фазаның бөлшектері (егер бұл бөлшектер мөлдір болса);

жарық шағылысуыдисперсті фазаның бөлшектері (егер бөлшектер мөлдір емес болса);

рефракция және рефлексиябөлшектер түскен жарықтың толқын ұзындығынан әлдеқайда үлкен болатын жүйелер үшін жарық байқалады (r >>?). Көрнекі түрде бұл құбылыс бұл жүйелердің бұлдырлығынан көрінеді;

жарық шашырауыдисперсті фазаның бөлшектері кішірек болатын жүйелер үшін байқалады, бірақ сәйкестүскен жарықтың толқын ұзындығымен (r? 0,1?);

адсорбцияжарық энергиясының жылуға айналуымен дисперсті фазаның жарықтың сіңірілуі.

Рэйли теңдеуі:

мұндағы I, I 0 - шашыраңқы және түскен жарықтың қарқындылығы; V- бір бөлшектің көлемі; ? - жартылай концентрация (көлем бірлігіндегі бөлшектер саны); ? - толқын ұзындығы; n 1, n 0Сәйкесінше бөлшектер мен ортаның сыну көрсеткіштері.

Коллоидты ерітіндінің әр түрлі түстердің өтетін және шашыраңқы (шағылысқан) жарықтағы құбылысы деп аталады опалесценция.Түсті ерітінділер жағдайында опалесценция әсерінен өзіндік түс пен түстің қабаттасуы пайда болады (құбылыс жарықтың дихроизмі).

7.3. Молекулалық -кинетикалық қасиеттері

Коллоидтық жүйелер тән: Броундық қозғалыс- микроскопиялық және коллоидты өлшемдегі бөлшектердің үздіксіз кездейсоқ қозғалысы. Бұл қозғалыс неғұрлым қарқынды болса, температура соғұрлым жоғары болады және бөлшектің массасы мен дисперсиялық ортаның тұтқырлығы төмен болады.

Диффузия- бөлшектердің концентрациясын теңестірудің өздігінен жүретін процесі.

Фик заңы:

Коллоидты бөлшектердің үлкен болуына байланысты коллоидтық жүйелерде диффузия қарағанда баяу жүреді шынайы шешімдер.

Осмостық қысым:

мұнда m жалпы - еріген заттың массасы; мБір бөлшектің массасы; V- жүйенің көлемі; N A- Авогадро нөмірі; Т.- абсолютті температура; ? - ішінара концентрация; kБольцман тұрақты.

Сфералық бөлшектер үшін:

қайда? m - ерітіндінің көлем бірлігіне дисперсті фазаның массасы; ? - дисперсиялық ортаның тығыздығы; r - бөлшектердің радиусы.

7.4. Мицелла құрылымы

Лиофобты мицеллажүйе гетерогенді микрожүйе деп аталады, ол дисперсті фазаның микрокристалынан тұрады, ол ерітінді тұрақтандырғыш иондарымен қоршалған.

Потенциалды анықтаубұл қатты фазалық бөлшектердің бетінде адсорбцияланған иондар (бірлік)және оған ақы төлеу. Потенциалды анықтайтын иондармен бірге агрегат мицелланың өзегі.

Қарсы көрсеткіштер- мицелла өзегінің жанында иондардың топтасуы.

Дисперсиялық ортада контриондардың орналасуы екі қарама -қарсы фактормен анықталады: жылу қозғалысы (диффузия) және электростатикалық тартылыс.

Тығызды құрайтын контриондар адсорбция қабаты,ядромен бірге «байланысқан» деп аталады коллоидты бөлшек немесе түйіршік. Коллоидты бөлшектің (түйіршіктің) заряды болады, оның белгісі потенциалды анықтайтын иондардың заряд белгісімен анықталады.

Қарсы құрылымдар таралған қабат,- «ұялы» немесе «тегін».

Айналасында сольватталған контриондардың диффузды қабаты бар коллоидты бөлшек мицелла.Коллоидты бөлшектен айырмашылығы, мицелла электрлік бейтарап және қатаң анықталған өлшемдерге ие емес.

Интерфейсінде иондық тұрақтандырғышы бар мицеллада дисперсті фаза мен дисперсиялық ортаның арасында потенциалдар айырмасы пайда болады - термодинамикалық потенциал f (интерфаза),ол берілген дисперстік жүйенің қасиеттерімен, сондай-ақ қатты фазада адсорбцияланған потенциалды анықтайтын иондардың заряды мен концентрациясымен анықталады.

Стационарлық сұйықтықтағы зарядталған коллоидты бөлшектердің сыртқы әсерінен электродтардың біріне жылжуы электр өрісішақырды электрофорез

Қозғалыс орын алатын бет деп аталады жылжымалы беті.Электрофорез кезінде және броундық қозғалыста бір -біріне қатысты қозғалыстағы фазалар шекарасындағы потенциалды секіру шамасы деп аталады. электркинетикалық немесе β-потенциалды (дзета потенциалы).

7.5. Тұрақтылық пен коагуляция

Дисперсті жүйелердің тұрақтылығыдисперсті фазаның дисперсиялық ортаның барлық көлемінде бөлшектердің біркелкі таралу күйін сақтау қабілеттілігін сипаттайды.

Дисперсті жүйелердің салыстырмалы тұрақтылығының екі түрі бар: шөгінді және жиынтық.

Тұнбаға төзімділік- жүйенің ауырлық күшіне қарсы тұру қабілеті. Шөгу - бұл бөлшектердің ауырлық күшінің әсерінен ерітіндіге шөгуі.

Шарт шөгу тепе -теңдігі:бөлшек тұрақты жылдамдықпен қозғалады, яғни. біркелкі,үйкеліс күші ауырлық күшін теңестіреді:

6 ?? rU = 4/3? R 3 (? -? 0) г,

қайда? - дисперсті фазаның тығыздығы,? 0 - дисперсиялық ортаның тығыздығы, g - ауырлық күшінің үдеуі,? Орта тұтқырлығы.

Агрегаттық тұрақтылықдисперсті фаза бөлшектерінің олардың бір -біріне жабысуына қарсы тұру қабілетін сипаттайды және сол арқылы олардың мөлшерін сақтайды.

Жиынтық тұрақтылық бұзылған кезде коагуляция - ірі агрегаттардың пайда болуымен бөлшектердің жабысу процесі.Коагуляция нәтижесінде жүйе шөгу тұрақтылығын жоғалтады, өйткені бөлшектер тым үлкен болып, броундық қозғалысқа қатыса алмайды.

Коагуляцияның себептері:

> температураның өзгеруі;

> электрлік және электромагниттік өрістердің әрекеті;

> көрінетін жарықтың әсері;

> элементар бөлшектермен сәулелендіру;

> механикалық әсер;

> электролит қосу және т.

Электролиттермен коагуляция ең үлкен практикалық қызығушылық тудырады.

Электролиттермен коагуляция түрлері

Шоғырланукоагуляция әсерінен болады немқұрайдыэлектролиттер. Немқұрайдыэлектролит деп аталады, оның енгізілуімен интерфейстік потенциал<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:

Диффузды қабат жоғалып, коллоидты бөлшек электрлік бейтарап күйге өтеді изоэлектрлік- электрокинетикалық потенциал (?) Нөлге тең, коагуляция пайда болады. Бұл күйдегі мицелла формуласы мына форманы алады: (mnAg + nNO 3?) 0.

Бейтараптандырукоагуляция зольге қосылған кезде пайда болады бей-жай қарамайтынэлектролит Немқұрайды емесинтерфейстік (?) және сызықтық байланысты электркинетикалық (?) потенциалдарды өзгертуге қабілетті электролит деп аталады, яғни бұл электролит құрамында агрегаттың бетінде арнайы адсорбциялайтын, оның кристалдық торын аяқтайтын немесе потенциалды босатумен химиялық әрекеттесуге қабілетті иондары бар иондар.

Коагулум қайтадан коллоидты күйге өтетін қайтымды процесс деп аталады пептизация немесе бөлшектеу.

Коагуляция ережелері

1. Золға жеткілікті мөлшерде қосылған барлық күшті электролиттер оның коагуляциясын тудырады. Заттың белгілі бір уақыт ішінде коагуляциясын тудыратын электролиттердің минималды концентрациясы деп аталады коагуляция табалдырығы:

мұнда С е - электролит -коагулятордың концентрациясы; V el - қосылған электролит көлемі; Vзоль (әдетте 10 мл) - золь көлемі.

2. Заряды лиофобты мицелла контриондарының зарядына сәйкес келетін ионның коагуляциялық әсері бар (коагуляциялық ионның заряды коллоидты бөлшектің зарядына қарама -қарсы). Бұл ион деп аталады ионды коагулянт.

3. Ион-коагулянттың қан ұю қабілеті неғұрлым үлкен болса, ион заряды соғұрлым жоғары болады:

Маңыздылық ережесі:

? 1: ? 2: ? 3 = 1/1 6: 1/2 6: 1/3 6 = 729: 11: 1

Зарядтары бірдей ионның қан ұю қабілеті неғұрлым үлкен болса, соғұрлым оның кристалдық радиусы үлкен болады. Ag +> Cs +> Rb +> NH 4 +> K +> Na +> Li + - лиотропты қатар.

Коллоидтық қорғанысоған спираль (жоғары молекулалы қосылыс) немесе БАЗ (БАЗ) енгізу арқылы сольдің агрегаттық тұрақтылығының жоғарылауы деп аталады.

Қорғаныс нөміріоған коагуляция шегіне тең мөлшерде электролит қосқанда 10 мл зольді қорғау үшін қажет миллиграмм құрғақ заттардың ең аз мөлшері деп аталады.

Мақаланың мазмұны

ХИМИЯ ФИЗИКАЛЫҚ,химия бөлімі Химиялық қасиеттерізаттарға негізделген физикалық қасиеттеріоларды құрайтын атомдар мен молекулалар. Қазіргі физикалық химия - физиканың, биофизиканың және молекулалық биологияның әр түрлі салаларымен шектесетін кең пәнаралық сала. Ол органикалық және бейорганикалық химия сияқты химия ғылымының көптеген байланыстарына ие.

Химиялық тәсілдің айрықша ерекшелігі (физикалық және биологиялықтан айырмашылығы) оның шеңберінде макроскопиялық құбылыстарды сипаттаумен қатар олардың табиғаты жеке молекулалардың қасиеттеріне және олардың арасындағы өзара әрекеттесулерге сүйене отырып түсіндіріледі.

Физикалық химия саласындағы жаңа инструменталды және әдістемелік әзірлемелер химияның басқа салаларында, мысалы, фармакология мен медицинада қолданылады. Мысалдарға терапияда және әр түрлі ауруларды диагностикалауда кеңінен қолданылатын электрохимиялық әдістер, инфрақызыл (ИҚ) және ультракүлгін (ультракүлгін) спектроскопия, лазерлік және магнитті -резонанстық әдістер кіреді.

Физикалық химияның негізгі бөлімдері дәстүрлі түрде қарастырылады: 1) химиялық термодинамика; 2) кинетикалық теория мен статистикалық термодинамика; 3) молекулалар құрылымы мен спектроскопия сұрақтары; 4) химиялық кинетика.

Химиялық термодинамика.

Химиялық термодинамика термодинамиканы қолданумен тікелей байланысты - жылу және оның түрленуі туралы ғылым - химиялық тепе -теңдік мәселесіне. Мәселенің мәні былайша тұжырымдалған: егер реагенттердің қоспасы болса (жүйе) және оның орналасқан физикалық жағдайлары (температура, қысым, көлем) белгілі болса, онда бұл жүйеге қандай стихиялық химиялық және физикалық процестер әкелуі мүмкін. тепе -теңдікке? Термодинамиканың бірінші заңы жылу энергияның бір түрі екенін және жүйенің жалпы энергиясы (қоршаған ортамен бірге) өзгермейтінін айтады. Сонымен, бұл заң энергияның сақталу заңының бір формасы болып табылады. Екінші заң бойынша, стихиялы түрде жүретін процесс жүйе мен оның ортасының жалпы энтропиясының ұлғаюына әкеледі. Энтропия - бұл жүйе пайдалы жұмысты орындауға жұмсай алмайтын энергия мөлшерінің өлшемі. Екінші заң реакция қандай сыртқы әсерсіз жүретінін көрсетеді. Реакцияның табиғатын өзгерту үшін (мысалы, оның бағыты) энергияны сол немесе басқа түрде жұмсау қажет. Осылайша, ол қайтымды процесте бөлінетін жылу немесе химиялық энергияны түрлендіру нәтижесінде жасалатын жұмыс көлеміне қатаң шектеулер қояды.

Біз химиялық термодинамикадағы маңызды жетістіктерге осы ғылымның теориялық негізін қалаған Дж.Гиббске міндеттіміз, бұл алдыңғы буынның көптеген зерттеушілері алған нәтижелерді бір бүтінге біріктіруге мүмкіндік берді. Гиббс жасаған тәсіл шеңберінде заттың микроскопиялық құрылымы туралы ешқандай болжам жасалмайды, бірақ макродеңгейдегі жүйелердің тепе -теңдік қасиеттері қарастырылады. Сондықтан біз термодинамиканың бірінші және екінші заңдары әмбебап деп ойлай аламыз және біз молекулалар мен атомдардың қасиеттері туралы көбірек білген кезде де өз күшін сақтайды.

Кинетикалық теория және статистикалық термодинамика.

Статистикалық термодинамика (кванттық механика сияқты) газ фазасындағы кейбір реакциялардың тепе -теңдік орнын болжауға мүмкіндік береді. Кванттық механикалық әдісті қолдана отырып, сұйық және қатты күйдегі бірқатар заттардың күрделі молекулаларының әрекетін сипаттауға болады. Алайда, реакция бар, олардың жиілігін есептеу мүмкін емес кинетикалық теориястатистикалық термодинамика бойынша да емес.

Классикалық статистикалық термодинамикадағы нағыз революция 20 ғасырдың 70 -ші жылдары болды. Әмбебаптылық (қосылыстардың кейбір кең класстарының мүшелері бірдей қасиеттерге ие екендігі туралы идея) мен ұқсастық принципі (белгілі критерийлер бойынша белгісіздерді бағалау) сияқты жаңа ұғымдар сұйықтықтардың сыни нүктеге жақын орналасқан әрекетін жақсы түсінуге мүмкіндік берді, сұйықтық пен газдың айырмашылығы болғанда. Компьютердің көмегімен қарапайым (сұйық аргон) және күрделі (су мен спирт) сұйықтықтардың критикалық күйдегі қасиеттері модельденді. Жақында сұйық гелий тәрізді сұйықтықтардың қасиеттері (олардың мінез -құлқы шеңберінде тамаша сипатталған) кванттық механика), және молекулалық сұйықтардағы бос электрондар SUPERCONDUCTIVITY компьютерлік модельдеуін қолдану арқылы жан -жақты зерттелген). Бұл қарапайым сұйықтықтардың қасиеттерін жақсы түсінуге мүмкіндік берді. Компьютерлік әдістер соңғы әдістермен біріктірілген теориялық әзірлемелерерітінділердің, полимерлердің, мицеллалардың (арнайы коллоидты бөлшектердің), белоктардың және иондық ерітінділердің әрекетін зерттеу үшін интенсивті түрде қолданылады. Физикалық химия есептерін шешу үшін, атап айтқанда, сыни күйдегі жүйелердің кейбір қасиеттерін сипаттау және жоғары энергиялы физика мәселелерін зерттеу үшін ренормализация тобының математикалық әдісі жиі қолданылуда.

Молекулалық құрылым және спектроскопия.

19 ғасырдағы органикалық химиктер дамыды қарапайым ережелеркөптеген химиялық элементтердің валенттілігін (бірігу қабілетін) анықтау. Мысалы, олар көміртектің валенттілігі 4 екенін анықтады (бір көміртек атомы метан CH 4 молекуласын қалыптастыру үшін төрт сутегі атомын қоса алады), оттегі - 2, сутегі - 1. Эксперименттік мәліметтерге негізделген эмпирикалық түсініктерге сүйене отырып, болжамдар молекулалардағы атомдардың кеңістіктік орналасуы туралы жасалған (мысалы, метан молекуласы тетраэдрлік құрылымға ие, үшбұрышты пирамиданың ортасында көміртегі атомы, ал төрт шыңында сутегі бар). Бірақ бұл тәсіл қалыптасу механизмін ашуға мүмкіндік бермеді химиялық байланыстарБұл дегеніміз, молекулалардың мөлшерін бағалау, атомдар арасындағы нақты қашықтықты анықтау.

20 ғасырда әзірленген спектроскопиялық әдістерді қолдана отырып, су молекулаларының (Н 2 О), этанның (С 2 Н 6), содан кейін әлдеқайда күрделі молекулалардың, мысалы, белоктардың құрылымы анықталды. Микротолқынды спектроскопия (EPR, NMR) мен электронды дифракция әдістері байланыстың ұзындығын, олардың арасындағы бұрыштарды (байланыс бұрыштары) және жай молекулалардағы атомдардың өзара орналасуын, рентгендік дифракциялық талдауды - ұқсас параметрлерді орнатуға мүмкіндік берді. молекулалық кристалдар түзетін үлкен молекулалар үшін. Молекулалық құрылымдар каталогтарын құрастыру және валенттілік туралы қарапайым түсініктерді қолдану құрылымдық химияның негізін қалады (Л.Паулинг пионер болды) және молекулалық деңгейде күрделі құбылыстарды түсіндіру үшін молекулалық модельдерді қолдануға мүмкіндік берді. Егер молекулалар белгілі бір құрылымға ие болмаса немесе хромосомалардағы C - C және C - H байланыстарының параметрлері метан немесе этан молекулаларынан мүлде өзгеше болса, онда қарапайым геометриялық модельдерді қолданғанда Дж.Уотсон мен Ф.Крик болмайды. 1950 жылдардың басында әйгілі құрылыс салуға мүмкіндік алды қос спираль- дезоксирибонуклеин қышқылының (ДНҚ) моделі. ИҚ және УК спектроскопия әдістерімен молекулалардағы атомдардың тербелістерін зерттей отырып, молекулалар құрамындағы атомдарды ұстайтын күштердің табиғатын анықтауға болады, бұл өз кезегінде молекулааралық қозғалыстың болуын болжап, оны зерттеуге мүмкіндік берді. молекулалардың термодинамикалық қасиеттері жоғарыдан қараңыз). Бұл химиялық реакциялардың жылдамдығын анықтауға бағытталған алғашқы қадам болды. Сонымен қатар, УК аймағындағы спектроскопиялық зерттеулер реагенттердің қозған күйге өтуі (көбінесе әрекет кезінде) туралы химиялық реакцияларды сипаттауға мүмкіндік беретін электрондық деңгейде химиялық байланыстардың пайда болу механизмін құруға көмектесті. көрінетін немесе ультракүлгін сәуле). Бүкіл ғылыми сала пайда болды - фотохимия. Ядролық магнитті -резонансты (NMR) спектроскопия химиктерге күрделі химиялық процестердің жекелеген кезеңдерін зерттеуге және фермент молекулаларындағы белсенді жерлерді анықтауға мүмкіндік берді. Бұл әдіс сонымен қатар бүтін жасушалар мен жеке мүшелердің үш өлшемді суреттерін алуға мүмкіндік берді. ФОТОХИМИЯ.

Валенттілік теориясы.

Органикалық химиктер жасаған валенттілік ережелерін қолдана отырып, периодтық жүйеэлементтері мен Резерфордтың атомның планетарлық моделі Г.Льюис химиялық байланысты түсінудің кілті заттың электронды құрылымы екенін анықтады. Льюис әр түрлі атомдарға жататын электрондарды бөлісу нәтижесінде коваленттік байланыс пайда болады деген қорытындыға келді; ол байланыстырушы электрондар қатаң анықталған электронды қабықтарда болады деген ойға негізделді. Кванттық теория ең жалпы жағдайда молекулалардың құрылымын және нәтижесінде пайда болатын коваленттік байланыстардың табиғатын болжауға мүмкіндік береді.

Табыстың арқасында қалыптасқан заттың құрылымы туралы біздің түсінігіміз кванттық физика 20 -шы ғасырдың бірінші ширегінде келесідей қорытындылауға болады. Атомның құрылысы итеру (электрондар арасында) мен тартылудың (электрондар мен оң зарядталған ядро ​​арасындағы) электрлік күштерінің тепе -теңдігімен анықталады. Атомның барлық массасы дерлік ядрода шоғырланған, ал оның мөлшері ядро ​​айналасында айналатын электрондар алатын кеңістік көлемімен анықталады. Молекулалар тез қозғалатын электрондардың бір -бірімен байланысқан тұрақты ядроларынан тұрады, осылайша заттардың барлық химиялық қасиеттерін тұжырымдаманың негізінде түсіндіруге болады. электрлік әсерлесуатомдар мен молекулаларды құрайтын элементар бөлшектер. Осылайша, кванттық механиканың молекулалардың құрылымы мен химиялық байланыстың пайда болуына қатысты негізгі ережелері заттың электронды құрылымын, химиялық байланыстардың табиғатын, атомдар мен молекулалардың реактивтілігін эмпирикалық сипаттауға негіз жасайды.

Жоғары жылдамдықты компьютерлердің пайда болуымен шағын полиатомды молекулалардағы атомдар арасында әрекет ететін күштерді (төмен, бірақ жеткілікті дәлдікпен) есептеу мүмкін болды. Компьютерлік модельдеуге негізделген валенттілік теориясы қазіргі уақытта құрылымдарды, химиялық күштер мен реакциялардың табиғатын эксперименттер қиын немесе уақытты қажет ететін жағдайларда зерттеуге арналған жұмыс құралы болып табылады. Бұл атмосферада және жалында болатын немесе аралық реакция өнімдері ретінде түзілген бос радикалдарды зерттеуге жатады. Бір кездері компьютерлік есептеулерге негізделген теория келесі сұраққа жауап бере алады деп үміттенеміз: пикосекундтардың реті кезінде химиялық құрылымдар өздерінің ең тұрақты күйлерін қалай есептейді, ал кейбіреулерінде сәйкес бағаларды алады. жуықтау қажет үлкен санымашина уақыты.

Химиялық кинетика

химиялық реакциялардың механизмін зерттейді және олардың жылдамдығын анықтайды. Макроскопиялық деңгейде реакцияны кезектес түрлендіру түрінде көрсетуге болады, оның барысында басқалары кейбір заттардан түзіледі. Мысалы, қарапайым болып көрінетін трансформация

H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O

іс жүзінде бірнеше кезеңнен тұрады:

H + O 2 → OH + O

O + H 2 → HO + H

H + O 2 → HO 2

HO 2 + H 2 → H 2 O + OH

және олардың әрқайсысы өзінің жылдамдық константасымен сипатталады k... С.Аррениус абсолютті температураны ұсынды Т.және реакция жылдамдығы тұрақты kқатынасымен байланысты k = A exp (- EЗаң)/ RT, қайда БІРАҚ-экспоненциалды фактор (жиілік коэффициенті деп аталады), Eәрекет - активтендіру энергиясы, R- газ тұрақтысы. Өлшеу үшін kжәне Т.бізге бір жағынан 10-13 с тәртіпте болатын оқиғаларды бақылайтын құрылғылар қажет, екінші жағынан ондаған жылдар бойы (және тіпті мыңжылдықтарда), (геологиялық процестер); сонымен қатар өте тұрақсыз реагенттердің шамалы концентрациясын өлшей білу қажет. Сонымен қатар, химиялық кинетиканың міндетіне күрделі жүйелерде болатын химиялық процестерді болжау кіреді (біз биологиялық, геологиялық, атмосфералық процестер туралы, жану және химиялық синтез туралы).

Газфазалық реакцияларды зерттеу үшін «таза күйінде» молекулалық сәулелер әдісі қолданылады; бұл жағдайда қатаң анықталған кванттық күйі бар молекулалар белгілі бір кванттық күйде болатын өнімдердің пайда болуымен әрекеттеседі. Мұндай тәжірибелер белгілі бір реакциялардың жүруін анықтайтын күштер туралы ақпарат береді. Мысалы, молекулалық сәулелік қондырғыда, тіпті CH 3 I сияқты шағын молекулаларды белгілі бір бағытта бағыттауға болады және соқтығысу жылдамдығын екі «әр түрлі» реакциямен өлшеуге болады:

K + ICH 3 → KI + CH 3

K + CH 3 I → KI + CH 3

мұнда CH 3 -тобы жақындап келе жатқан калий атомына қатысты әр түрлі бағытталған.

Физикалық химия (сонымен қатар химиялық физика) айналысатын мәселелердің бірі - реакция жылдамдығының тұрақтыларын есептеу. Бұл жерде термодинамикалық және құрылымдық параметрлерді қолданатын 1930 жылдары жасалған өтпелі күй теориясы кеңінен қолданылады. Бұл теория классикалық физика мен кванттық механиканың әдістерімен ұштасып, реакцияның жүрісін молекулалық сәулелермен жүргізілген эксперимент жағдайында жүргендей имитациялауға мүмкіндік береді. Молекулалық қираудың статистикалық теорияларының дұрыстығын тексеруге мүмкіндік беретін кейбір химиялық байланыстарды лазерлік қоздыру бойынша эксперименттер жүргізілуде. Хаотикалық процестердің қазіргі физикалық -математикалық түсініктерін жалпылайтын теориялар әзірленуде (мысалы, турбуленттілік). Біз қажет емес қасиеттерге ие беттерде болатын реакциялардың механизмін ашып, ферменттер мен өтпелі металдар кешендерінің каталитикалық орталықтарының құрылымын анықтай отырып, ішкі және молекулааралық өзара әрекеттестіктің табиғатын толық түсінуден алыс емеспіз. Микроскопиялық деңгейге келетін болсақ, біз осындай кинетиканың пайда болу кинетикасын зерттеу жөніндегі жұмысты атап өтуге болады. күрделі құрылымдарсызықты емес динамика теориясының қарапайым модельдері негізінде компьютерлік модельдеудің дамуына түрткі болған снежинкалар немесе дендриттер (ағаш құрылымы бар кристалдар) сияқты; бұл күрделі жүйелердің құрылымы мен даму процестерін сипаттауға жаңа тәсілдерді құру перспективаларын ашады.