Kas yra fizinės chemijos apibrėžimas. Fizinės chemijos dalykas

Yra mokslas, kuris, remiantis fizikos pozicijomis ir eksperimentais, paaiškina, kas vyksta mišriuose kūnuose cheminių operacijų metu. "Pirmąjį mokslinį žurnalą, skirtą straipsniams apie fizinę chemiją publikuoti, 1887 m. Įkūrė W. Ostwaldas ir J. Van'tas Hoffas.

F fizinė chemija yra pagrindinė teorinė. šiuolaikinio pamatas chemija, paremta tokiomis svarbiomis fizikos šakomis kaip kvantinė mechanika, statistinė. fizika ir termodinamika, netiesinė dinamika, lauko teorija ir kt. Tai apima salos struktūros teoriją, įsk. apie molekulių struktūrą, cheminę termodinamiką, cheminę kinetiką ir katalizę. Kaip atskiri fizinės chemijos, elektrochemijos, fotochemijos, paviršiaus reiškinių fizinės chemijos (įskaitant adsorbciją), radiacijos chemijos, dažnai išskiriami metalų korozijos teorijos, didelės molekulinės masės fizikochemijos skyriai. jung. Jie yra labai arti fizinės chemijos ir kartais laikomi nepriklausomais nuo jos. sekcijos koloidinė chemija, fizikocheminė analizė ir kvantinė chemija. Dauguma fizinės chemijos skyrių turi gana aiškias ribas, kalbant apie objektus ir tyrimo metodus, metodologinius. funkcijos ir naudojami aparatai.

Šiuolaikinis fizinės chemijos vystymosi stadija, būdinga nuodugniai analizuoti bendruosius chemijos dėsnius. transformacijos ant molo. lygis, plačiai naudojamas kilimėlis. modeliavimas, plečiant ext. poveikis cheminei medžiagai. sistema (aukšta ir kriogeninė temperatūra, aukštas slėgis, stipri spinduliuotė. ir magnetinis poveikis), ultragreitų procesų tyrimas, energijos kaupimo cheminėse medžiagose metodai. in-wah ir kt.

Kvantų teorijos, pirmiausia kvantinės mechanikos, naudojimas paaiškinant chem. reiškiniai reiškė priemones. padidėjęs dėmesys interpretacijos lygiui ir leido paskirstyti dvi chemijos kryptis. Kryptis, pagrįsta kvantine mech. teorija ir operuojama mikroskopu. reiškinių paaiškinimo lygis, dažnai vadinamas chem. fizika ir kryptis, veikianti su daugybės dalelių ansambliais, kur įsigalioja statistiniai. dėsniai - fizinė chemija. Su šiuo padalijimu riba tarp fizinės chemijos ir cheminės. fizika nėra m. b. atlikta smarkiai, o tai ypač akivaizdu cheminių medžiagų normų teorijoje. p-cijos.

Salos struktūros ir molekulių sandaros doktrinaapibendrina išsamų eksperimentavimą. medžiaga, gauta naudojant tokius fizinius. tokie metodai kaip molekulinė spektroskopija, tirianti sąveiką. elektromagnetas. radiacija su in-vom dif. bangos ilgių diapazonai, foto ir rentgeno elektroninė spektroskopija, elektronų difrakcijos, neutronų difrakcijos ir rentgeno difrakcijos metodai, metodai, pagrįsti magneto-optiniais. poveikis ir kt. Šie metodai leidžia gauti struktūrinius duomenis apie elektronų molekulių konfigūraciją, apie branduolių pusiausvyros padėtį ir vibracijų amplitudes bei kondensaciją. in-ve, apie energetinę sistemą. molekulių lygiai ir perėjimai tarp jų, apie geomo pokyčius. konfigūracijos keičiant molekulės aplinką ar atskirus jos fragmentus ir kt.

Kartu su koreliacijos užduotimi savybės su savo struktūra sovr. fizinė chemija taip pat aktyviai dalyvauja atvirkštinėje problemoje - numatyti junginių su duotu sv-tu struktūrą.

Labai svarbus informacijos šaltinis apie molekulių struktūrą, jų ypatybes skaidant. chemijos būsenos ir ypatybės. transformacijos yra kvantinės chemijos rezultatai. skaičiavimai. Kvantinė chemija suteikia sąvokų ir reprezentacijų sistemą, briaunos naudojamos fizinėje chemijoje, kai svarstoma cheminės medžiagos elgsena. jungtys prieplaukoje. nustatant koreliacijas tarp medžiagą sudarančių molekulių ir šventųjų šios medžiagos savybių. Kvantinės chemijos rezultatų dėka. galimų energijos gėrimų skaičiavimai chem. skaidomos sistemos. kvantinės būsenos ir eksperimentas. pastarųjų metų galimybės, ypač lazerinės chemijos, fizinės chemijos plėtra, artėjo prie išsamaus šv. susijaudinusiose ir labai susijaudinusiose būsenose analizuoti struktūrinius Comm. tokiose būsenose ir šių požymių pasireiškimo specifika chem. transformacijos.

Įprastos termodinamikos apribojimas yra tas, kad ji leidžia apibūdinti tik pusiausvyros būsenas ir grįžtamuosius procesus. Tikri negrįžtami procesai atsiranda 30-aisiais. XX amžius negrįžtamų procesų termodinamika. Ši fizinės chemijos sritis tiria nesubalansuotą makroskopinę. sistemos, kuriose entropijos atsiradimo greitis lokaliai palaikomas pastovus (tokios sistemos lokaliai yra arti pusiausvyros). Tai leidžia apsvarstyti sistemas su chem. p-cija ir masės perdavimas (difuzija), šiluma, elektrinė. mokesčiai ir kt.

Cheminė kinetikatiria chemines transformacijas. laiku, tai yra cheminės medžiagos greitis. p-tijas, šių transformacijų mechanizmus, taip pat chemijos priklausomybę. apie jo įgyvendinimo sąlygas. Ji nustato išdavystės modeliustransformuojančios sistemos sudėtis laike atskleidžia ryšį tarp cheminės medžiagos greičio. p-ciją ir išorines sąlygas, taip pat tiria veiksnius, turinčius įtakos chemijos greičiui ir krypčiai. p-cijos.

Dauguma cheminių. p-tionai yra sudėtingas daugiapakopis procesas, susidedantis iš atskirų elementarių cheminių veiksmų. reagentų transformavimas, transportavimas ir energijos perdavimas. Teorinis chem. kinetika apima elementarių p-tionų mechanizmų tyrimą ir apskaičiuoja tokių procesų greičio konstantas, remdamasi klasikos idėjomis ir aparatais. mechanika ir kvantinė teorija, užsiima sudėtingo cheminio modelio konstravimu. procesus, nustato ryšį tarp cheminės medžiagos struktūros. junginiai ir jų reakcijos. gebėjimai. Atskleidžia kinetiką. sudėtingų p-tijų (formalios kinetikos) modeliai dažnai grindžiami mat. modeliavimas ir leidžia patikrinti hipotezes apie sudėtingų p-tionų mechanizmus, taip pat nustatyti diferencialų sistemą. ur-ny, aprašant proceso rezultatus skaidant. ext. sąlygos.

Chem. kinetikai būdinga daugelio fizinių. tyrimo metodai, leidžiantys lokaliai sužadinti reaguojančias molekules, ištirti greitas (iki femtosekundės) transformacijas, automatizuoti kinetikos registravimą. duomenys, juos vienu metu apdorojant kompiuteriu ir pan. Kinetika intensyviai kaupiasi. informacija per bankus kinetinė. konstantos, įsk. chem. p-cijos ekstremaliomis sąlygomis.

Labai svarbus fizinės chemijos skyrius, glaudžiai susijęs su chemija. kinetika yra katalizės doktrina, tai yra cheminės medžiagos greičio ir krypties pokytis. p-ciją veikiant įėjimui (

Mokslo Ministerija Rusijos Federacija Tomsko politechnikos universitetas __________________________________________________________________________ N. A. Kolpakova, V. A. Kolpakov, S. V. Romanenko FIZIKINĖS CHEMIJOS vadovėlio I dalis Tomskas 2004 UDC 541.1 Fizikinė chemija ... Vadovėlis / N.A.Kolpakova, V.A.Kolpakov, S.V. Romanenko. - Tomskas: Red. TPU, 2004. - 1 dalis. - 168 p. Pamoka apima šiuos „Fizinės chemijos“ skyrius: pagrindiniai termodinamikos, cheminės ir fazinės pusiausvyros dėsniai, neelektrolitų tirpalų termodinamika. Vadovas parengtas TPU Fizinės ir analitinės chemijos katedroje ir skirtas ištęstinių chemijos specialybių studentams. Paskelbta Tomsko politechnikos universiteto redaktorių ir leidybos tarybos užsakymu Recenzentai: L. N. Kurina. - prof. Fizikinės chemijos katedra TSU, chemijos mokslų daktarė. mokslai; Buinovsky A.S. - Galva. skyrius Chemija TPU STU, chemijos mokslų daktarė. mokslai. © Tomsko politechnikos universitetas, 2004 © Autoriai, 2004 1 SKYRIUS. FIZINĖS CHEMIJOS ĮVADAS 1.1. TRUMPAS ISTORINIS FIZINĖS CHEMIJOS PLĖTROS APRAŠAS Fizinės chemijos pavadinimą ir turinio apibrėžimą pirmą kartą pateikė MV Lomonosovas (1752): „Fizinė chemija yra mokslas, kuris, remdamasis fizikinėmis nuostatomis ir eksperimentais, turėtų paaiškinti priežastis, kas vyksta atliekant chemines operacijas sudėtinguose kūnuose“. ... Fizinės chemijos mokymą Rusijoje kaip savarankišką mokslą įvedė prof. NN Beketovas 1860 m. Charkovo universitete. Svarbiausi teoriniai ir eksperimentiniai Lomonosovo tyrimai paskatino jį rasti atradimų, kurie neprarado savo reikšmės ir dabar. Lomonosovas priartėjo prie teisingo materijos ir judėjimo išsaugojimo principo, kinetinės šilumos prigimties apibrėžimo, taip pat pažymėjo, kad neįmanoma spontaniškai pereiti šilumos iš šaltesnio kūno į šiltesnį, o tai šiuo metu yra viena iš antrojo termodinamikos dėsnio formuluočių. Per kitą šimtmetį buvo atlikti tyrimai, kurių pagrindu buvo padaryta daug svarbių atradimų ir apibendrinimų. KV Scheele Švedijoje (1773) ir Fontana Prancūzijoje (1777) atrado dujų adsorbciją; TE Lovitsas Rusijoje (1785 m.) Atrado adsorbciją iš sprendimų. AL Lavoisier ir PS Laplace Prancūzijoje (1779–1784) tyrė medžiagų šiluminius pajėgumus ir reakcijų šiluminį poveikį. XIX amžiaus pradžioje. G. Davy Anglijoje ir L. Zh. Thenard Prancūzijoje atrado katalizines reakcijas, o J. J. Berzelius Švedijoje (1835) toliau plėtojo katalizės koncepciją. Elektrochemijos pagrindai buvo padėti atlikus galvaninių elementų, elektrolizės ir srovės perdavimo elektrolituose tyrimus. Galvani ir A. Volta Italijoje galvaninę celę sukūrė 1799 m. V.V.Petrovas Rusijoje (1802 m.) Atrado elektros lanko reiškinį. T. Grottus Rusijoje (1805 m.) Padėjo elektrolizės teorijos pagrindus. 1800 m. G. Davy pateikė elektrocheminę medžiagų sąveikos teoriją: jis plačiai naudojo elektrolizę cheminiai tyrimai... M. Faraday, Davy studentas, 1833–1834 m. suformulavo kiekybinius elektrolizės dėsnius. BS Jacobi Rusijoje, spręsdamas praktinio elektrolizės proceso naudojimo problemas, atrastas 1836 m. XIX amžiaus pirmoje pusėje. dėka D. Daltono Anglijoje (1801–1803), J. L. Gay-Lussaco Prancūzijoje (1802) ir A. Avogadro Italijoje (1811) darbų, kurie atrado svarbiausius dujinės valstybės dėsnius, atomistinės koncepcijos buvo plačiai išplėtotos. GI Hesso (1802–1856) termochemijos darbai priklauso tam pačiam laikotarpiui. K. Guldbergas ir P. Vaage Norvegijoje (1864–1867), J. W. Gibbsas JAV (1873–1878) sukūrė termodinaminę cheminės pusiausvyros teoriją, o A. L. Le Chatelier Prancūzijoje (1884) atrado bendrą poslinkio principą. pusiausvyra pasikeitus išorinėms sąlygoms. Olandų chemikas J. H. Van'tas Hoffas sukūrė termodinaminę cheminės pusiausvyros teoriją. Jis taip pat sukūrė kiekybinę praskiestų tirpalų teoriją (1885–1889). Elektros energijos perdavimą tirpaluose Vokietijoje ištyrė IV Gittorfas ir FVG Kohlrauschas. Švedų mokslininkas S. A. Arrhenius sukūrė 1883–1887 m. elektrolitinio disociacijos teorija. AM Butlerovas, sukūręs organinių junginių struktūros teoriją, paliko gilų pėdsaką fizinės chemijos raidoje. Didysis rusų chemikas D. I. Mendelejevas (1834–1907) atrado kritinę temperatūrą (1860 m.), bendroji lygtis dujų būklės (1874) ir sukūrė cheminę tirpalų teoriją (1887). Mendelejevo mokinys DP Konovalovas (1889) yra vienas iš sprendimų teorijos pradininkų. XIX amžiaus pabaigoje. materijos sandaros teorijos srityje buvo padaryta nemažai svarbių atradimų, kurie įrodė atomo struktūros sudėtingumą ir atliko didžiulį vaidmenį plėtojant fizinę chemiją. Tai apima J. B. Perrino (1895) ir J. Thomsono (1897) elektrono atradimus, R. Plancko (1900) šviesos kvantinę prigimtį, P. N. Lebedevo (1899) šviesos slėgio egzistavimą, tyrimus (nuo 1898) ) radioaktyvumo reiškinius P. Curie ir M. Sklodowska-Curie. Iki XX amžiaus pradžios. fizinė chemija buvo apibrėžta kaip mokslas, tiriantis medžiagos struktūrą, cheminę termodinamiką, įskaitant termochemiją ir pusiausvyros teoriją, tirpalus, cheminę kinetiką ir elektrochemiją. Taikyti nauji teoriniai metodai, išryškėjo atomų, molekulių ir kristalų struktūros tyrimai. Sparčiausia XX a. Raida buvo materijos struktūros teorija, ypač atomų ir molekulių struktūra. Svarbiausias šios srities pasiekimas buvo atomo branduolio teorija, kurią pasiūlė E. Rutherfordas (1911) ir išplėtota pirmojoje kiekybinėje vandenilio atomo teorijoje, kurią sukūrė danų fizikas N. Bohras (1913). Cheminių ryšių pobūdžio ir molekulių struktūros tyrimas vystėsi lygiagrečiai su atomo struktūros tyrimais. 1920-ųjų pradžioje V. Kosselis ir G. N. Lewisas sukūrė elektroninės cheminės jungties teorijos pagrindus. V. G. Heitleris ir F. Londonas (1927) sukūrė kvantinę-mechaninę cheminio sujungimo teoriją. Remiantis didžiausiais fizikos atradimais atominės struktūros srityje ir naudojant teorinius kvantinės mechanikos ir statistinės fizikos metodus, taip pat naujus eksperimentinius metodus, tokius kaip rentgeno analizė, spektroskopija, masių spektroskopija, magnetiniai metodai, pažymėtų atomų metodas ir kiti, fizikai ir fizikochemikai padarė didelę pažangą tyrinėdami molekulių ir kristalų struktūrą bei suprasdami cheminių ryšių pobūdį. Greičių doktrina buvo labai išplėtota. cheminės reakcijos , tai yra, cheminė kinetika, dabar siejama būtent su molekulių struktūros ir ryšių tarp atomų molekule stiprumo tyrimais. Atsirado ir sėkmingai vystosi naujos fizikinės chemijos šakos: magnetochemija, radiacinė chemija, fizikinė aukštų polimerų chemija, fizikinė silikatų chemija, dujų elektrochemija ir kt. Kaip ir kiti mokslai, fizinė chemija ir atskiros jos šakos atsirado arba pradėjo vystytis ypač sėkmingai tose laikotarpiai, kai dėl vienokių ar kitokių praktinių poreikių atsirado poreikis sparčiai plėtoti bet kurią pramonės šaką, o šiai plėtrai reikėjo tvirto teorinio pagrindo. Čia reikia atkreipti dėmesį į pagrindinius NS Kurnakovo tyrimus atliekant fizikinę ir cheminę analizę, AN Frumkino darbą elektrochemijos srityje, NN Semenovo sukurtą grandininių reakcijų teorijos kūrimą, AA Balandino heterogeninės katalizės teorijos plėtrą. Fizinė chemija vaidina pagrindinį vaidmenį sprendžiant daugybę problemų, su kuriomis susiduria chemijos mokslas ir praktika. Šiuo metu fizinė chemija yra savarankiška disciplina su savo tyrimo metodais ir yra teorinis taikomųjų chemijos inžinerijos disciplinų pagrindas. 1.2. FIZINĖS CHEMIJOS DALYKAS IR PROBLEMOS Fizinė chemija yra mokslas apie cheminių procesų ir fizinių reiškinių dėsnius. Pagrindinis fizinės chemijos uždavinys yra ištirti ir paaiškinti pagrindinius dėsnius, reguliuojančius cheminių procesų kryptį, jų atsiradimo greitį, aplinkos įtaką, priemaišas, radiaciją, sąlygas gauti didžiausią naudingo produkto išeigą. Fizinės chemijos tyrimas leidžia suprasti chemijos dėsnius, taip pat numatyti ir kontroliuoti cheminius reiškinius. Šiuolaikinė fizinė chemija leidžia išspręsti efektyvaus gamybos valdymo, intensyvinimo ir gamybos procesų automatizavimo problemas. Tai yra teorinis cheminių technologijų pagrindas. Tokie svarbūs chemijos technologijos gamybos procesai kaip amoniako sintezė ir oksidacija, kontaktinė sieros rūgšties gamyba, etanolio gamyba iš gamtinių dujų, naftos krekingas ir daugelis kitų yra pagrįsti šių reakcijų fizikocheminio tyrimo rezultatais. 5 procesai. Be fizinės chemijos neįmanoma išspręsti norimų savybių turinčių medžiagų kūrimo problemos, sukurti naujų energijos šaltinių ir daugelio kitų efektyvios gamybos klausimų. Todėl fizinės chemijos žinios būsimiems procesų inžinieriams atveria puikias galimybes išspręsti įvairias problemas, su kuriomis susiduriama praktinėje inžinieriaus veikloje gamyklose ir tyrimų institutuose. Mokslo pavadinimas - „fizinė chemija“ - atspindi ir jo atsiradimo istoriją dviejų mokslų - fizikos ir chemijos - sandūroje, ir tai, kad tyrinėjant cheminius reiškinius plačiai naudojami teoriniai dėsniai ir eksperimentiniai fizikos metodai. 1.3. FIZINĖS CHEMIJOS METODŲ KLASIFIKACIJA Fizinėje chemijoje naudojami keli teoriniai metodai.  Kvantinės chemijos metodas naudoja elementariųjų dalelių savybes cheminėms transformacijoms apibūdinti. Kvantinės mechanikos dėsniai naudojami apibūdinti molekulių savybes ir reaktyvumą, taip pat cheminių ryšių pobūdį, pagrįstą elementų dalelių, sudarančių molekules, savybėmis.  Termodinaminis (fenomenologinis) metodas pagrįstas keliais dėsniais (postulatais), kurie yra eksperimentinių duomenų apibendrinimai. Tai leidžia jų pagrindu sužinoti sistemos energetines savybes, iki pusiausvyros momento numatyti cheminio proceso eigą ir jo rezultatą.  Kvantistatistinis metodas paaiškina medžiagų savybes pagal šias medžiagas sudarančių molekulių savybes.  Kinetinis metodas leidžia nustatyti mechanizmą ir sukurti cheminių procesų teoriją, tiriant įvairių veiksnių cheminių reakcijų greičio kitimą. Fizinei chemijai būdingas platus matematikos naudojimas, kuris ne tik leidžia tiksliausiai išreikšti teorinius dėsnius, bet ir yra būtina priemonė jiems nustatyti. 6 2 SKYRIUS. PAGRINDINIAI TERMODINAMIKOS ĮSTATYMAI Žodis „termodinamika“ kilęs iš graikų kalbos termo - šilumos ir dinamikos - jėgos. Termodinamika yra mokslas, kaip paversti įvairias energijos rūšis viena nuo kitos. Cheminė termodinamika tiria įvairių energijos rūšių, vykstančių cheminių reakcijų metu, transformaciją. 2.1. PAGRINDINĖS CHEMINĖS TERMODINAMIKOS SĄVOKOS Sistema yra atskiras kūnas arba kūnų grupė, kurie sąveikauja ir yra atskirti nuo aplinkos tikru ar įsivaizduojamu apvalkalu (riba). Atvira sistema yra sistema, kuri keičiasi medžiagomis (mase) ir energija (pavyzdžiui, šiluma) su išorine aplinka. Izoliuota sistema (arba uždara sistema) yra sistema, kuri nekeičia šilumos ir nedirba su aplinka. Izoliuotos sistemos energija ir tūris laikui bėgant yra pastovūs. Tokios sistemos pavyzdys yra, pavyzdžiui, termosas. Jei riba neleidžia šilumai praeiti, tada sistemoje vykstantis procesas vadinamas adiabatiniu. Kai sistema keičia šilumą ir dirba su aplinka, pasikeičia ir sistema, ir aplinka. Termodinaminės sistemos gali būti vienalytės arba nevienalytės. Jei sistemos viduje nėra sąsajų, atskiriančių sistemos dalis, kurios skiriasi sudėtis ar struktūra, tai ši sistema vadinama vienalyte. Atitinkamai nevienalytė sistema vadinama sistema, susidedanti iš skirtingų dalių, kurios skiriasi struktūra arba cheminė sudėtis ... Šios dalys vadinamos fazėmis. Taigi fazė yra nevienalytės sistemos dalis, kurią riboja sąsaja ir kuriai visose vietose būdingos vienodos fizinės ir cheminės savybės. Kiekvieną sistemą sudaro viena ar kelios medžiagos. Atskiros cheminės medžiagos, kurios gali būti izoliuotos nuo sistemos ir egzistuoja už jos ribų savarankiškai atskiros fazės pavidalu, vadinamos sudedamosiomis sistemos medžiagomis. Pavyzdžiui, stiklinėje yra vandens, į kurį panardinama platinos plokštelė. Virš stiklo yra dujų mišinys: deguonis, vandenilis ir azotas. Ši sistema yra trifazė, joje yra penkios sudedamosios dalys. 7 Sistemos termodinaminė būsena yra nepriklausomų kintamųjų (sistemos parametrų) verčių rinkinys, lemiantis jos savybes. Bet kuri sistemos savybė gali būti vadinama termodinaminiu būsenos parametru, jei ji laikoma vienu iš nepriklausomų kintamųjų, lemiančių sistemos būseną. Termodinamika materiją laiko nuolatine terpe ir tyrimams naudoja tokius termodinaminius parametrus, kurie yra didelio dalelių skaičiaus (makroparametrų) rezultatas. Pavyzdžiui, cheminės reakcijos, vykstančios net „normaliomis sąlygomis“, makroparametrai yra temperatūra, slėgis, tūris, koncentracija, gravitacinių, magnetinių, elektrinių ir elektromagnetinių laukų stiprumas ir kt. „Normalios sąlygos“ yra 20–20 ° C temperatūra. 25 ° C, atmosferos slėgis, t.y. apie 101 kPa, sunkio pagreitis - vidutiniškai apie 9,8 m / s2, magnetinio lauko stipris - vidutiniškai apie 40 A / m, elektrinio lauko stiprumas - vidutiniškai apie 130 V / m, matomos šviesos apšvietimas - vidutiniškai apie 500 liuksų. Norint apibūdinti sistemos termodinaminę būseną, reikia žinoti ne visas savybes, o tik mažiausią jų skaičių, vadinamuosius nepriklausomus sistemos parametrus. Paprastai, apibūdindami Žemėje vykstantį cheminį procesą, nenurodome lauko savybių, nes jos yra pastovios, todėl neveikia reakcijos produktų sudėties ir išeities. Jei cheminis procesas atliekamas stipraus magnetinio ar elektrinio lauko sąlygomis arba intensyviai veikiant ultravioletiniams spinduliams, rentgeno spinduliams ar net matomai šviesai, tai lauko parametrai turės reikšmingą poveikį reakcijos produktų sudėčiai ir išeigai. Tokiu atveju reikia nurodyti lauko parametrus. Termodinaminiai parametrai skirstomi į ekstensyvius ir intensyvius. Dydžiai, proporcingi nagrinėjamo darbinio skysčio ar termodinaminės sistemos masei (arba medžiagos kiekiui), vadinami ekstensyviais, tai yra tūris, vidinė energija, entalpija ir kt. Intensyvūs dydžiai nepriklauso nuo termodinaminės sistemos masės. Tai, pavyzdžiui, temperatūra ir slėgis. Slėgis yra fizinis dydis, lygus jėgos, tolygiai pasiskirsčiusios kūno paviršiuje, ir paviršiaus, esančio statmenai jėgai, santykiui: p \u003d S Slėgio vienetas SI - pascal (Pa) yra slėgis, kurį sukelia vienodai paskirstyta 1 N jėga. 1 m2 paviršiuje, statmename jėgos krypčiai: 1 N / m2 \u003d 1 Pa. Praktiškai naudojami keli ir keli kartotiniai slėgio vienetai: kilopaskalis 8 (103 Pa \u003d 1 kPa); megapaskalas (106 Pa \u003d 1 MPa); hektapaskalio (102 Pa \u003d 1 hPa), taip pat ne sistemos vienetas - baras (1 baras \u003d 105 Pa). Remiantis molekulinės kinetikos teorijos išvadomis, dujų slėgis yra chaotiškai nuolat judančių molekulių poveikio indo sienelei rezultatas. Idealioms dujoms gaunami paprasčiausi parametrų ir molekulių elgesio ryšiai. Idealios dujos suprantamos kaip dujos, susidedančios iš elastingų molekulių, tarp kurių nėra sąveikos jėgų, kurių vidinis tūris yra nereikšmingas, palyginti su dujų užimtu tūriu. Bet kurios tikrosios dujos esant gana žemam slėgiui (arti atmosferos) elgiasi praktiškai kaip idealiai (griežtai esant p → 0). Idealių dujų būsenos lygtis - Mendelejevo - Clapeyrono lygtis turi tokią formą: pV \u003d nRT, kur p yra dujų slėgis, Pa; V - tūris, m3; n yra dujų kiekis, mol; R - universali dujų konstanta, lygi 8,314 J / (mol K); T yra absoliuti temperatūra, K. Temperatūra apibūdina sistemos šiluminę būseną. Patirtis gali nustatyti šiltesnio ir šaltesnio kūno sąvoką, tačiau tiesiogiai temperatūros išmatuoti negalima. Tai nustatoma pagal kitų fizikinių parametrų, priklausančių nuo temperatūros, skaitines reikšmes, kuriomis remiantis galima sukurti empirines temperatūros skales. Įvairūs fiziniai dydžiai gali veikti kaip tokie parametrai (termometriniai parametrai). Tai apima kūno tūrį esant pastoviam slėgiui, slėgį esant pastoviam tūriui, elektros laidumą, termoelektrinę varomąją jėgą, kūno geometrinius parametrus, liuminescencijos ryškumą ir kt. Temperatūros matavimo prietaisas vadinamas termometru. Bet kuriai empirinei temperatūros skalei sukonstruoti naudojamos trys prielaidos: 1) laipsnio dydis nustatomas pasirinkus skaitinę ∆T vertę tarp dviejų etaloninių temperatūros taškų - temperatūros standartų; 2) temperatūros nulio padėtis empirinėse skalėse yra savavalinė; 3) daroma prielaida, kad termometrinė funkcija yra tiesinė tam tikrame temperatūros diapazone. Faziniai grynų medžiagų perėjimai naudojami kaip atskaitos taškai. Pavyzdžiui, empirinei Celsijaus skalei kaip atskaitos taškai imami vandens lydymosi ir virimo taškai atmosferos slėgyje (atitinkamai 0 ir 100 laipsnių). Intervalas tarp šių temperatūrų padalijamas į šimtą lygių dalių (laipsniai Celsijaus - ° C). Nors objektyvią temperatūros skalę galima sukonstruoti naudojant bet kurią teoriškai nustatytą termometrinę funkciją, termodinamikoje kaip tokia funkcija naudojama ideali dujų būsenos lygtis. Dujų termometras leidžia tiksliausiai (arti absoliučios temperatūros skalės - Kelvino skalės) temperatūros matavimus. Tačiau temperatūros nustatymas dujų termometro skalėje yra gana sunkus darbas, kuris atliekamas tik nustatant kelių fazinių perėjimų atskaitos taškų absoliučią temperatūrą. Tarpinė temperatūra paprastai nustatoma empiriniais termometriniais metodais. Tarptautinė praktinės temperatūros skalė (IPST), priimta 1954 m., Yra tiksliausias absoliutinės temperatūros skalės derinimas dabartiniame etape. Priešingai nei empirinėse skalėse, MPST naudoja vieną eksperimentinį etaloninį temperatūros tašką. Kaip toks taškas buvo naudojama trigubo vandens taško temperatūra (kai ledas, vanduo ir vandens garai yra pusiausvyroje tuo pačiu metu). Trigubo vandens taško temperatūra imama MPTSh 273,16 K (tiksliai). Esant atmosferos slėgiui, ledas ištirpsta 0,01 ° žemiau. Celsijaus skalės atskaitos taškas - 0 ° С - atitinka 273,15 K. Visų kitų atskaitos taškų (išskyrus trigubą vandens tašką) temperatūrų skaitmeninė vertė nuolat tobulinama, kai darbo su dujų termometru tikslumas didėja. 1968 m. Buvo rekomenduojama kaip atskaitos temperatūros taškus naudoti dvylika atskaitos taškų, apimančių intervalą nuo trigubo vandenilio taško iki aukso lydymosi taško. Šiuo metu temperatūra pagal Celsijaus skalę (t) išreiškiama kaip santykis su absoliučia temperatūra (T), kurios forma yra: T \u003d 273,15 + t. Sistemos savybės, kurias galima vienareikšmiškai išreikšti kaip sistemą sudarančių medžiagų temperatūros, slėgio ir koncentracijos funkcijas, vadinamos termodinaminėmis funkcijomis. Pavyzdžiui, šilumos talpa, vidinė energija, entropija ir kt. Jei termodinaminės funkcijos pokytis priklauso tik nuo pradinės ir galutinės sistemos būsenos ir nepriklauso nuo proceso kelio, tai tokia funkcija vadinama sistemos būsenos funkcija. Bet koks sistemos pokytis, susijęs su bent vieno iš termodinaminių parametrų pasikeitimu, vadinamas termodinaminiu procesu. Apskritas procesas arba ciklas yra procesas, kurio metu termodinaminė sistema, palikusi tam tikrą pradinę būseną ir atlikusi pokyčių seriją, grįžta į tą pačią būseną; šiame procese bet kurio būsenos parametro pokytis lygus nuliui. dešimt

FIZINĖ CHEMIJA

Fizinės chemijos dalykas. Jo reikšmė

Cheminių ir fizinių reiškinių tyrimų santykis fizinė chemija.Ši chemijos šaka yra riba tarp chemijos ir fizikos. Naudodama teorinius ir eksperimentinius abiejų mokslų metodus, taip pat savo metodus, fizinė chemija užsiima daugialypiu cheminių reakcijų ir lydinčių fizinių procesų tyrimu. Kadangi, net ir daugiašalis tyrimas niekada nėra baigtas ir jame nėra išsamiai aprašytas reiškinys, fizinės chemijos dėsniai ir dėsningumai, kaip ir kiti gamtos mokslai, visada supaprastina reiškinį ir jo nevisiškai atspindi.

Spartus fizinės chemijos vystymasis ir didėjanti svarba siejama su jos ribine padėtimi tarp fizikos ir chemijos. Pagrindinis bendras fizinės chemijos uždavinys yra numatyti proceso eigą ir galutinį rezultatą (pusiausvyros būseną) įvairiomis sąlygomis, remiantis duomenimis apie medžiagų, sudarančių tiriamą sistemą, struktūrą ir savybes.

Trumpas fizinės chemijos raidos istorijos metodas

Terminą „fizinė chemija“ ir šio mokslo apibrėžimą pirmą kartą pateikė MV Lomonosovas, kuris 1752–1754 m. perskaitė Mokslų akademijos studentams fizinės chemijos kursą ir paliko šio kurso rankraštį „Įvadas į tikrąją fizinę chemiją“ (1752). Lomonosovas atliko daugybę tyrimų, kurių temos atitinka jo sudarytą „Fizinės chemijos kurso planą“ (1752) ir eksperimentinio darbo programą „Patirtis fizinėje chemijoje“ (1754). Jam prižiūrint, taip pat buvo surengtas studento fizinės chemijos seminaras.

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

Fizinės chemijos vystymuisi XIX amžiaus viduryje buvo labai svarbu atrasti du termodinamikos dėsnius (S. Karno, J. R. Mayer, G. Helmholtz, D. P. Joule, R. Klausius, W. Thomson).

Tyrimų skaičius ir įvairovė vietovėje, besiribojančioje su fizika ir chemija, XIX a. Buvo sukurta termodinaminė cheminės pusiausvyros doktrina (K.M. Gul'dberg, P. Waage, D.W. Gibbs). LF Wilhelmi tyrimai padėjo pagrindą cheminių reakcijų greičio (cheminės kinetikos) tyrimui. Buvo tiriamas elektros energijos perdavimas tirpaluose (I.V.Gittorfas, F.V.G.Kolrauschas), tiriami tirpalų su garais pusiausvyros dėsniai (D.P.Konovalovas), sukurta sprendimų teorija (D.I.Mendelejevas).

Fizinės chemijos pripažinimas nepriklausomu mokslu ir akademinė disciplina išreiškė tai, kad Leipcigo universitete (Vokietija) 1887 m. buvo įsteigtas pirmasis fizinės chemijos skyrius, kuriam vadovavo W. Ostwaldas, ir įkurtas ten pirmasis fizinės chemijos mokslinis žurnalas. XIX amžiaus pabaigoje Leipcigo universitetas buvo fizinės chemijos plėtros centras, o pagrindiniai fizikai ir chemikai buvo W. Ostwaldas, J. H. Van't Hoffas, S. Arrenius ir W. Nernstas. Iki to laiko buvo apibrėžtos trys pagrindinės fizinės chemijos šakos - cheminė termodinamika, cheminė kinetika ir elektrochemija.

Į svarbiausias mokslo sritis, kurių plėtra yra būtina sąlyga technikos pažanga apima cheminių procesų tyrimą; fizinė chemija vaidina pagrindinį vaidmenį kuriant šią problemą.

Fizikinės chemijos skyriai. Tyrimo metodai

Cheminė termodinamika. Šiame skyriuje, remiantis bendrosios termodinamikos dėsniais, pateikiami cheminės pusiausvyros dėsniai ir fazių pusiausvyros teorija.

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

Paviršiaus reiškinių doktrina. Tiriamos įvairios kietųjų ir skysčių paviršiaus sluoksnių savybės (sąsajos tarp fazių); vienas iš pagrindinių tiriamų reiškinių paviršiaus sluoksniuose yra adsorbcija(medžiagos kaupimasis paviršiaus sluoksnyje).

Sistemose, kuriose sąsajos tarp skystosios, kietosios ir dujinės fazių yra labai išvystytos (emulsijos, rūkai, garai ir kt.), Paviršiaus sluoksnių savybės įgyja esminę reikšmę ir lemia daugelį savitų visos sistemos savybių. Toks išsklaidytas (mikroheterogeninis)tiriamos sistemos koloidinė chemija,kuris yra didelis savarankiškas fizinės chemijos skyrius.

Aukščiau pateiktas pagrindinių fizinės chemijos skyrių sąrašas neapima kai kurių šio mokslo sričių ir mažesnių sekcijų, kurios gali būti laikomos didesnių arba savarankiškų fizinės chemijos skyrių dalimis. Dar kartą reikia pabrėžti glaudų įvairių fizinės chemijos šakų tarpusavio ryšį. Tiriant bet kokį reiškinį, reikia naudoti daugelio chemijos šakų (ir dažnai kitų mokslų) sąvokų, teorijų ir tyrimo metodų arsenalą. Tik iš pradžių susipažinus su fizine chemija, švietimo tikslais galima medžiagą paskirstyti į nurodytus skyrius.

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

Teorinis eksperimentinių duomenų aiškinimas ir nuoseklios žinių sistemos sukūrimas remiasi teorinės fizikos metodais.

Termodinaminis metodas, būdamas viena iš jų, leidžia kiekybiškai susieti skirtingas medžiagos savybes („makroskopines“ savybes) ir apskaičiuoti vieną iš šių savybių, remiantis kitų savybių eksperimentinėmis vertėmis.

I SKYRIUS
PIRMASIS TERMODINAMIKOS TEISĖ

Šiluma ir darbas

Judesio formų pokyčiai pereinant iš vieno kūno į kitą ir atitinkamos energijos transformacijos yra labai įvairios. Pats judėjimo perėjimo ir su juo susijusių energijos perėjimų formas galima suskirstyti į dvi grupes.

Pirmoji grupė apima tik vieną judesio perėjimo per chaotišką dviejų susiliečiančių kūnų molekulių susidūrimą formą, t. šilumos laidumu (o tuo pačiu ir radiacija). Tokiu būdu perduodamo judesio matas yra šilumos .

Antroji grupė apima įvairias judėjimo perėjimo formas, kurių bendras bruožas yra makroskopinių masių judėjimas veikiant bet kokioms nukreipto pobūdžio išorinėms jėgoms. Tokie yra kūnų kėlimas gravitaciniame lauke, tam tikro elektros kiekio perėjimas iš didesnio elektrostatinio potencialo į mažesnį, dujų išsiplėtimas esant slėgiui ir kt. Bendras tokiais metodais perduodamo judesio matas yra darbas .

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

Judesio perdavimas yra tam tikras kompleksinis materijos judėjimas, kurį išskiriame dvi pagrindines formas. Šiluma ir darbas yra šių dviejų sudėtingų materijos judėjimo formų matai ir turėtų būti laikomi energijos formomis.

Bendra šilumos ir darbo savybė yra ta, kad jie turi reikšmės tik tiek laiko, kiek vyksta šie procesai. Vykstant tokiems procesams, kai kuriuose kūnuose judėjimas tam tikromis formomis mažėja, o atitinkama energija mažėja, tuo tarpu kituose kūnuose judėjimas ta pačia ar kitokia forma didėja, o atitinkamos energijos rūšys didėja.

Mes kalbame ne apie šilumos kaupimą ar darbą bet kuriame kūne, o tik apie tam tikro proceso šilumą ir darbą. Ją baigus, nereikia kalbėti apie šilumos buvimą ar darbą kūnuose.

Vidinė energija

Neapskrito proceso atveju lygybė (I, 1) nėra įvykdyta, nes sistema negrįžta į pradinę būseną. Vietoj to gali būti parašytos ne apskrito proceso lygybės (be koeficiento) k):

Kadangi integracijos ribos paprastai yra savavališkos, tada elementariesiems dydžiams dWir dQ:

d Klausimas ¹ d W,

taigi:

d Klausimas - d W ¹ 0

Pažymėkime skirtumą dQ - dW bet kokiam elementariam termodinaminiam procesui dU:

dU º d Klausimas - d W(I, 2)

arba galutiniam procesui:

– (I, 2a)

Grįžtant prie apskrito proceso, gauname (iš I, 1 lygties):

\u003d - \u003d 0 (aš, 3)

Taigi, kiekis dUyra bendras kai kurių sistemos būsenos funkcijų skirtumas. Kai sistema grįžta į pradinę būseną (po cikliško pakeitimo), šios funkcijos vertė įgyja pradinę vertę.

Sistemos būsenos funkcija U,apibrėžta lygybėmis (I, 2) arba (I, 2a), vadinama vidinė energija sistemas .

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

\u003d U 2 - U 1 \u003d ∆U \u003d - (I, 2b)

U 2 – U 1 \u003d ∆U \u003d Q - W

Šis samprotavimas empiriškai pagrindžia tam tikros sistemos būsenos funkcijos buvimą, turintį prasmę visų sistemos turimų judesių viso mato.

Kitaip tariant, į vidinę energiją įeina molekulių transliacinė ir sukimosi energija, atomų ir atomų grupių vibracinė energija molekulėje, elektronų judėjimo energija, vidinė branduolinė ir kitų rūšių energija, tai yra visų rūšių dalelių energijos visuma sistemoje, išskyrus pačios sistemos potencialą ir kinetinę energiją. ...

Tarkime, kad ciklinis procesas buvo atliktas taip, kad sistemai grįžus į pradinę būseną, sistemos vidinė energija neėmė savo pradinės vertės, bet padidėjo. Tokiu atveju, pasikartojus žiediniams procesams, sistemoje atsirastų energijos kaupimasis. Tai sukurtų galimybę šią energiją paversti darbu ir tokiu būdu gauti darbą ne šilumos sąskaita, o „iš nieko“, nes žiediniame procese darbas ir šiluma yra lygiaverčiai vienas kitam, o tai rodo tiesioginiai eksperimentai.

Nesugebėjimas įgyvendinti nurodyto sukūrimo ciklo pirmojo tipo amžinojo judesio aparatas (perpetuum mobile),duoti darbą neišleidžiant ekvivalentiško kiekio kitos rūšies energijos, įrodo neigiamas tūkstančių metų žmogaus patirties rezultatas. Šis rezultatas leidžia daryti tą pačią išvadą, kurią gavome tam tikra, tačiau griežtesne forma, analizuodami Joule'o \u200b\u200beksperimentus.

Suformuluokime gautą rezultatą dar kartą. Bendras sistemos energijos (jos vidinės energijos) tiekimas dėl ciklinio proceso grįžta į pradinę vertę, t.y., šios būsenos sistemos vidinė energija turi vieną apibrėžtą vertę ir nepriklauso nuo to, kokie pokyčiai buvo padaryti sistemoje prieš ateinant į šią būseną.

Kitaip tariant, vidinė sistemos energija yra nedviprasmiška, tęstinė ir galutinė sistemos būsenos funkcija.

Vidinės sistemos energijos pokytį lemia išraiška (I, 2b); žiediniam procesui galioja išraiška (I, 3). Keičiantis be galo mažai kai kurioms sistemos savybėms (parametrams), vidinė sistemos energija taip pat keičiasi be galo mažai. Tai yra nepertraukiamos funkcijos savybė.

Termodinamikoje nereikia naudoti bendro vidinės energijos sąvokos apibrėžimo. Visiems tolesniems termodinaminiams samprotavimams ir išvadoms pakanka formalaus kiekybinio apibrėžimo, naudojant išraiškas (I, 2) arba (I, 2a).

Kadangi sistemos vidinė energija yra jos būsenos funkcija, tai, kaip jau minėta, vidinės energijos padidėjimas be galo mažais sistemos būsenų parametrų pokyčiais yra bendras būsenos funkcijos skirtumas. Dalies (I, 3) integralo dalijimas į du integralus kelio atkarpose nuo būsenos 1 valstybei 2 (kelias „a“) \u200b\u200b(žr. I pav.) ir atvirkščiai - nuo būsenos 2 valstybei 1 (kitas būdas „b“ ), - mes gauname:

(I, 4)

(I, 5)

Mes pasiekiame tą patį rezultatą lygindami kelius „a“ ir „c“ arba „b“ ir „c“ ir kt.

Paveikslėlis: I. Apskrito (ciklinio) proceso schema.

Išraiška (I, 5) rodo tai vidinės sistemos energijos prieaugis jai pereinant iš vienos būsenos į kitą, nepriklauso nuo proceso kelio, o priklauso tik nuo pradinės ir galutinės sistemos būsenų.

Pirmasis termodinamikos dėsnis

Pirmasis termodinamikos dėsnis yra tiesiogiai susijęs su energijos išsaugojimo dėsniu. Tai leidžia apskaičiuoti energijos balansą vykstant įvairiems procesams, įskaitant chemines reakcijas.

Iš energijos išsaugojimo dėsnio išplaukia:

Q \u003d ∆U + W

Gautą uždaros sistemos išraišką galima perskaityti taip: į sistemą tiekiama šiluma išleidžiama tik jos vidinei energijai pakeisti ir darbams atlikti.

Aukščiau pateiktas teiginys, susijęs su (I, 3) ir (I, 5) lygtimis, yra pirmojo termodinamikos dėsnio formulavimas (kartu su (I, 2) lygtimi, kuri pateikia kiekybinį vidinės energijos apibrėžimą).

Pirmasis termodinamikos dėsnis yra kiekybinė energijos išsaugojimo dėsnio formuluotė, taikoma procesams, susijusiems su šilumos ir darbo transformacija.

Kitą pirmojo termodinamikos dėsnio formuluotę galima gauti iš išraiškos (I, 2a). Izoliuotoje sistemoje dQ \u003d 0 ir dW \u003d 0tada dU \u003d 0; todėl bet kokiems izoliuotoje sistemoje vykstantiems procesams:

(I, 6)

t.y. vidinė izoliuotos sistemos energija yra pastovi ... Ši pirmojo termodinamikos dėsnio formuluotė yra kiekybinė bendro energijos išsaugojimo dėsnio, taikomo konkrečioms sąlygoms ir baigtinėms sistemoms, išraiška, pagal kurią energija nesukuriama ir neišnyksta.

Reikėtų pažymėti, kad pirmasis termodinamikos dėsnis neleidžia rasti bendros sistemos vidinės energijos vertės bet kurioje būsenoje, nes pirmąjį dėsnį išreiškiančios lygtys lemia tik sistemos energijos pokyčio skaičiavimą įvairiuose procesuose. Taip pat negalima tiesiogiai išmatuoti vidinės energijos pokyčio makroskopiniuose procesuose; šį pokytį galima apskaičiuoti tik naudojant (I, 2b) lygtį, atsižvelgiant į išmatuojamus dydžius - šilumą ir šio proceso darbą.

Atkreipkite dėmesį, kad šiluma ir darbas (kiekvienas atskirai) neturi būsenos funkcijos savybės, išreikštos (I, 3) arba (I, 5) lygtimi ir būdingos vidinei energijai. Proceso, perduodančio sistemą iš 1 būsenos į 2 būseną, šiluma ir darbas paprastai priklauso nuo proceso kelio ir vertės δQ ir δW nėra valstybės funkcijos skirtumai, o yra tiesiog begaliniai maži dydžiai, kuriuos mes pavadinsime elementari šilumair elementarus darbas.

Taigi vidinis energijos skirtumas dUturi kitas matematines savybes nei elementari šiluma dQ ir darbas dW... Tai būtina statant termodinamikos sistemą.

Valstybės lygtys

Daugelis pusiausvyros sistemos savybių ir jos sudedamosios fazės yra tarpusavyje susijusios. Vieno iš jų pasikeitimas sukelia kitų pokyčius. Kiekybinius funkcinius ryšius tarp sistemos (fazės) savybių gali atspindėti įvairių tipų lygtys.

Iš šių lygčių svarbiausia yra būsenos lygtisfazė, jungianti vientisą pusiausvyros sistemos kiekvienos fazės slėgį, temperatūrą, tankį (arba tūrį), sudėtį ir kitas savybes.

Būsenos lygtis yra glaudžiai susijusi su sistemos termodinaminėmis lygtimis ir jos vienarūšėmis dalimis (fazėmis), tačiau negali būti nustatyta konkrečia forma iš pagrindinių termodinamikos lygčių ir turi būti surasta empiriškai arba gauta taikant statistinės fizikos metodus, pagrįstus molekuliniais parametrais (t. Y. Kiekiais). apibūdinančių atskirų molekulių struktūrą ir savybes). Paprasčiausios būsenos lygtys yra dujų, esančių žemame slėgyje, lygtys: Clapeyrono - Mendelejevo lygtis, van der Waalso lygtis ir kt.

Būties ir kitų lygčių, jungiančių įvairias fazės savybes, buvimas lemia tai, kad vienareikšmiam sistemos būsenos apibūdinimui pakanka žinių tik apie kelias, kelias nepriklausomas savybes. Šios savybės vadinamos nepriklausomi kintamiejiarba būsenos parametraisistemas. Likusios savybės yra būsenos parametrų funkcijos ir yra unikaliai nustatomos, jei nurodomos pastarųjų vertės. Be to, daugeliui problemų nesvarbu, ar žinome konkrečias tiriamų fazių būsenos lygtis; svarbu tik, kad atitinkamos priklausomybės visada egzistuotų.

Taigi sistemos būseną lemia nepriklausomi kintamieji (būsenos parametrai), kurių skaičius priklauso nuo konkrečios sistemos pobūdžio, o jų pasirinkimas iš esmės yra savavališkas ir susijęs su tikslingumo sumetimais. Norint nustatyti paprasčiausių sistemų - homogeniškos ir pastovios laike masės ir sudėties (susidedančios iš vienos fazės ir nesikeičiančios chemiškai) - būseną, pakanka žinoti du nepriklausomus kintamuosius iš trijų skaičių (tūris V,spaudimas Pir temperatūra T).Sudėtingesnėse sistemose nepriklausomi kintamieji gali apimti koncentracijas, elektrinį krūvį, elektrostatinį potencialą, magnetinio lauko stiprumą ir kitus.

Kalorijų koeficientai

Vidinė sistemos energija, būdama būsenos funkcija, yra nepriklausomų sistemos kintamųjų (būsenos parametrų) funkcija.

Paprasčiausiose sistemose

U = f (V, T.) (I, 7)

iš kur bendras U skirtumas :

dU \u003d dV + dT (1,8)

Vertės pakeitimas dUnuo (I, 8) lygties iki (I, 2) lygties randame:

δQ \u003d dV + dT + δW (I, 9)

Jei tiriamoje sistemoje yra tik plėtimosi darbai ir nėra elektrinių darbų, gravitacinių jėgų, paviršiaus jėgų ir kt., Tada d W = PdV.Tada

δQ \u003d + P dV + dT (I, 9a)

Nepriklausomų kintamųjų (I, 9a) lygčių koeficientų koeficientai žymimi simboliais l ir C V,mes gauname:

δQ \u003d ldV + C V dT(1,10)

Iš (I, 9a) ir (I, 10) lygčių seka:

= l \u003d + P(I, 11)

\u003d C V \u003d

Kiekiai ir neatspindi jokios funkcijos darinių. Pirmasis yra izoterminio išsiplėtimo šilumakūnas. Šis dydis, kurio matmuo sutampa su slėgio matmeniu, yra išorinio slėgio ir termino suma ; kuris atspindi abipusę molekulių trauką. Ši sąvoka yra maža tikrosioms dujoms ir labai didelė (palyginti su įprastomis išorinio slėgio vertėmis) skysčiams ir kietosioms medžiagoms.

Kiekis C V, pagal (I, 11) lygtį, yra šilumos talpa esant pastoviam tūriui... Šiluma, kurią sistema sugeria pastoviu tūriu, visiškai išleidžiama vidinei energijai didinti (su sąlyga, kad nėra visų rūšių darbų, įskaitant išplėtimo darbus).

Kintamųjų bendro vidinio energijos skirtumo koeficientai Vir Tturi paprastą fizinę prasmę, kaip parodyta aukščiau.

Pasirinkimas kaip nepriklausomus kintamuosius Pir Tarba Vir P ir atsižvelgdami į vidinę energiją kaip šių kintamųjų porų funkciją, galime panašiai gauti:

d Klausimas = hdP + C P dT(I, 10a)

d Klausimas \u003d c dV + l dp(I, 10b)

kur kiekiai h, C P,c ir l yra susijusios su vidinės energijos dariniais sudėtingesniais santykiais nei pateikti (I, 11) lygtyje. Prisimink tai C p \u003dyra šilumos talpa esant pastoviam slėgiui,ir h = – izoterminio slėgio padidėjimo šiluma.Pastaroji vertė yra iš esmės neigiama.

Šansai l, h, C V , C P,vadinami c ir λ kalorijų koeficientai.Turintis savarankišką fizinę prasmę (ypač C P, C V ir l), jie taip pat yra naudingi termodinaminių išvadų ir skaičiavimų dydžiai.

Įvairių procesų darbas

Daugybė energetinių procesų sujungiami darbo pavadinimu; bendra šių procesų savybė yra sistemos energijos sąnaudos įveikiant jėgą, veikiančią iš išorės. Tokie procesai apima, pavyzdžiui, masių judėjimą potencialiame lauke. Jei judėjimas vyksta prieš jėgos gradientą, tada sistema energiją išleidžia darbo pavidalu; darbo kiekis yra teigiamas. Judant jėgos gradientu, sistema gauna energiją darbo forma iš išorės; darbo kiekis yra neigiamas. Tai tam tikros masės pakėlimo darbas gravitacijos lauke. Pagrindinis darbas šiuo atveju:

d W = – mgdH

kur m - kūno masė; H - aukštis virš pradinio nulio lygio. Plečiant išorinio slėgio veikiamą sistemą P,sistema dirba , elementarus darbas šiuo atveju yra lygus PdV (V 1ir V 2 -pradinis ir galutinis sistemos tūriai).

Kai juda elektros krūvis q elektriniame lauke, atsižvelgiant į galimo kritimo kryptį j ir toje srityje, kur yra galimi pokyčiai dj,taip pat padidėjus kūno, turinčio potencialą, krūviui j, pagal sumą dq darbas atliekamas sistemoje, jos vertė yra lygi pirmuoju atveju - qdj, o antruoju atveju - jdq.

Panašiai galima išreikšti sąsajos didinimo darbą S tarp vienarūšių sistemos dalių (fazių): d W \u003d -s dS,
kur s yra paviršiaus įtempimas.

Apskritai, elementarus darbas dW yra kelių kokybiškai skirtingų elementarių darbų suma:

d W = PdV - mgdH - s dS - j dq + ... (1.12)

Čia P, -mg, -σ, -j - jėgos apibendrinta prasme (apibendrintos jėgos)arba intensyvumo faktoriai; V, H, S, q – apibendrintos koordinatėsarba pajėgumo faktoriai.

Kiekvienu konkrečiu atveju būtina nustatyti, kokie darbo tipai yra galimi tiriamoje sistemoje, ir sudarant tinkamas išraiškas dW, naudokite juos (I, 2a) lygtyje. Integruoti lygtį (I, 12) ir apskaičiuoti darbą konkrečiam procesui galima tik tais atvejais, kai procesas yra pusiausvyroje ir žinoma būsenos lygtis.

Labai daugeliui sistemų galima apriboti (I, 12) lygčių eilutę vienu terminu - plėtimosi darbu.

Išsiplėtimo darbas pusiausvyros procesuose išreiškiamas įvairiomis lygtimis, kylančiomis iš būsenos lygties. Štai keletas jų:

1) Procesas, vykstantis pastoviu garsumu (izohorinis procesas; V \u003d konst):

W \u003d ∫δW \u003d ∫PdV \u003d 0 (Aš, 13)

2) Procesas vyksta esant pastoviam slėgiui (izobarinis procesas; P \u003d konst):

W \u003d = P (V 2 - V 1) \u003d PDV (Aš, 14)

3) Procesas vyksta pastovioje temperatūroje (izoterminis procesas, T \u003d konst). Idealių dujų išplėtimo darbas PV \u003d nRT:

W \u003d dV \u003d nRT ln (Aš, 15)

Entalpija

Pirmojo procesų, kuriuose atliekamas tik plėtimosi darbas, termodinamikos dėsnio lygtis yra tokia:

δQ \u003d dU + PdV (Aš, 19)

Jei procesas vyksta pastoviu slėgiu, tada integruodami gauname:

Q P \u003d U 2 - U 1 + P (V 2 - V 1) (Aš, 20)

Q P \u003d (U 2 + PV 2) - (U 1 + PV 1) (Aš, 21)

Nes Pir V - būsenos parametrai, a U Ar valstybės funkcija, tada suma U + PVtaip pat yra būsenos funkcija ir jos kitimas procese priklauso ne nuo proceso kelio, o tik nuo pradinės ir galutinės būsenų. Ši funkcija vadinama entalpijair žymimas simboliu H... Nustatant vertę Htarnauja tapatybei:

H U + PV (Aš, 22)

Iš (I, 21) lygties darytina išvada, kad pastoviame slėgyje absorbuota šiluma yra lygi entalpijos D padidėjimui H ir nepriklauso nuo proceso kelio:

(Aš, 21a)

Antrasis termodinamikos dėsnis

Dažniausi ir tikrai savaiminiai yra šilumos perdavimo iš karšto kūno į šaltą procesai (šilumos laidumas) ir perėjimas iš darbo į šilumą (trintis). Šimtmečius skaičiuojanti kasdienė, techninė ir mokslinė žmonijos praktika parodė kasdienę šių procesų tikrovę, taip pat neįmanoma spontaniškai įvykdyti atvirkštinius procesus, kurie labai vilioja praktiniu požiūriu (gauti darbą dėl šilumos pašalinimo iš darbinį skystį supančių kūnų). Tai suteikia pagrindo teigti, kad vienintelis bet kokio procesų rinkinio rezultatas negali būti šilumos perėjimas iš mažiau šildomo kūno į labiau šildomą. (Klausiaus postulatas).

Atvirkštinis šilumos perėjimas iš labiau įšilusio kūno į mažiau šildomą yra įprastas nesubalansuotas šilumos perdavimo procesas šilumos laidumo būdu. Jo negalima pakeisti, tai yra nubrėžti priešinga kryptimi per tą pačią būsenų seką. Bet to nepakanka: jei sistemoje praėjo tiesioginio šilumos perdavimo procesas, tai jokiu būdu negalima atlikti tokios procesų sekos, dėl kurios visi šilumos perdavime dalyvaujantys kūnai ateitų į pradinę būseną, o kituose kūnuose nebūtų jokių pokyčių. Šilumos laidumo procesas yra negrįžtamas.

Kitas bendras teiginys, turintis tą patį eksperimentinį pagrindą, tvirtina: vienintelis bet kokio procesų rinkinio rezultatas negali būti šilumos pavertimas darbu (t. Y. Sistemos absorbuojamas šiluma iš aplinkos ir šiai šilumai lygiavertis darbas). Taigi savaiminis darbo pavertimo šiluma (trinties) procesas yra negrįžtamas (kaip ir šilumos laidumas).

Paskutinį teiginį galima teigti kitaip: šalčiausio kūno, dalyvaujančio procese, šiluma negali būti darbo šaltinis (Thomsono postulatas).

Abi nuostatos (Clausiuso ir Thomsono postulatai) yra antrojo termodinamikos dėsnio formuluotės ir yra lygiavertės viena kitai, tai yra, kiekvieną iš jų galima įrodyti remiantis viena kita.

Kadangi šilumos perėjimas arba jo pavertimas darbu yra laikomas vieninteliu proceso rezultatu, akivaizdu, kad šilumos mainuose dalyvaujanti sistema dėl proceso ar procesų rinkinio grįžta į pradinę būseną. Vykstant tokiam cikliniam procesui, sistemos vidinė energija nepasikeis.

Tarkime, kad antroji iš minėtų formuluočių (ypač paskutine forma) yra neteisinga. Tada būtų galima pastatyti ciklais veikiančią mašiną, kurios „darbinis skystis“ periodiškai grįžtų į pradinę būseną, ir ši mašina duotų darbą dėl šilumos, absorbuojamos iš išorės iš kūno, ne labiau įkaitintos nei pati sistema ir visi kiti sistemą supantys kūnai. ... Toks procesas vyktų nepažeidžiant pirmojo termodinamikos (darbas dėl karščio) dėsnio, tačiau praktikai tai tolygu darbui iš nieko, nes bet kurioje mašinoje aplinkoje būtų beveik neišsenkamas šilumos šaltinis. Taigi garlaivis galėjo judėti, atimdamas vandenyno vandens šilumą ir nereikalaudamas kuro. Tokia mašina vadinama antrosios rūšies perpetuum mobile (amžinasis judesio aparatas).Remiantis šiuo apibrėžimu, galima suformuluoti antrąjį termodinamikos dėsnį, suteikiant Thomsono postulatui kitokią formą: neįmanoma antrosios rūšies perpetuum mobile.

Reikėtų pabrėžti, kad tiek Clausiuso, tiek Thomsono nuostatos, tiek teiginys apie antrosios rūšies perpetuum mobile neįmanomumą nėra įrodytas remiantis kitais įstatymais ar kitais teisės aktais. Tai prielaidos, kurios pateisinamos visomis iš jų kylančiomis pasekmėmis, tačiau negali būti įrodytos visais įmanomais atvejais.

Pateiksime dar vieną antrojo termodinamikos dėsnio formuluotę, kuri, žinoma, yra gana tiksli ir trumpa. Šioje formuluotėje yra naujos būsenos funkcijos postulatas, per kurį išreiškiamas grįžtamųjų ir negrįžtamųjų procesų skirtumas:

Entropijos skaičiavimo metodai

(II, 1) ir (II, 1a) lygtys, kurios lemia entropiją, yra vienintelės pradinės lygtys sistemos entropijos pokyčio termodinaminiam skaičiavimui. Elementinę šilumą (II, 1a) lygtyje pakeisdami jos išraiškomis per kalorijų koeficientus (žr. (I, 10) ir (I, 10a) lygtis), gauname pusiausvyros procesus:

KJ / mol; lydymosi temperatūra t pl. \u003d 5,5 ° C ( T= 278,5 Į). Todėl entropijos pokytis 1 apgamasbenzenas lydant (lydymosi entropija) yra lygus:

DS pl. \u003d35,06 J / mol

2. Šildymas esant pastoviam slėgiui (izobarinis procesas; P \u003d konst). Iš (I, 18a) ir (II, 1a) lygčių gauname:

DS \u003d(II, 6)

Raskime vieno aliuminio molio entropijos pokytį kaitinant nuo 25 iki 600 ° C. Tikroji molinė šiluminė aliuminio talpa gali būti išreikšta lygtimi:

C p \u003d 565,5 + 0,290 T.Pagal (II, 6) lygtį, entropijos pokytis bus lygus:

DS \u003d \u003d 565,5 + 0,290 (873 - 298) \u003d 607,8 + 166,8 \u003d 774,6 J / molK

Plancko postulatas. Absoliučios entropijos vertės

(II, 3) lygties negalima naudoti absoliučiai sistemos entropijos vertei apskaičiuoti. Tokią galimybę suteikia nauja, neįrodoma pozicija, kuri neišplaukia iš dviejų termodinamikos dėsnių, kuriuos suformulavo M. Planckas (1912). Pagal šią nuostatą, vad plancko postulatas, atskiros kristalinės medžiagos entropija ties absoliučiu nuliu lygi nuliui:

Griežtai tariant, Plancko postulatas galioja tik atskiroms medžiagoms, kurių kristalai yra idealiai sukonstruoti (kristalų gardelėje visas vietas užima molekulės ar atomai, reguliariai kintantys ir reguliariai orientuoti). Tokie kristalai vadinami idealūs standūs kūnai.Tikri kristalai nėra tokie, nes jų kristalinė grotelė nėra tobulai pastatyta.

Šiek tiek atsitiktinai pastatytos kristalinės gardelės entropija yra didesnė už tobulai pastatytos entropiją krištolo grotelės... Todėl tikrų kristalų net esant 0 K entropija yra didesnė nei nulis. Tačiau tikrų gerai susiformavusių atskirų medžiagų kristalų, esančių ties absoliutu nuline, entropijos yra mažos.

Pagal Plancko postulatą idealiojo standaus kūno (II, 6) lygtis įgauna formą:

Plancko postulatas naudojamas termodinaminiame cheminių procesų tyrime, norint apskaičiuoti absoliučias cheminių junginių entropijos vertes - dydžius, kurie turi didelę reikšmę apskaičiuojant cheminę pusiausvyrą.

Entropija plačiai naudojama techninėje termodinamikoje (šilumos inžinerijoje), kaip vienas iš svarbių šiluminio variklio darbinio skysčio, pavyzdžiui, vandens garų, parametrų. Šios būsenos vandens garų entropijos vertės apskaičiuojamos lyginant su kai kuriomis standartinėmis būsenomis - paprastai 0 ° С ir 1 amm.Šios entropijos vertės naudojamos konstruojant vadinamąjį entropijos būsenos diagramosvandens garai koordinatėmis S-Tarba Š-H(Mollier diagrama). Tokiose diagramose, panašiose į diagramas V-Pgalima pavaizduoti įvairius procesus, vykstančius šiluminio variklio darbiniame kūne ir sudarančius mašinos darbo ciklus.

Apibendrinant reikia pažymėti, kad mums nereikia gilintis į termodinamikos sritį. Mūsų tikslas yra tik iliustruoti pagrindines šio mokslo idėjas ir paaiškinti priežastis, kodėl galima pasikliauti jo argumentais.

Galiausiai, du termodinamikos dėsniai dažnai formuluojami taip:

Pirmasis dėsnis: Visatos energija visada yra pastovi.

Antrasis dėsnis: Visatos entropija visada didėja.

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

Vadovėlis sudaromas pagal fizinės chemijos programą.

Pirmojoje knygoje išsamiai aprašomi šie kurso skyriai: kvantiniai mechaniniai cheminio sujungimo teorijos pagrindai, atomų ir molekulių struktūra, spektriniai molekulinės struktūros tyrimo metodai, fenomenologinė ir statistinė termodinamika, tirpalų termodinamika ir fazių pusiausvyra.

Antroje fizinės chemijos, elektrochemijos, cheminės kinetikos ir katalizės kurso dalies dalyje pateikiami pirmojoje knygos dalyje išvystytos sąvokos - materijos struktūra ir statistinė termodinamika. Skyriuje „Katalizė“ atsispindi heterogeninių ir difuzinių procesų kinetika, adsorbcijos termodinamika ir reaktyvumo klausimai.

Universiteto studentams, studijuojantiems chemijos inžinerijos specialybes.

1 knyga.

Formatas: djvu

Dydis: 11,2 MB

Parsisiųsti: vairuoti.google

2 knyga.

Formatas: djvu

Dydis: 7 Mb

Parsisiųsti: vairuoti.google

TURINYS 1 knyga.
Įžanga. 3
Įvadas 6
Pirmasis skyrius. Kvantinis-mechaninis molekulinės struktūros ir cheminio sujungimo teorijos pagrindimas
1 SKYRIUS. Atomo struktūra 9
1.1 straipsnis. Kvantinės-mechaninės mikrodalelių ypatybės 9
1.2 straipsnis. Į vandenilį panašus atomas 11
1.3 straipsnis. Vandenilio tipo atomo atominės orbitos 14
1.4 straipsnis. Elektronų sukimas 21
1.5 straipsnis. Daugelektroniai atomai 23
1.6 straipsnis. Pauli principas 26
1.7 straipsnis. Elektroninės atomų konfigūracijos
2 SKYRIUS. Molekulės. Teoriniai metodai, naudojami molekulių struktūrai ir cheminiams ryšiams tirti 34
2.1 straipsnis. Molekulė. Potencialus paviršius. Pusiausvyros konfigūracija 34
2.2 straipsnis. Cheminio sujungimo teorija ir jos uždaviniai. Schrödingerio lygtis molekulėms 39
§ 2.3. Variacinis Schrödingerio lygties 42 sprendimo būdas
2.4 straipsnis. Du pagrindiniai molekulinės struktūros teorijos metodai. Valentinės jungties metodas ir molekulinės orbitos metodas 44
2.5 straipsnis. Pagrindinės molekulinės orbitos metodo idėjos 49
2.6 straipsnis. Apytikslis molekulinės orbitos aprašymas MO LCAO metodu 50
2.7 straipsnis. U molekulė MO LCAO metodu. Energijos ir bangų funkcijos apskaičiavimas variacijos metodu 53
§ 2.8. H molekulė MO LCAO metodu. Kovalentinis ryšys 58
Diatominės molekulės MO LCAO metodu 62
3.1 straipsnis. Homonuklearinių diatominių molekulių molekulinės orbitalės 62
3.2 straipsnis. Elektroninės homonuklinių molekulių konfigūracijos ir savybės, sudarytos iš pirmojo ir antrojo periodų elementų atomų 65
3.3 straipsnis. Heterobranduolinės diatominės molekulės 73
3.4 straipsnis. Poliarinis bendravimas. Elektrinis molekulės 78 dipolio momentas
3.5 straipsnis. Kovalentinio ryšio prisotinimas 81
3.6 straipsnis. Donoro ir akceptoriaus ryšys 82
3.7 straipsnis. Joninis ryšys. Cheminio ryšio poliškumas 84
4 skyrius. Polatominės molekulės MO 88 metodu
4.1 straipsnis. Molekulinės orbitalės poliaatominėse molekulėse. Orbitos simetrija. Delokalizuotos ir lokalizuotos orbitos. Molekula NHO 88
§ 4.2. Metano molekulės aprašymas. Delokalizuota ir lokalizuota MO. Orbitos hibridizacija 95
§ 4.3. Molekulių pusiausvyros konfigūracijų prognozavimas
4.4 straipsnis. Nestandrios molekulės101
4.5 straipsnis. MO LCAO 104 molekulės su daugybe jungčių
4.6 straipsnis. Hückelio metodas 108
4.7 straipsnis. Aromatinių sistemų aprašymas taikant MOX 110 metodą
4.8 straipsnis. Cheminis ryšys koordinaciniuose junginiuose. Ligando lauko teorija 117
4.9 straipsnis. Joninis ryšys kristale 126
5 skyrius. Tarpmolekulinė sąveika 129
5.1 straipsnis. Van der Waalso jėgos. Kiti nespecifinių sąveikų tipai 129
5.2 straipsnis. Vandenilio ryšys 136
Antras skyrius. Spektriniai metodai molekulių struktūrai ir energijos būsenoms tirti
6 skyrius. Bendra informacija apie molekulinius spektrus. Molekulinių spektrų teorijos elementai 141
6.1 straipsnis. Intramolekulinis judėjimas ir elektromagnetinis spektras. 141
6.2 straipsnis. Molekulinė emisija, absorbcija ir Ramano spektrai. EPR ir BMR spektrai 145
6.3 straipsnis. Diatominės molekulės sukimosi spektras (standus rotatoriaus aproksimavimas) 150
§ 6.4. Diatominės molekulės vibracijos-sukimosi spektras. Harmoninio osciliatoriaus artumas 156
6.5 straipsnis. Molekula yra anharmoninis osciliatorius. Vibracinio spektro struktūra 162
§ 6.6. Elektroniniai spektrai. Diatominių molekulių disociacijos energijos nustatymas 169
§ 6.7. Rotaciniai spektrai ir griežtos poliaatominės molekulės
§ 6.8. Polatominių molekulių vibracijos, spektras ir struktūra 175
§ 6.9. Naudojant vibracinius spektrus molekulių struktūrai nustatyti 180
6.10 straipsnis. Terpės tarpmolekulinės sąveikos ir agregacijos būsenos įtaka vibracijos spektrui 183
Trečias skyrius. Cheminė termodinamika
7 SKYRIUS. Bendrosios sąvokos. Pirmasis termodinamikos dėsnis ir jo taikymas 186
7.1. Cheminės termodinamikos dalykas ir uždaviniai 186
7.2 straipsnis. Pagrindinės cheminės termodinamikos sąvokos ir apibrėžimai 188
7.3 straipsnis. Pirmasis termodinamikos dėsnis. Ne žiediniai procesai 199
7.4 straipsnis. Specifinė šiluma 202
7.5 straipsnis. Temperatūros įtaka šilumos talpai. Temperatūros serijos .. 208
§ 7.6. Kvantinė kristalinės medžiagos šilumos talpos teorija 211
7.7 straipsnis. Kvantinė-statistinė dujinių medžiagų šiluminės talpos teorija 215
§ 7.8. Terminiai efektai. Heso įstatymas 217
7.9 straipsnis. Heso dėsnio taikymas skaičiuojant šiluminį efektą
7.10 straipsnis. Terminio poveikio priklausomybė nuo temperatūros. Kirchhoffo lygtis 227
8 skyrius. Antrasis termodinamikos dėsnis ir jo priedas 235
8.1 straipsnis. Spontaniški ir n spontaniški procesai. Antrasis termodinamikos dėsnis 235
8.2 straipsnis. Entropija 236
8.3 straipsnis. Entropijos pokytis nestatiškuose procesuose 239
8.4 straipsnis. Entropijos pokytis kaip krypties ir pusiausvyros kriterijus izoliuotoje "sistemoje 240
8.5 straipsnis. Būdingos funkcijos. Termodinaminiai potencialai 241
§ 8.6. Savaiminio proceso ir pusiausvyros galimybės uždarose sistemose galimybės kriterijai 249
8.7 straipsnis. Entropijos pokyčiai kai kuriuose procesuose 251
§ 8.8. Idealių dujų mišinio Gibso energija. Cheminis potencialas 261
8.9 straipsnis. Bendrosios cheminės pusiausvyros sąlygos 265
8.10 straipsnis. Veikiančių masių dėsnis. Dujų fazių reakcijų pusiausvyros konstanta 266
8.11 straipsnis. Izoterminė reakcijos lygtis 271
§ 8.12. Masinio veikimo dėsnio naudojimas pusiausvyros mišinio sudėčiai apskaičiuoti 273
8.13 straipsnis. Temperatūros poveikis cheminei pusiausvyrai. 282 reakcijos izobaro lygtis
8.14 straipsnis. Gibso energijos pokyčio ir pusiausvyros konstantos priklausomybės nuo temperatūros integralinė forma 284
8.15 straipsnis. Cheminė pusiausvyra nevienalytėse sistemose 286
9 skyrius. Trečiasis termodinamikos dėsnis ir cheminės pusiausvyros apskaičiavimas 289
9.1 straipsnis. Terminė Nernsto teorema. Trečiasis termodinamikos dėsnis 289
9.2 straipsnis. Standartinės Gibbso energijos ir pusiausvyros konstantos pokyčio apskaičiavimas Temkino - Švartsmano metodu 294
9.3 straipsnis. Standartinės Gibbso energijos ir pusiausvyros konstantos pokyčio apskaičiavimas naudojant sumažintas Gibso energijos funkcijas 297
9.4 straipsnis. Adiabatinės reakcijos 299
10 SKYRIUS. Cheminė pusiausvyra realiose sistemose 303
10.1 straipsnis. Dujų takumas ir kietumo koeficientas 303
10.2 straipsnis. Cheminės pusiausvyros tikroje dujų sistemoje, esant aukštam slėgiui, apskaičiavimas 312
10.3 straipsnis. Cheminės pusiausvyros sistemose, kuriose vienu metu vyksta kelios reakcijos, apskaičiavimas 314
11. SKYRIUS. Statistinės termodinamikos įvadas 320
11.1 straipsnis. Statistinė fizika ir statistinė termodinamika. Makroskopinis ir mikroskopinis sistemos būklės aprašymas 320
11.2 straipsnis. Mikroskopinis būsenos apibūdinimas klasikinės mechanikos metodu 323
11.3 straipsnis. Mikroskopinis būsenos aprašymas kvantinės mechanikos metodu. Kvantinė statistika 324
11.4 straipsnis. Dviejų tipų vidurkiai (mikrokanoniniai ir kanoniniai vidurkiai) 325
11.5 straipsnis. Entropijos ir statistinio svorio ryšys. Antrojo termodinamikos dėsnio statistinis pobūdis 326
11.6 straipsnis. Sistema yra termostate. Kanoninis Gibbso platinimas. 330
§ 11.7. Sistemos ir jos santykio su energija suma. Helmholtzas 335
§ 11.8. Suma virš dalelių būsenų 337
§ 11.9. Termodinaminių funkcijų išraiška kaip sistemos būsenų suma 340
§ 11.10. Apibendrinkite vienmačių harmoninių osciliatorių sistemos būsenas. Termodinaminės monatominės kietosios medžiagos savybės pagal Einšteino teoriją 343
§ 11.11. Boltzmanno kvantinė statistika. Maksvelio molekulinio greičio pasiskirstymo dėsnis 346
§ 11.12. Fermi - Dirac ir Bose - Einšteinas statistika 352
§ 11.13. Termodinaminių funkcijų apskaičiavimo iš molekulinių duomenų bendrosios formulės
11.14 § Idealių dujų termodinaminių funkcijų apskaičiavimas, darant prielaidą, kad molekulės sukasi standžiai ir harmoningai 357
Ketvirtas skyrius. Sprendimai
12 SKYRIUS. Bendrosios sprendimų charakteristikos 365
12.1 straipsnis. Sprendimų klasifikacija 365
12.2 straipsnis. Tirpalų koncentracija 367
5 12.3. Sprendimų specifiškumas. Tarpmolekulinės ir cheminės sąveikos vaidmuo, solvato samprata 368
12.4 straipsnis. Pagrindinės sprendimų teorijos raidos kryptys 372
12.5 straipsnis. Tirpalų susidarymo termodinaminės sąlygos 374
12.6 straipsnis. Daliniai moliniai kiekiai 375
12.7 straipsnis. Pagrindiniai dalinių molinių kiekių nustatymo metodai
§ 12.8. Dalinės ir santykinės dalinės molinės entalpijos 381
12.9 straipsnis. Tirpimo ir praskiedimo šiluma 382
12.10 straipsnis. Idealių skysčių tirpalų termodinaminės savybės
§ 12.11.3 Raulio įstatymas 390
12.12 straipsnis. Idealaus tirpalo virimo temperatūra 392
12.13 §. Idealaus sprendimo užšalimo temperatūra 395
§ 12.14.0. Idealaus sprendimo motyvinis slėgis 397
§ 12.15. Ne idealūs sprendimai 400
12.16 straipsnis. Itin praskiesti, įprasti ir aterminiai tirpalai 402
12.17 straipsnis. Veikla. Aktyvumo koeficientas. Standartinė būsena 404
§ 12.18.0, motiškas faktorius 407
§ 12.19. Veiklos nustatymo metodai
§ 12.20. Aktyvumo koeficiento ir aktyvumo ryšys su tirpalo termodinaminėmis savybėmis ir perteklinėmis termodinaminėmis funkcijomis
5 skirsnis Fazių pusiausvyros
13 SKYRIUS. Termodinaminė fazių pusiausvyros teorija 415
13.1 straipsnis. Pagrindinės sąvokos 415
13.2 straipsnis. Fazės pusiausvyros sąlygos 418
13.3 straipsnis. Gibso fazės taisyklė 419
14 skyrius. Vieno gabalo sistemos 421
14.1 straipsnis. Gibso fazės taisyklės taikymas vienkomponentėms sistemoms 421
14.2 straipsnis. Pirmos ir antros rūšies faziniai perėjimai 422
14.3 straipsnis. Clapeyron-Clausius lygtis 425
14.4 straipsnis. Sočiųjų garų slėgis 423
14.5 straipsnis. Vienkomponentių sistemų būsenos diagramos 429
14.6 straipsnis. Anglies dioksido būsenos diagrama 431
14.7 straipsnis. Vandens būklės diagrama 432
14.8 straipsnis. Sieros diagrama 433
§ 14.9. Enantiotropinės ir monotropinės fazių perėjimai 435
15 skyrius. Dvikomponentės sistemos 436
15.1 straipsnis. Fizinės ir cheminės analizės metodas
15.2 straipsnis. Gibso fazės taisyklės taikymas dviejų komponentų sistemoms 437
15.3 straipsnis. Pusiausvyros dujos - skystas tirpalas dviejų komponentų sistemose 438
15.4 straipsnis. Pusiausvyros skystis - skystis dviejų komponentų sistemose 442
15.5 straipsnis. Pusiausvyros garai - skystas tirpalas dviejų komponentų sistemose444
15.6 straipsnis. Tirpalų distiliavimo fizikinės ir cheminės bazės 453
15.7 straipsnis. Pusiausvyros kristalai - skystas tirpalas dviejų komponentų sistemose 457
15.8 straipsnis. Pusiausvyros skystis - dujos ir kristalai - dujos (garai) dvikomponentėse sistemose 476
§ 15–9. Skaičiavimai iš būsenos diagramų 476
16 SKYRIUS. Trijų dalių sistemos 482
16.1 straipsnis. Gibso fazės taisyklės taikymas trijų komponentų sistemoms 482
16.2 straipsnis. Grafinis 482 trikampio sistemos sudėties atvaizdavimas
16.3 straipsnis. Pusiausvyros kristalai - skystas tirpalas trijų komponentų sistemose 484
16.4 straipsnis. Pusiausvyros skystis - skystis trijų komponentų sistemose 489
16.5 straipsnis. Tirpiklio pasiskirstymas tarp dviejų skystų fazių. Ištraukimas 491
495 priedas
Rodyklė 497

TURINYS 2 knyga.
3 pratarmė
Šeštas skyrius. Elektrochemija
Tirpalai, elektrolitai
17.1 straipsnis. Elektrochemijos 4 punktas
17.2 straipsnis. Elektrolitų tirpalų specifiškumas
17.3 straipsnis. Elektrolitinė disociacija 6 tirpale
17.4 straipsnis. Vidutinis joninis aktyvumas ir aktyvumo koeficientas 10
17.5 straipsnis. Debye ir Hückel 13 pagrindinės stiprių elektrolitų elektrostatinės teorijos koncepcijos
17.6 straipsnis. Pagrindinės jonų asociacijos teorijos sąvokos 22
17.7 straipsnis. Termodinaminės jonų savybės
17.8 straipsnis. Joninio solvato termodinamika
18. SKYRIUS. Pusiausvyros reiškiniai elektrolituose. Elektrolitų elektrinis laidumas
18.1 straipsnis. Pagrindinės sąvokos. Faradėjaus įstatymai 30
18.2 straipsnis. Jonų judėjimas elektriniame lauke. Jonų transporto numeriai. 32
18.3 straipsnis. Elektrolitų elektrinis laidumas. Savitasis elektros laidumas
18.4 straipsnis. Elektrolitų elektrinis laidumas. Molinis elektrinis laidumas 39
18.5 straipsnis. Hidronio ir hidroksido jonų molinis elektrinis laidumas
18.6 straipsnis. Nevandeninių tirpalų elektrinis laidumas
18.7 straipsnis. Kietųjų ir išlydytų elektrolitų elektrinis laidumas 46
18.8 straipsnis. Konduktometrija 47
19. SKYRIUS. Pusiausvyros elektrodo procesai 49
19.1 straipsnis. Pagrindinės sąvokos 49
19.2 straipsnis. Elektrocheminės sistemos EML. Elektrodo potencialas 51
19.3 straipsnis. Potencialaus šuolio atsiradimas tirpalo ir metalo sąsajoje 53
19.4 straipsnis. Difuzijos potencialas 55
19.5 straipsnis. Elektrinio dvigubo sluoksnio struktūra tirpalo ir metalo sąsajoje 56
19.6 straipsnis. Grįžtama termodinamika elektrocheminės sistemos 60
19.7 straipsnis. Apverčiamųjų elektrodų klasifikacija 64
19.8 straipsnis. Elektrodų potencialai nevandeniniuose tirpaluose
19.9 straipsnis. Elektrocheminės grandinės 75
19.10 straipsnis. Elektrocheminių sistemų teorijos taikymas tiriant pusiausvyrą tirpaluose 82
19.11 straipsnis. Potenciometrija 85
Septintas skyrius. Cheminių reakcijų kinetika
20 SKYRIUS. Cheminės kinetikos dėsniai 93
20.1 straipsnis. Bendrosios sąvokos ir apibrėžimai
20.2 straipsnis. Cheminės reakcijos greitis 95
20.3 straipsnis. Masinio veikimo dėsnis ir reakcijos eigos nepriklausomumo principas101
21. SKYRIUS. Cheminių reakcijų uždarose sistemose kinetika. 105
21.1 straipsnis. Vienašalės pirmos eilės reakcijos 105
21.2 straipsnis. Vienpusės antrosios eilės reakcijos109
21.3 straipsnis. Vienpusės n-os eilės reakcijos111
21.4 straipsnis. 112 reakcijos eiliškumo nustatymo metodai
21.5 straipsnis. Pirmos eilės dvišalės reakcijos113
21.6 straipsnis. Dvišalės antrosios eilės reakcijos116
21 straipsnis. Lygiagrečios vienašališkos reakcijos 117
21.8 straipsnis. Vienpusės nuoseklios reakcijos 119
21.9 straipsnis. Beveik stacionarus koncentracijos metodas 125
22 skyrius. Reakcijų kinetika atvirose sistemose 127
22.1 straipsnis. Reakcijų kinetika idealiame maišymo reaktoriuje 127
22.2 straipsnis. Kištukinio srauto reaktorių reakcijų kinetika 129
23 skyrius. Pagrindinio cheminės sąveikos veiksmo teorija 133
23.1 straipsnis. Pagrindinis cheminis aktas 133
23.2 straipsnis. Aktyvių susidūrimų teorija 137
23.3 straipsnis. Aktyvi kompleksinė teorija 141
23.4 straipsnis. Arreksijaus lygties pekseksponentinis koeficientas pagal perėjimo būsenos teoriją 154
23.5 straipsnis. MO simetrija ir chemini reakcij aktyvinimo energija 159
24 SKYRIUS. Reakcijų tirpaluose, grandinės ir fotocheminių reakcijų kinetika 166
24.1 straipsnis. Reakcijų kinetikos ypatumai tirpaluose 166
24.2 straipsnis. Aplinkos įtaka reakcijos greičio konstantai 170
24.3 straipsnis. Joninių reakcijų kinetika tirpaluose 178
24.4 straipsnis. Grandininės reakcijos 181
24.5 straipsnis. Fotocheminės reakcijos 189
25 skyrius. Elektrodų procesų kinetika 196
25.1 straipsnis. Elektrocheminės reakcijos greitis. Mainų srovė 196
25.2 straipsnis. Elektrodų poliarizacija 197
25.3 straipsnis. Difuzinis viršįtampis 199
25.4 straipsnis. Elektrocheminis viršįtampis205
25.5 straipsnis. Kitos viršįtampio rūšys 210
5 25.6. Temperatūros ir kinetikos metodas poliarizacijos pobūdžiui nustatyti elektrocheminiuose procesuose 211
25.7 straipsnis. Viršįtampa vandenilio elektrolitinės evoliucijos metu 213
25.8 straipsnis. Elektrolizė. Skilimo įtampa 217
25.9 straipsnis. Poliarizacijos reiškiniai cheminiuose elektros srovės šaltiniuose 220
25.10 straipsnis. Elektrocheminė metalų korozija. Metalų pasyvumas. Apsaugos nuo korozijos metodai 222
Aštuntasis skyrius. Katalizė
26 SKYRIUS. Katalizinio veikimo principai 228
26.1 straipsnis. Pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai 228
26.2 straipsnis. Katalizinių reakcijų kinetikos ypatybės 232
26.3 straipsnis. Katalizinių reakcijų aktyvinimo energija 237
26.4 straipsnis. Reagentų sąveika su katalizatoriumi ir katalizinio veikimo principai
27 skyrius. Homogeninė katalizė 245
27.1 straipsnis. Rūgščių ir šarmų katalizė 246
27.2 straipsnis. Redokso katalizė 255
27.3 straipsnis. Fermentinė katalizė 260
27.4 straipsnis. Autokatalizė, slopinimas ir partinės katalizinės reakcijos
27.5 straipsnis. Pramoninis pritaikymas ir homogeninės katalizės plėtros perspektyvos
Heterogeninė katalizė. 273
28.1 straipsnis. Heterogeninių katalizatorių paviršiaus struktūra 273
28.2 straipsnis. Adsorbcija kaip heterogeninių katalizinių reakcijų stadija 277
28.3 straipsnis. Heterogeninių katalizinių reakcijų mechanizmas 282
28.4 straipsnis. Heterogeninių katalizinių reakcijų ant vienodai prieinamo paviršiaus kinetika 285
28.5 straipsnis. Heterogeninių katalizinių procesų makrokinetika 292
28.6 straipsnis. Heterogeninės katalizės pramoniniai pritaikymai 300
Literatūra 303
305 priedas
312 rodyklė
Turinio sąrašas 316

Fizinė chemija prasidėjo XVIII amžiaus viduryje. Terminas „fizinė chemija“, šiuolaikiškai suprantant mokslo metodiką ir žinių teorijos klausimus, priklauso MV Lomonosovui, kuris pirmą kartą perskaitė tikrosios fizinės chemijos kursą Sankt Peterburgo universiteto studentams. Šių paskaitų preambulėje jis pateikia tokį apibrėžimą: "Fizinė chemija yra mokslas, kuris, remdamasis fizikinėmis nuostatomis ir eksperimentais, turi paaiškinti priežastis, kas vyksta per chemines operacijas sudėtinguose kūnuose". Mokslininkas savo korpuso-kinetinės šilumos teorijos darbuose nagrinėja klausimus, kurie visiškai atitinka minėtas problemas ir metodus. Eksperimentiniai veiksmai, kuriais siekiama patvirtinti atskiras šios koncepcijos hipotezes ir nuostatas, taip pat yra tokio pobūdžio. MV Lomonosovas šių principų laikėsi daugelyje savo tyrimų sričių: kurdamas ir praktiškai įgyvendindamas jo įkurtą „stiklo mokslą“, įvairiuose eksperimentuose, skirtuose materijos ir jėgos (judesio) išsaugojimo dėsniui patvirtinti; - darbuose ir eksperimentuose, susijusiuose su sprendimų teorija, jis sukūrė išsamią šio fizikocheminio reiškinio, iki šiol besivystančio, tyrimo programą.

Po to įvyko daugiau nei šimtmečio pertrauka, o DI Mendelejevas 1850-ųjų pabaigoje vienas pirmųjų Rusijoje studijavo fizikocheminius tyrimus.

Kitą fizinės chemijos kursą 1865 m. Charkovo universitete jau skaitė N. N. Beketovas.

Pirmasis fizinės chemijos skyrius Rusijoje buvo atidarytas 1914 m. Sankt Peterburgo universiteto Fizikos ir matematikos fakultete, rudenį D. P. Konovalovo studentas M. S. Vrevsky pradėjo skaityti privalomus fizinės chemijos kursus ir praktinius užsiėmimus.

Pirmąjį mokslinį žurnalą, skirtą fizinės chemijos straipsniams publikuoti, 1887 m. Įkūrė W. Ostwaldas ir J. Van't Hoffas.

Fizinės chemijos dalykas

Fizinė chemija yra pagrindinis teorinis pagrindas šiuolaikinė chemijanaudojant teorinius tokių svarbių fizikos šakų kaip kvantinė mechanika, statistinė fizika ir termodinamika, netiesinė dinamika, lauko teorija ir kt. Tai apima materijos struktūros teoriją, įskaitant: molekulių struktūrą, cheminę termodinamiką, cheminę kinetiką ir katalizę. Kaip atskiri fizinės chemijos skyriai taip pat išskiriami elektrochemija, fotochemija, paviršiaus reiškinių fizinė chemija (įskaitant adsorbciją), radiacijos chemija, metalo korozijos teorija, didelės molekulinės masės junginių fizinė chemija (žr. Polimerų fiziką) ir kt. fizinė chemija ir kartais laikomi atskirais koloidinės chemijos, fizikocheminės analizės ir kvantinės chemijos skyriais. Daugelis fizinės chemijos skyrių turi gana aiškias ribas, kalbant apie objektus ir tyrimo metodus, metodines ypatybes ir naudojamus aparatus.

Fizinės chemijos ir cheminės fizikos skirtumas

Panašūs straipsniai
Aptarkite:
Kontaktai Apie projektą ir leidimą Reklama interneto svetainėje svetainės žemėlapis

2020 ap37.ru. Sodas. Dekoratyviniai krūmai. Ligos ir kenkėjai.