Դասախոսություններ ֆիզիկական քիմիայի վերաբերյալ ppt. Ֆիզիկական քիմիայի վերաբերյալ շնորհանդես ՀԿ-ների համար. Ֆիզիկական քիմիայի հիմնական բաժինները. Դրանց նշանակությունը դեղագործության համար

Կրթության դաշնային գործակալություն

USTU - UPI

«Մետաղագործական գործընթացների տեսություն» բաժին

Լ.Ա. Ժուկովա, Ա.Ա. Ժուկով

ՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ՔԻՄԻԱ

Ուսումնական էլեկտրոնային տեքստային հրատարակություն Պատրաստված է «Մետալուրգիական գործընթացների տեսություն» ամբիոնի կողմից.

Դասախոսությունների նշումներ «Ֆիզիկական քիմիա» առարկայի վերաբերյալ ուսանողների համար 150100 – մետալուրգիա, 150600 – նյութագիտություն և նյութերի տեխնոլոգիա

Եկատերինբուրգ

Բաժին 1. Ներածություն և հիմնական տերմիններ……………			…………….…………………………
Դասախոսություն 1 ……………………	……………………………		……………………………
Բաժին 2. Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի կիրառումը ջերմային էֆեկտների հաշվարկման համար.
գործընթացները ……………………………………	………………………………………………………
Դասախոսություն 2……………………………………		……………………………………………………
Բաժին 3. Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի կիրառումը պրոցեսների ուղղությունը որոշելու համար
և հավասարակշռության պայմանները………………………………………………………………………………………
Դասախոսություն 3 ……………………………	……………………………………………………………
Դասախոսություն 4 ……………	…………………………………………………………………………
Դասախոսություն 5……	………………………………………………………………………………
Բաժին 4. Լուծույթների թերմոդինամիկան……………			……………………………………………….44
Դասախոսություն 6………………………………………………………………………………………
Դասախոսություն 7………	……………………………………………………………………………
Դասախոսություն 8……	……………………………………………………………………………
Բաժին 5. Ֆազային հավասարակշռություն և փուլային դիագրամներ………				…………………………..……59
Դասախոսություն 9………………………………………………………………				……………………………
Դասախոսություն 10……………………………………………………………………………………
Դասախոսություն 11………………………………………………………………………………………
Դասախոսություն 12……………………………………………………………………………………
Բաժին 6. Մակերևութային երևույթներ……………………………………………………………………
Դասախոսություն 13……………………………………………………………………………………
Դասախոսություն 14………………………………………………………………………………………
Բաժին 7. Միատարր քիմիական ռեակցիաների կինետիկա…………………				...…………………
Դասախոսություն 15………………………………………………………………………………………
Բաժին 8. Տարասեռ քիմիական ռեակցիաների կինետիկա…………………………………………………………
Դասախոսություն 16……………………………………………………………………			…………………………………
Դասախոսություն 17………………………………………………………………………………
Բաժին 9. Հեղուկ և ամորֆ մետաղների կառուցվածքը և հատկությունները……………………………………….147
Դասախոսություն 18………………………………………………………………………………………

Բաժին 1. Ներածություն և հիմնական տերմիններ

Հենց գիտակարգի անվանումից հետևում է, որ այն սահմանային գիտություն է քիմիայի և ֆիզիկայի միջև։ Ֆիզիկական քիմիայի հիմնական խնդիրն է ուսումնասիրել տարբեր ֆիզիկական և քիմիական երևույթների փոխհարաբերությունները: Քանի որ յուրաքանչյուր իրական երևույթ բարդ է, դրա առանձին ասպեկտների՝ ֆիզիկական կամ քիմիական, նույնականացումը միանգամայն կամայական է: Ուստի երբեմն դժվար է սահմանագիծ քաշել ֆիզիկական քիմիայի կողմից ուսումնասիրված հարցերի և ֆիզիկայի ու քիմիայի առանձին ճյուղերի միջև։ Որպես գիտություն, ֆիզիկական քիմիան սկսեց ձևավորվել 19-րդ դարի երկրորդ կեսից, թեև ֆիզիկական քիմիայի բովանդակության անվանումը և ընդհանուր սահմանումը առաջին անգամ տրվել է Մ.Վ. Լոմոնոսով (1752). «Ֆիզիկական քիմիան գիտություն է, որը ֆիզիկական սկզբունքների և փորձերի հիման վրա պետք է բացատրի, թե ինչ է տեղի ունենում բարդ մարմիններում քիմիական գործողությունների միջոցով»:

Ֆիզիկական քիմիան զբաղվում է քիմիական գործընթացների բազմակողմանի ուսումնասիրությամբ

Եվ դրանց ուղեկցող ֆիզիկական երևույթները՝ օգտագործելով երկու գիտությունների, ինչպես նաև մեր սեփական տեսական և փորձարարական մեթոդները։ Սա հնարավորություն է տալիս կանխատեսել քիմիական գործընթացի ընթացքը և դրա արդյունքը և, հետևաբար, վերահսկել այն՝ օպտիմալ արդյունք ստանալու համար: Ֆիզիկական քիմիայի կիրառման ոլորտն ընդգրկում է քիմիական և ֆազային փոխակերպումների բոլոր հարցերը, ֆիզիկական պարամետրերի ազդեցությունը քիմիական գործընթացների և քիմիական կազմի ֆիզիկական հատկությունների վրա: Հիմնվելով նյութերի տարբեր հատկությունների և դրանց մասնակցությամբ տարբեր գործընթացների բնութագրերի բազմակողմ ուսումնասիրության վրա՝ ֆիզիկական քիմիան լուծում է երկու կարևորագույն խնդիր. վերահսկվում է.

Մետալուրգիան վաղուց հենվել է ֆիզիկական քիմիայի նվաճումների վրա, որոնք հնարավորություն են տվել զարգացնել մետալուրգիական միավորներում տեղի ունեցող գործընթացների տեսությունը։ Հիմնավորելով տվյալ պայմաններում տարբեր պրոցեսների հնարավորությունը՝ գիտական ​​մոտեցումը թույլ է տալիս մեզ բացահայտել դրանց առավել ամբողջական առաջացման պայմանները, հաշվարկել այդ գործընթացների արագությունը, հաշվի առնել դրանց առաջացման ընթացքում կլանված կամ արտանետվող ջերմության քանակը և, որպես արդյունքում՝ օպտիմալացնել բարձրորակ մետաղի արտադրության տեխնոլոգիական ռեժիմները։

Մետաղների և համաձուլվածքների արտադրությունը բարդ և բազմափուլ գործընթաց է, որի յուրաքանչյուր փուլում, ներառյալ հեղուկ վիճակը, ձևավորվում են ապագա կառուցվածքային նյութի անհրաժեշտ կառուցվածքը և պահանջվող հատկությունները: Ֆիզիկական քիմիայի մեթոդներն օգտագործվում են տվյալ հատկություններով համաձուլվածքի քիմիական բաղադրությունը հիմնավորելու և դրա ստացման ուղիները որոշելու, դրա բյուրեղացման ընթացքում տեղի ունեցող գործընթացները օպտիմալացնելու, ձուլակտորի սառեցման արագությունը որոշելու համար, ինչը նպաստում է տվյալ փուլային կազմի ձևավորմանը։ և կառուցվածքը, և մետալուրգիայի բազմաթիվ այլ գործընթացների վերլուծության մեջ։ Այսպիսով, ֆիզիկական քիմիան տեսական հիմքն է մետաղների, համաձուլվածքների և սահմանված հատկություններով այլ նյութերի արտադրության համար։

IN Ներկայումս ֆիզիկական քիմիան անկախ գիտություն է՝ իր հետազոտական ​​մեթոդներով և հանդիսանում է մի շարք կիրառական առարկաների տեսական հիմքը։

Ֆիզիկական քիմիան առաջատար դեր է խաղում մետալուրգի գիտական ​​աշխարհայացքի ձևավորման գործում՝ թույլ տալով ամենաընդհանուր դիրքերից վերլուծել և կանխատեսել մետաղների և համաձուլվածքների ստացման և մշակման գործընթացների ընթացքը:

Ֆիզիկական քիմիայի ուսումնասիրության նպատակն է ուսանողներին ծանոթացնել այս գիտական ​​առարկայի հիմնական օրենքներին և դրանց հետևանքներին, որոշ տեսական

Եվ Համակարգերի հավասարակշռության վիճակի պարամետրերի և ընթացիկ գործընթացների կինետիկայի ուսումնասիրության փորձարարական մեթոդներ, հմտություններ և կարողություններ զարգացնողհատուկ դասընթացներում մետալուրգիական գործընթացների և տեխնոլոգիաների խորը ուսումնասիրության համար անհրաժեշտ ֆիզիկական և քիմիական անալիզներ.

Ֆիզիկական քիմիայի կողմից ուսումնասիրված երևույթների բազմազանությունը հանգեցրել է նույնականացմանը

Այն ունի մի շարք բաժիններ, որոնցից հիմնականները ներառում են հետեւյալը.

Քիմիական թերմոդինամիկազբաղվում է էներգետիկ մնացորդներով, քիմիական և փուլային հավասարակշռության հարցերով, ինչպես նաև պարզաբանում է գործընթացների ուղղությունը համակարգերում, որտեղ հավասարակշռություն չկա:

Նյութի կառուցվածքըներառում է ատոմների, մոլեկուլների կառուցվածքի և նյութի տարբեր վիճակներում դրանց փոխազդեցության ուսումնասիրությունը։

Լուծման տեսություննպատակ ունի բացատրել և կանխատեսել լուծույթների և դրանց բաղադրիչների հատկությունները՝ հիմնվելով այն մաքուր նյութերի հատկությունների վրա, որոնցից կազմված է լուծումը:

Քիմիական կինետիկաուսումնասիրում է քիմիական ռեակցիաների արագությունն ու մեխանիզմը, դրանց կախվածությունը պայմաններից։

Մակերեւութային երեւույթներհաշվի առնել հեղուկների և պինդ մարմինների մակերևութային շերտերի հատուկ հատկությունները և դրանց ազդեցությունը ընդհանուր համակարգի բնութագրերի վրա:

Էլեկտրաքիմիան ուսումնասիրում է քիմիական գործընթացները, որոնցում մասնակցում են լիցքավորված մասնիկներ՝ իոններ։

Թվարկված բաժինների միջև հստակ սահմաններ չկան: Ցանկացած երևույթ ուսումնասիրելիս պետք է օգտագործել տարբեր բաժինների գաղափարներ։

Ֆիզիկական քիմիայի բնագավառում հետազոտությունները հիմնված են երեք հիմնական մեթոդների վրա, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր հասկացությունների, օրենքների և հետազոտության փորձարարական մեթոդների շրջանակը։

Ֆիզիկական քիմիայի մեթոդներ

Թերմոդինամիկ մեթոդ. Նրա օգնությամբ ստացված բոլոր հասկացություններն ու օրենքները ձևակերպվում են որպես փորձի նկարագրության արդյունք՝ առանց գործընթացների մոլեկուլային մեխանիզմ ներթափանցելու։ Դրա պատճառով այս մեթոդը ֆորմալ է, ինչը որոշակիորեն սահմանափակում է դրա կիրառման շրջանակը: Այնուամենայնիվ, սա նաև հեշտացնում է գործնական հաշվարկները:

Վիճակագրական մեթոդ.Հիմքը մարմինների՝ որպես մասնիկների մեծ համույթների դիտարկումն է, ինչը հնարավորություն է տալիս հիմնավորել թերմոդինամիկայի հասկացություններն ու օրենքները և ընդլայնել նկարագրված երևույթների շրջանակը։ Այս մեթոդը կապում է նյութերի մակրոսկոպիկ հատկությունները մոլեկուլների մանրադիտակային հատկությունների հետ:

Մոլեկուլային կինետիկմեթոդ. Թույլ է տալիս նկարագրել նյութերի հատկությունները և դրանց հետ կապված գործընթացների բնութագրերը, ներառյալ արագությունը, հիմնվելով այդ նյութերը կազմող մասնիկների շարժման և փոխազդեցության օրենքների վրա:

Ֆիզիկական քիմիայի կողմից ուսումնասիրված երևույթների բնույթը բարդ է, հետևաբար դրանց տեսական նկարագրությունը, չնայած տեսական և փորձարարական հետազոտության մեթոդների կայուն կատարելագործմանը, չի կարելի սպառիչ համարել։ Երևույթների էության համակողմանի ըմբռնումը գնում է ստեղծագործելու ճանապարհով մոդելային ներկայացումներդրանց աստիճանական բարդությամբ և մանրամասնությամբ, քանի որ նոր փորձնական փաստեր են կուտակվում։ Ցանկացած մոդել իրականության քիչ թե շատ պարզեցված, ակնհայտորեն իդեալականացված պատկեր է։ Ամենահայտնի ամենապարզ աբստրակցիաները, որոնք լայնորեն կիրառվում են ֆիզիկական քիմիայում, իդեալական գազի, իդեալական բյուրեղի, իդեալական լուծման մոդելներն են: Մաթեմատիկական արտահայտությունները, որոնք նկարագրում են ամենապարզ մոդելների վրա հիմնված երևույթներն ու գործընթացները, չեն պարունակում դժվար սահմանելի: քանակները, ինչը հեշտացնում է հաշվարկները: Որպես կանոն, դրանց հիման վրա կատարված հաշվարկները բավարար համաձայնություն չեն ապահովում իրական համակարգերի հատկությունների փորձարարական չափված արժեքների հետ: Այնուամենայնիվ, նույնիսկ նման համեմատությունն օգտակար է։ Այն թույլ է տալիս բացահայտել իրական օբյեկտի առանձնահատկությունները, որոնք հաշվի չեն առնվել իդեալականացված մոդելում և լրացուցիչ պարամետրեր ներմուծել մոդելի տեսության ավելի առաջադեմ տարբերակներում՝ ըստ փորձարարական տվյալների տեսական կանխատեսումների շեղումների բնույթի և մեծության:

Հիմնական հասկացություններ և սահմանումներ

Ֆիզիկական քիմիայի հիմնական ճյուղն է քիմիական թերմոդինամիկա.Դրա շրջանակներում ներդրված հայեցակարգային ապարատը կիրառվում է նաև ֆիզիկական քիմիայի այլ ճյուղերում

Թերմոդինամիկական համակարգ- սա մարմին կամ մարմինների ամբողջություն է, որը մեկուսացված է շրջապատող տարածությունից երևակայական կամ իրական միջերեսի միջոցով: Թերմոդինամիկական համակարգի զանգվածը հաստատուն է, և դրա փոխազդեցությունը շրջակա միջավայրի հետ տեղի է ունենում միայն էներգիայի փոխանակման միջոցով ջերմության և աշխատանքի տեսքով: Եթե ​​համակարգը նյութը փոխանակում է իր միջավայրի հետ, այն կոչվում է բաց: Մենք կդիտարկենք միայն այն թերմոդինամիկ համակարգերը, որոնք էներգիա են փոխանակում շրջակա միջավայրի հետ, բայց չեն փոխանակում նյութը (փակ), դրանք անվանելով պարզապես «համակարգ»:

Էներգիան նյութի շարժման հատկանիշն է ինչպես քանակական, այնպես էլ որակական տեսանկյունից, այսինքն. այս շարժման չափը: Ցանկացած համակարգ ունի էներգիա, և դրա ձևերը բազմազան են, ինչպես նյութի շարժման ձևերը:

Համակարգը կոչվում է փակ կամ մեկուսացված, եթե այն էներգիա չի փոխանակում շրջակա միջավայրի հետ՝ ջերմության կամ աշխատանքի տեսքով։ Եթե ​​էներգիայի փոխանակումը տեղի է ունենում միայն աշխատանքի տեսքով, ապա համակարգը կոչվում է ադիաբատիկ փակ. Համակարգը կոչվում է միատարր, եթե նրա յուրաքանչյուր հատկություն ունի նույն արժեքը համակարգի տարբեր մասերում կամ անընդհատ փոփոխվում է կետից կետ։ Համակարգը տարասեռ է, եթե այն բաղկացած է մի քանի մասերից, որոնք առանձնացված են միմյանցից ֆիզիկական միջերեսներով, որոնց անցման ընթացքում հատկությունները և կառուցվածքը կարող են կտրուկ փոխվել: Համակարգի միատարր մասը, որն առանձնացված է մնացած մասերից ֆիզիկական միջերեսով, կոչվում է փուլ: Տարասեռ համակարգի օրինակ է հեղուկը, որի վերևում գոլորշի է փակ անոթի մեջ: Այս համակարգը բաղկացած է երկու մասից (փուլերից), և նրանց միջև սահմանն անցնելիս, օրինակ, խտությունը կտրուկ փոխվում է։

Համակարգի բոլոր ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների ամբողջությունը բնութագրում է դրա վիճակը: Ցանկացած հատկություն փոխելը հանգեցնում է նրա վիճակի փոփոխության: Այնուամենայնիվ, համակարգի ոչ բոլոր հատկություններն են անկախ: Նրանցից ոմանք կարող են արտահայտվել ուրիշների միջոցով: Օրինակ, իդեալական գազի վիճակը կարելի է ճշտել նրա երեք հատկանիշներով՝ ջերմաստիճան T, ծավալ V և ճնշում P։ Բավական է ընտրել դրանցից երկուսը, որպեսզի որոշենք երրորդը իդեալական գազի վիճակի հայտնի հավասարումից՝ Մենդելեև-Կլապեյրոնի հավասարումից.

որտեղ R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է (R = 8,314 J/(mol× K)), n-ը գազի մոլերի թիվն է։

Այնուամենայնիվ, իրական համակարգերի մեծ մասի համար f(P,V,T) = 0 վիճակի ընդհանուր հավասարումները անհայտ են կամ չափազանց բարդ են և բավականաչափ ճշգրիտ չեն, ինչը ստիպում է օգտագործել առանձին հատկությունների մասնակի հարաբերություններ, մինչդեռ մյուսները հաստատուն են:

Որպես կանոն, անկախ փոփոխականներն այն փոփոխականներն են, որոնց արժեքները տվյալ պայմաններում ավելի հեշտ է որոշել և փոխել: Շատ հաճախ դրանք ջերմաստիճանն ու ճնշումն են: Բազմաբաղադրիչ համակարգերում դրանց ավելացվում են բաղադրիչների կոնցենտրացիաներ։

Կան ընդարձակ հատկություններ, այսինքն. կախված նյութի քանակից կամ համակարգի զանգվածից (օրինակ՝ ծավալից) և ինտենսիվ՝ անկախ զանգվածից (օրինակ՝ ջերմաստիճանից)։ Շատ ինտենսիվ հատկություններ հեշտությամբ ձեռք են բերվում ընդարձակներից: Այսպիսով, մոլային (կամ մոլային) ծավալը V m, որը ինտենսիվ հատկություն է, կարելի է ստանալ՝ համակարգի ընդհանուր ծավալը (ընդարձակ հատկությունը) բաժանելով նրա բաղկացուցիչ նյութերի մոլերի թվին։ Ինտենսիվ հատկություն է նաև խտությունը՝ նյութի մեկ միավորի ծավալի զանգվածը։ Թերմոդինամիկայի մեջ հիմնականում գործում են մոլային հատկություններով, քանի որ դրանց արժեքները հավասարակշռության մեջ նույնն են ամբողջ համակարգի և դրա ցանկացած մասի համար:

Համակարգի անկախ ինտենսիվ հատկությունները կոչվում են վիճակի պարամետրեր. Այլ հատկությունները համարվում են այս պարամետրերի գործառույթներ:

Համակարգի որևէ հատկության արժեքը կախված չէ այն վիճակներից, որոնցում այն ​​նախկինում եղել է, այսինքն. կախված չէ թերմոդինամիկական ուղուց, որով համակարգը հասել է այս վիճակին: Ցանկացած փոփոխություն, որը տեղի է ունենում համակարգում և կապված է դրա հատկությունների փոփոխության հետ, կոչվում է գործընթաց: Այսպիսով, գույքի փոփոխությունը կախված չէ գործընթացի ուղուց, այլ որոշվում է միայն համակարգի սկզբնական և վերջնական վիճակներով: IN

Հետևյալում մենք կօգտագործենք հունարեն տառը (օրինակ՝ V)՝ ներկայացնելու հատկության վերջավոր փոփոխությունը, իսկ լատինական d կամ (մասնակի ածանցյալներով) տառերը՝ ներկայացնելու այս հատկության անվերջ փոքր փոփոխությունը:

Այն գործընթացը, երբ համակարգը, թողնելով նախնական վիճակն ու ենթարկվելով մի շարք փոփոխությունների, վերադառնում է դրան, կոչվում է շրջանաձև։ Ակնհայտ է, որ շրջանաձև գործընթացում համակարգի հատկությունների փոփոխությունները հավասար են զրոյի: Մշտական ​​ջերմաստիճանում (T = const) տեղի ունեցող գործընթացները կոչվում են իզոթերմայինմշտական ​​ճնշման դեպքում (P = const) – իզոբար, կամ իզոբար,համակարգի հաստատուն ծավալով (V = const) –

isochoric, կամ isochoric. Այն գործընթացները, որոնց ընթացքում էներգիայի փոխանակումը համակարգի և շրջակա միջավայրի միջև տեղի է ունենում միայն աշխատանքի տեսքով, կոչվում են

ադիաբատիկ.

Համակարգի վիճակը, որում նրա բոլոր պարամետրերը ցանկացած կետում ստանձնել են հաստատուն արժեքներ և ժամանակի ընթացքում չեն փոխվում, կոչվում է հավասարակշռություն: Այն գործընթացը, երբ համակարգը անցնում է մի շարք հավասարակշռության վիճակների միջով, կոչվում է հավասարակշռության գործընթաց. Դա կարող է լինել միայն անսահման դանդաղ գործընթաց: «Հավասարակշռություն» հասկացությունն այս դեպքում համընկնում է «շրջելի» հասկացության հետ։ Reversible-ը թերմոդինամիկական գործընթաց է, որը թույլ է տալիս համակարգին վերադառնալ իր սկզբնական վիճակին՝ առանց շրջակա միջավայրում որևէ փոփոխության: Հավասարակշռության ցանկացած գործընթաց շրջելի է և, ընդհակառակը, շրջելի գործընթացի ժամանակ համակարգն անցնում է մի շարք հավասարակշռության վիճակների միջով: Արտահոսքից հետո անդառնալի գործընթացհամակարգը չի կարող ինքնուրույն, այսինքն. առանց արտաքին ազդեցության վերադառնալ իր սկզբնական վիճակին. Բոլոր իրական, ինքնաբուխ գործընթացներն անշրջելի են և կարող են միայն այս կամ այն ​​չափով մոտենալ շրջելի գործընթացի հայեցակարգին:

Ինչպես նշվեց վերևում, թերմոդինամիկական համակարգը կարող է էներգիա փոխանակել իր միջավայրի հետ երկու ձևով՝ աշխատանք (մակրոֆիզիկական ձև) և ջերմություն (միկրոֆիզիկական ձև):

Աշխատանքը այս տեսակի շարժման (էներգիայի) փոխանցման քանակական միջոց է, որն իրականացվում է վերջավոր զանգվածների տեղափոխմամբ, այսինքն. համակարգը որպես ամբողջություն կամ դրա մասերը ցանկացած ուժերի ազդեցության տակ:

Էներգիայի և աշխատանքի առավել հաճախ օգտագործվող միավորները, մասնավորապես թերմոդինամիկայի մեջ, SI ջուլն են (J) և ոչ համակարգային միավոր կալորիաները (1):

կալ = 4,18 Ջ):

Որպես աշխատանքով ուղեկցվող գործընթացի օրինակ դիտարկենք գազի ընդլայնումը, որը գտնվում է մխոցի տակ գտնվող մխոցում, որը ենթակա է ճնշման P (Նկար 1):

Եթե ​​մխոցի տակ գտնվող գազը (շարժվում է առանց շփման) V 1 ծավալ ունեցող վիճակից ընդլայնվում է V 2 ծավալով վիճակի, ապա արտաքին ճնշման դեմ գործում է A: F ուժ, որով գազը գործում է մխոցի վրա

F=PS,

որտեղ S-ը մխոցի խաչմերուկի տարածքն է: Վերելքի ժամանակ կատարվող անսահման փոքր աշխատանք δA

Նկար 1 – ընդլայնման ժամանակ գազի ճնշման տակ կատարված աշխատանք

մխոցի բարձրությունը dh է

δ A = F dh = PS dh,

δ A = P dV.

Գազի ծավալի վերջավոր փոփոխության համար, ինտեգրելով ստացված հավասարումը, ստանում ենք.

A = ∫ PdV .

Դիտարկված օրինակը կարելի է գրաֆիկորեն պատկերել համակարգի երկու տարբեր ուղիների (a և b) անցման համար 1-ից վիճակ 2 (Նկար 2):

Գծապատկեր 2 - V 1 ծավալից մինչև V 2 ծավալով ընդլայնվող գազի կատարած աշխատանքի քանակի տարբերությունը a և բ ուղու երկայնքով տեղի ունեցող գործընթացներում

Քանի որ աշխատանքը թվայինորեն հավասար է կորի տակ գտնվող տարածքին, որը ինտեգրանդի (P) գրաֆիկն է, ակնհայտ է, որ A a A b, չնայած համակարգի սկզբնական և վերջնական վիճակները երկու դեպքում էլ, ինչպես նաև փոխվում են. հատկություններով (P և V), նույնն են։

Հետևաբար, աշխատանքը կախված է գործընթացի ուղուց և, հետևաբար, համակարգի սեփականությունը չէ: Աշխատանքը գործընթացի հատկանիշ է: Հետևաբար, ի տարբերություն հատկությունների փոփոխությունների (,դ և ) աշխատանքի համար և դրա անսահման փոքրությունըքանակները նշումն ընդունված է A և δ A համապատասխանաբար:

Եթե ​​գազը ընդլայնվում է մշտական ​​արտաքին ճնշման դեպքում (P = const), ապա, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում, աշխատանքը հաշվարկվում է ճնշումը բազմապատկելով ծավալի փոփոխությամբ՝ համակարգի նախնական վիճակից անցնելու արդյունքում: վերջնական վիճակ.

		3 – Գազի ընդլայնման աշխատանքներ
		isobaric գործընթաց

A = P (V2 – V1)

Ջերմությունը այս տեսակի շարժման (էներգիայի) փոխանցման քանակական միջոց է, որն իրականացվում է երկու շփվող մարմինների մոլեկուլների քաոսային բախման միջոցով։

Ջերմությունը, ինչպես աշխատանքը, համակարգի սեփականությունը չէ, այլ գործընթացի հատկանիշն է և կախված է դրա ուղուց: Հետեւաբար, մենք չենք կարող խոսել համակարգում ջերմային պաշարի մասին: Ջերմային նշանակում -Ք կամ դրա անսահման փոքր քանակի համար – δՔ . Համակարգը կարող է և՛ կլանել, և՛ ջերմություն ազատել դրանում տեղի ունեցող գործընթացների շնորհիվ: Ջերմության կլանումը, որը պայմանականորեն համարվում է դրական ( Q > 0), տեղի է ունենում էնդոթերմիկգործընթացները։ Համակարգի կողմից առաջացած ջերմությունը հաշվի է առնվում մինուս նշանով (Ք< 0), կապված արտահոսքի հետէկզոտերմիկգործընթացները (Նկար 4): Համակարգի կատարած աշխատանքը համարվում է դրական (Ա> 0): Արտաքին ուժերի ազդեցության տակ համակարգի վրա կատարված աշխատանքը համարվում է բացասական (Ա< 0).

Ա< 0

Թերմոդինամիկ

Q > 0
Էնդո ջերմային	Էկզո ջերմային
գործընթացները	գործընթացները

Նկար 4 – Ջերմության և աշխատանքի թերմոդինամիկայի մեջ ընդունված նշանի կանոն

Դիտարկվում է թերմոդինամիկայի ամենակարևոր մեծություններից մեկը ներքին էներգիա(U ) համակարգի, որն իր սեփականությունն է։ Այն բնութագրում է համակարգի էներգիայի պաշարը, ներառյալ մոլեկուլների թարգմանական և պտտվող շարժման էներգիան, ատոմների ներմոլեկուլային թրթռումային շարժման էներգիան, էլեկտրոնների շարժման էներգիան և ներմիջուկային էներգիան։ Ներքին էներգիան չի ներառում ամբողջ համակարգի շարժման կինետիկ էներգիան և նրա դիրքի պոտենցիալ էներգիան։

Ներքին էներգիահամակարգի ջերմաստիճանի և ծավալի ֆունկցիան է: Կախվածություն

U-ն ջերմաստիճանից պայմանավորված է նրանից մոլեկուլային շարժման կինետիկ էներգիայի կախվածությամբ։ Համակարգի զբաղեցրած ծավալի ազդեցությունը ներքին էներգիայի արժեքի վրա պայմանավորված է նրանով, որ մոլեկուլների փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան կախված է նրանց միջև եղած հեռավորություններից։

Համակարգի ներքին էներգիայի բացարձակ արժեքը ներկայումս չի կարող հաշվարկվել կամ չափվել, քանի որ ներմիջուկային էներգիայի արժեքի մասին տեղեկություն չկա: Այնուամենայնիվ, հնարավոր է հաշվարկել ներքին էներգիայի փոփոխությունները տարբեր գործընթացներում.

U = U2 – U1:

Բաժին 2. Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի կիրառումը գործընթացների ջերմային ազդեցությունների հաշվարկման համար

Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը

Այս օրենքը էներգիայի պահպանման ընդհանուր օրենքի հատուկ դեպք է, որը կիրառվում է ջերմային երևույթների նկատմամբ: Այն տեսականորեն ապացուցված չէ, այլ փորձարարական փաստերի ընդհանրացման արդյունք է։ Դրա վավերականությունը հաստատվում է նրանով, որ օրենքի ոչ մի հետևանք չի հակասում փորձին։ Այն ձեւակերպված է հետեւյալ կերպ.

Առաջին օրենք. ցանկացած գործընթացում համակարգի ներքին էներգիայի աճը հավասար է համակարգին հաղորդվող ջերմության քանակին՝ հանած համակարգի կատարած աշխատանքի քանակը:

Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի մաթեմատիկական նշումը արտահայտությունն է

եթե համակարգի կատարած աշխատանքը կապված է միայն դրա ընդլայնման հետ. Ընդհանուր դեպքում, երբ աշխատանք կարելի է կատարել ոչ միայն արտաքին ճնշման, այլ նաև էլեկտրական, մագնիսական և այլ ուժերի դեմ, պետք է գրել.

du = δ Q – PdV – δ A′,

որտեղ δA ′ արժեքը կոչվում է «օգտակար» աշխատանք: Մենք հետագայում հաշվի կառնենք δA ′ միայն անհրաժեշտության դեպքում:

Տարբեր գործընթացներում առաջին օրենքի կիրառման օրինակներ

1 շրջանաձև գործընթաց ( U = const): Ակնհայտ է, որ նման գործընթացի արդյունքում dU = 0, ինչը նշանակում է δQ = δA, կամ Q = A: Շրջանաձև գործընթացում ամբողջ աշխատանքը կատարվում է համակարգի կողմից՝ նրան ջերմության մատակարարման շնորհիվ:

2 Իզոթերմային գործընթաց ( T = const): Եզրակացությունը պարզեցնելու համար դիտարկեք կիրառել dU = δQ T – PdV հավասարումը իդեալական գազում տեղի ունեցող գործընթացի նկատմամբ: Այս դեպքում համակարգի ներքին էներգիան կախված չէ ծավալից, հետևաբար U = f (T): dU = 0 հաստատուն ջերմաստիճանում: Հետևաբար, համակարգին մատակարարվող ողջ ջերմությունը ծախսվում է աշխատանքի վրա.

δ Q = δ A = PdV:

Բոլոր աշխատանքները, հաշվի առնելով PV = nRT վիճակի գազի իդեալական հավասարումը, հավասար են

	A = V 2	PdV = V 2		dV = nRT ln
	Իզոխորիկ գործընթաց (V = const): Քանի որ dV = 0, ուրեմն
	dU = δQV –		δ A = δ QV – PdV = δ QV,
		կամ dU = δQV:
Համակարգին մատակարարվող ողջ ջերմությունը գնում է ներքին էներգիայի ավելացմանը՝ Q V = U:
	Ադիաբատիկ գործընթաց (δQ = 0): dU = δQ – δA հավասարումը վերածվում է dU = ձևի
	δA, կամ δA = – dU: Համակարգն աշխատանք է կատարում իր ներքին էներգիայի կորստի պատճառով։
	Իզոբարային գործընթաց ( P = const): Պատկերացնենք առաջին օրենքի հավասարումը dU = δQ P – PdV
		δQP = dU + PdV,

որտեղ, օգտագործելով դիֆերենցիալի հատկությունները, մենք իրականացնում ենք հետևյալ փոխակերպումները.

δ QP = dU + d(PV) = d(U + PV):

U + PV փակագծերում արժեքը նշվում է H տառով և կոչվում է համակարգի էնթալպիա: Հետո

δQP = dH; Q = H = H2 – H1.

Այսպիսով, իզոբար գործընթացում համակարգի կողմից ստացված ջերմությունը ծախսվում է էթալպիայի բարձրացման վրա։ Էնթալպիան համակարգի վիճակի հատկություն է կամ ֆունկցիա, և դրա փոփոխությունը կախված չէ գործընթացի ուղուց, քանի որ U, P և V բոլոր երեք մեծությունների փոփոխությունները որոշվում են միայն համակարգի սկզբնական և վերջնական վիճակներով: Էնթալպիայի բացարձակ արժեքը, ինչպես ներքին էներգիան, չի կարող որոշվել: Փորձարարական տվյալների հիման վրա որոշվում են միայն դիտարկվող նյութի էթալպիական H-ի փոփոխությունները, երբ արտաքին պայմանները կամ դիտարկվող համակարգի H-ն փոխվում են, երբ դրանում գործընթաց է տեղի ունենում:

Մենք տեսնում ենք, որ երկու հատուկ դեպքերում, մասնավորապես V = const և P = const, համակարգի կողմից ստացված ջերմությունը մեծացնում է վիճակի գործառույթների արժեքները, համապատասխանաբար U.

Ֆիզիկական քիմիայի պատմության կարևոր իրադարձություններ «Ֆիզիկական քիմիա» տերմինը պատկանում է Մ.Վ. Լոմոնոսովը, որը 1752 թվականին առաջին անգամ Սանկտ Պետերբուրգի համալսարանի ուսանողներին դասավանդեց «Ֆիզիկական քիմիա» դասընթացը։ Նրան է պատկանում արահետը: սահմանումը. «Ֆիզիկական քիմիան գիտություն է, որը բացատրում է ֆիզիկայի սկզբունքների և փորձերի հիման վրա, թե ինչ է տեղի ունենում խառն մարմիններում քիմիական գործողությունների ժամանակ»:

Ֆիզիկական քիմիայի պատմության կարևոր իրադարձություններ 1887 թվականին Օստվալդը նշանակվեց ֆիզիկական քիմիայի առաջին պրոֆեսոր Լայպցիգի համալսարանում, որտեղ նրա օգնականներն ու գործընկերներն էին Յակոբ Վան Հոֆը, Սվանտե Արրենիուսը և Վալտեր Ներնստը: Նույն թվականին Օստվալդը հիմնեց Ֆիզիկական քիմիայի ամսագիրը («Zeitschrift für physikalische Chemie»)

Դեղագետի գործունեություն Ֆիզիկական քիմիայի համապատասխան բաժիններ կամ վերլուծության ֆիզիկաքիմիական մեթոդներ Դեղորայքային նյութերի արդյունաբերական արտադրություն Քիմիական հավասարակշռության, քիմիական կինետիկայի և կատալիզի ուսումնասիրություն Բուսական և կենդանական հումքից բուժիչ նյութերի արդյունահանում Ֆազային հավասարակշռության ուսումնասիրություն (արդյունահանում), լուծույթների ուսումնասիրություն, Դիֆուզիայի պատրաստման դեղեր և դեղաչափական ձևեր Դիսպերսված համակարգերի հատկությունները, փուլային հավասարակշռությունը, մակերեսային երևույթները, լուծույթների հատկությունները և այլն: Դեղամիջոցների ֆիզիկական համատեղելիության որոշում Փուլ և քիմիական հավասարակշռություն, լուծույթներ, ջերմային անալիզ Դեղերի վերլուծություն նյութերում, դեղաչափային ձևերով , բնական առարկաներում, քաղվածքներում վերլուծության ֆիզիկաքիմիական մեթոդները` օպտիկական - սպեկտրոֆոտոմետրիա, ֆոտոկոլորիմետրիա, նեֆելոմետրիա, պղտորաչափություն և այլն; էլեկտրաքիմիական - պոտենցիոմետրիկ, հաղորդիչ, ամպերոմետրիկ տիտրացիա, բևեռագրություն և այլն: քրոմատոգրաֆիկ - ադսորբցիա, բաժանման քրոմատագրություն, սյունակ, բարակ շերտ, թուղթ, էլեկտրոֆորետիկ քրոմատոգրաֆիա և այլն: Դեղերի պահպանման ժամկետի որոշում և երկարացում Կինետիկա, կատալիզ, ֆոտոքիմիա. նյութերի, ֆազային հավասարակշռության (արդյունահանում, բաշխում, դիֆուզիոն), թթու-բազային կատալիզ, կինետիկա, դիսպերս համակարգերի հատկությունների մասին ուսմունք. նյութեր, կինետիկա, լուծույթների ուսումնասիրություն, քիմիայի հավասարակշռության ուսումնասիրություն և այլն։

ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ՀԻՄՆԱԿԱՆ ՀԱՍԿԱՑՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ Համակարգը որոշակի փուլային վիճակում գտնվող նյութերի (բաղադրիչների) մի շարք է, որոնք փոխազդում և շրջակա միջավայրից առանձնացված են սահմանային մակերևույթով: Համասեռը միատարր համակարգ է, որի ներսում չկա ինտերֆեյս համակարգի տարբեր մասերի միջև: հատկություններ (հեղուկ կամ պինդ լուծույթներ, չոր գազային խառնուրդներ) Տարասեռ պ. ունեն միջերեսներ տարբեր հատկություններով մասերի միջև և բաղկացած են երկու կամ ավելի փուլերից:

ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ՀԻՄՆԱԿԱՆ ՀԱՍԿԱՑՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ Փուլ - համակարգի բոլոր միատարր մասերի մի շարք, որոնք նույնական են քիմիական կազմով, կառուցվածքով և բոլոր ինտենսիվ հատկություններով և բաժանված են այլ մասերից միջերեսով Բաղադրիչ՝ անկախ գոյություն ունեցող քիմիական միացություն, որը ներառված է փուլի մեջ Բաց համակարգ Փակ համակարգ Մեկուսացված համակարգ

ՋԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ՀԻՄՆԱԿԱՆ ՀԱՍԿԱՑՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ Ընդարձակ հատկությունները կախված են նյութի քանակից (ծավալ, ջերմունակություն, էնտրոպիա) Ինտենսիվ հատկությունները կախված չեն նյութի քանակից (խտություն, ջերմաստիճան) Պետական ​​ֆունկցիաներ - հատկություններ, որոնք կախված են սկզբնական և վերջնական վիճակից և չեն։ կախված է անցումային ուղուց:

ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ՀԻՄՆԱԿԱՆ ՀԱՍԿԱՑՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ Ներքին էներգիան (U) համակարգի ընդհանուր էներգիայի պաշարը բնութագրող վիճակի ֆունկցիա է: Աշխատանքը (W) էներգիայի փոխանցման մակրոսկոպիկ ձև է (մասնիկների ուղղորդված շարժման կինետիկ էներգիայի տեսքով) Ջերմություն (Q) ) էներգիայի փոխանցումն է մոլեկուլների բախման միջոցով (ջերմափոխանակություն)։ Էներգիայի փոխանցման միկրոսկոպիկ (խանգարված) ձև: ՋԵՐՄՈՒԹՅԱՆ ԵՎ ԱՇԽԱՏԱՆՔԸ ԳՈՐԾԸՆԹԱՑԻ ԳՈՐԾԱՌՆՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐՆ ԵՆ։

ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ԶՐՈՅԱԿԱՆ ՕՐԵՆՔ 1931 Ֆաուլեր ԵԹԵ «A» և «B» ՀԱՄԱԿԱՐԳԵՐԸ ՅՈՒՐԱՔԱՆՉՅՈՒՐԸ ՋԵՐՄԱԿԱՆ ՀԱՎԱՍԱՐԱՇԱՐՈՒԹՅԱՄԲ ԵՆ «C» ՀԱՄԱԿԱՐԳԻ ՀԵՏ, ԱՊԱ ԿԱՐՈՂ ԵՆՔ ԹԵՎՅԱԼ, ՈՐ «A»-ն և «B»-ն հիմնված են այս ԱՅԼ ՀԱՎԱՍԱՐՔՆԵՐԻ վրա: ջերմաստիճանի չափումների վրա

ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ԱՌԱՋԻՆ ՕՐԵՆՔ (ԷՆԵՐԳԻԱՅԻ ՊԱՀՊԱՆՄԱՆ ՕՐԵՆՔ) Եթե համակարգը չի աշխատում, ապա ներքին էներգիայի ցանկացած փոփոխություն տեղի է ունենում միայն ջերմության կլանման կամ արտազատման պատճառով, այսինքն. ժամը w = 0 U = Q Եթե համակարգը չի ստանում կամ ջերմություն չի տալիս, ապա նրա կատարած աշխատանքը արտադրվում է միայն ներքին էներգիայի կորստի պատճառով, այսինքն. ժամը Q = 0 U = w կամ w = U - հետևում է, որ անհնար է ստեղծել մշտական ​​շարժման մեքենա (մեխանիզմ), որն անսահման երկար ժամանակ աշխատանք է արտադրում առանց դրսից էներգիայի ներհոսքի:

ՋԵՐՄՈՔԻՄԻԱ (հիմնական հասկացություններ) առաջացման ջերմություն H f (առաջացումից) Այրման ջերմություն H c (այրումից) Ստանդարտ պայմաններ (1 ատմ = Պա), 298 K (25 o C) ԵԹԵ ստանդարտի համար տրված է ջերմաքիմիական կամ թերմոդինամիկական արժեքը. վիճակը , ապա սա նշվում է «o» նշանով. H o f ; Հ ո ս; U o

ՀԵՍՍԻ ՕՐԵՆՔԻ ԵՐԿՐՈՐԴ ՀԱՄԱԴՐՈՒԹՅՈՒՆԸ Եթե տեղի են ունենում երկու ռեակցիա, որոնք տարբեր սկզբնական վիճակներից տանում են միևնույն վերջնական վիճակներին, ապա դրանց ջերմային էֆեկտների տարբերությունը հավասար է մեկ սկզբնական վիճակից մյուս սկզբնական վիճակի C անցման ռեակցիայի ջերմային ազդեցությանը ( գր) + O 2 = CO 2 393,51 կ Ջ/մոլ C (ալմ) + O 2 = CO 2 395,39 կ Ջ/մոլ

ՀԵՍՍԻ ՕՐԵՆՔԻ ԵՐՐՈՐԴ ՀԱՄԱԴՐՈՒԹՅՈՒՆԸ Եթե տեղի են ունենում երկու ռեակցիաներ, որոնք տանում են միանման սկզբնական վիճակներից տարբեր վերջնական վիճակներ, ապա դրանց ջերմային էֆեկտների տարբերությունը հավասար է մի վերջնական վիճակից մյուս վերջնական վիճակին անցնելու ռեակցիայի ջերմային ազդեցությանը C (g. ) + O 2 CO 2 393,505 կՋ / մոլ CO + 1/2 O 2 CO 2 282,964 k J / մոլ C (գ) + 1/2 O 2 CO + H r H r = 393,505 (282,964) = 110,541 k J/ մոլ.

ՋԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ԵՐԿՐՈՐԴ ՕՐԵՆՔԸ Ջերմությունը չի կարող ինքնաբերաբար փոխանցվել սառը մարմնից ավելի տաք մարմնին Տարբեր տեսակի էներգիան հակված է վերածվելու ջերմության, իսկ ջերմությունը՝ ցրվելու։ Այնուամենայնիվ, համակարգի բաղադրիչների միջև էներգիայի ցրումը կարող է հաշվարկվել՝ վիճակագրական թերմոդինամիկայի մեթոդներ

ՋԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ԵՐՐՈՐԴ ՕՐԵՆՔԸ իդեալական կարգավորված բյուրեղի համար բացարձակ զրոյական ջերմաստիճանում, երբ չկա մասնիկների ջերմային շարժում, W թերմոդինամիկական հավանականությունը հավասար է 1-ի: Սա նշանակում է, որ Բոլցմանի հավասարման համաձայն, նրա էնտրոպիան զրո է. S 0: = k ln 1 = 0

- -

ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՀԱՎԱՍԱՐԱԿՈՒԹՅՈՒՆ 1. Հավասարակշռության թերմոդինամիկական նշան (Գիբսի և Հելմհոլցի էներգիաները չեն փոխվում) 2. Հավասարակշռության կինետիկ նշան (առաջ և հակադարձ ռեակցիաների արագությունները նույնն են) ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔՆԵՐ. Քիմիական ռեակցիայի արտադրանքի հավասարակշռության ելքի հաշվարկը

Le Chatelier-ի սկզբունքը, ԵԹԵ ՀԱՄԱԿԱՐԳԸ ՀԱՎԱՍԱՐԱԿՈՒԹՅԱՆ ԻՐԱԿԱՆՈՒՅԹՈՒՄ Է, ԱՊԱ ՈՒԺԵՐԻ ԱԶԴԵՑՈՒԹՅԱՆ ՏԱԿ, ՈՐՈՆՔ ԱՆՀԱՎԱՍԱՐԱԿԱՆՈՒԹՅՈՒՆ ԵՆ ՊԱՏՃԱՌՆՈՒՄ, ՀԱՄԱԿԱՐԳԸ ԱՆՑՈՒՄ Է ԱՅԴ ՊԵՏՈՒԹՅԱՆ, ՈՐՈՆՑ ԱԶԴԵՑՈՒԹՅԱՆ ԱԶԴԵՑՈՒԹՅԱՆ ԱԶԴԵՑՈՒԹՅԱՆ ՎԵՐԱԲԵՐՅԱԼ ՏԵՂԱԴՐՈՒՄ Է ՀԱՄԱԿԱՐԳԸ. քիմիական և փուլերի նոր հավասարակշռություն, երբ ջերմաստիճանի, ճնշման կամ համակարգի կազմի փոփոխություն

Քիմիական ռեակցիայի իզոթերմի հավասարումներ Ջեյքոբ վանտ Հոֆ () (Ֆրիդրիխ Կեկուլեի աշակերտ) «ՖԱՆՏԱՍՏԻԿ ՈՉ ՍՏԱՑՈՒԹԻՉ»: Ադոլֆ Կոլբե «Սպասիր և տես...»

ՀԻՄՆԱԿԱՆ ՀԱՍԿԱՑՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ Փուլ - համակարգի բոլոր միատարր մասերի մի շարք, որոնք նույնական են քիմիական կազմով, կառուցվածքով և բոլոր ինտենսիվ հատկություններով և բաժանված են այլ մասերից միջերեսի միջոցով Բաղադրիչ - անկախ գոյություն ունեցող քիմիական միացություն, որը հանդիսանում է փուլային միջերեսի մաս (միջֆազային սահման)

ԳԻԲԲՍԻ ՓԱԶԱԿԱՆ ԿԱՆՈՆ C = 0 - համակարգը կոչվում է ոչ փոփոխական; ցանկացած վիճակի պարամետր փոխելը հանգեցնում է փուլերի քանակի փոփոխության: C = 1 - համակարգը կոչվում է մոնվարիանտ; պարամետրերից միայն մեկը կարող է փոխվել առանց փուլերի քանակի փոփոխության: C = 2 - համակարգը կոչվում է բիվարիանտ:

Ֆազային դաշտերի համար C = K F + 2 = = 2 Հավասարակշռության գծերի համար C = K F + 2 = = 1 Եռակի կետի համար C = K F + 2 = = 0

ԼՈՒԾՈՒՄՆԵՐ 1. Թերմոդինամիկորեն կայուն միատարր մոլեկուլային ցրված համակարգեր 2. Փոփոխական կամ տարասեռ կազմի միաֆազ համակարգեր՝ բաղկացած երկու կամ ավելի բաղադրիչներից։ Որպես կանոն, լուծիչը և լուծված նյութը մեկուսացված են: Հիմնական տեսակներն են ոչ էլեկտրոլիտների և էլեկտրոլիտների լուծույթները։

Կոնովալովի առաջին օրենքը. Հեղուկները եռում են, երբ դրանց վերևում գտնվող գոլորշիների ճնշումը հավասարվում է մթնոլորտային ճնշմանը: Մաքուր հեղուկները եռում են հաստատուն ջերմաստիճանում (T kip), լուծույթներում տարբեր է՝ հագեցած գոլորշին, հավասարակշռության լուծույթի համեմատ, համեմատաբար ավելի հարուստ է այդ բաղադրիչով, որի ավելացումը համակարգին մեծացնում է ընդհանուր գոլորշիների ճնշումը։ Հավասարակշռված երկուական համակարգում գոլորշին հարստացված է հեղուկի համեմատ ցածր եռացող բաղադրիչով:
Կոնովալովի երկրորդ օրենքը Եռման գծապատկերում ծայրահեղությունները համապատասխանում են լուծույթի և հագեցած գոլորշիների այնպիսի հավասարակշռությանը, որում երկու փուլերի բաղադրությունը նույնն է: Ազեոտրոպ լուծույթները լուծույթներ են, որոնք բաղադրիչների որոշակի հարաբերակցությամբ ունեն նույն գոլորշիների բաղադրությունը: որպես հեղուկ բաղադրություն (այսինքն՝ խառնուրդն իրեն մաքուր նյութի նման է պահում):

Բնութագրական հատկություն Անալիտիկ քիմիան հետաքրքրված է համակարգում փոխկապակցվածությամբ. քիմիական բաղադրություն - բնորոշ հատկություններ, որպեսզի ստեղծի քիմիական անալիզի մեթոդներ՝ հիմնվելով վերջիններիս դրսևորման հայտնաբերված պայմանների և անալիտիկ ազդանշանի մեծության ֆունկցիոնալ կախվածության վրա: որոշվող նյութերի (անալիտների) կոնցենտրացիաները կամ բացարձակ քանակությունները՝ A = f (C): Անալիտիկ քիմիան, հիմնվելով նյութերի կողմից բնորոշ հատկությունների դրսևորման օրինաչափությունների ուսումնասիրության արդյունքների վրա, ձգտում է չափելի դարձնել նյութական աշխարհի ցանկացած առարկայի քիմիական բաղադրությունը, որը մենք ներկայումս չենք կարող չափել:

Սլայդ 3

Էլեկտրոլիտային լուծույթի ընդհանուր հասկացությունները E 1 E 2 Եկեք ընդհանուր առմամբ դիտարկենք էլեկտրաքիմիական շղթան: Այս դեպքում էլեկտրոդը հասկացվում է որպես համակարգ, որը բաղկացած է երկու կամ ավելի իոնային և էլեկտրոն հաղորդիչ փուլերից, որոնց սահմաններում տեղի է ունենում անցում էլեկտրոնայինից իոնային հաղորդունակության կամ հակառակը: Տեխնիկական իմաստով էլեկտրոդը հաճախ հասկացվում է միայն որպես այս համակարգի էլեկտրոն հաղորդիչ մաս:

Սլայդ 4. Էլեկտրաքիմիական շղթան բաղկացած է երկու էլեկտրոդներից, որոնք ընկղմված են էլեկտրոլիտի լուծույթի մեջ: Յուրաքանչյուր էլեկտրոդ այս պայմաններում բնութագրվում է էլեկտրոդի ներուժի որոշակի արժեքով, որը էլեկտրոդի և դրա հետ շփվող էլեկտրոլիտի լուծույթի միջև պոտենցիալ տարբերությունն է: Սա առաջացնում է վերլուծական նպատակներով էլեկտրաքիմիական պրոցեսների օգտագործման առաջին ուղղությունը՝ էլեկտրոլիտի բաղադրությունից կախված հավասարակշռության էլեկտրոդների պոտենցիալների փոփոխությունների օրինաչափությունների հաստատում: E = f (Ci)

Ընդհանուր հասկացություններ Էլեկտրաքիմիական շղթան բաղկացած է երկու էլեկտրոդներից, որոնք ընկղմված են էլեկտրոլիտի լուծույթի մեջ: Յուրաքանչյուր էլեկտրոդ այս պայմաններում բնութագրվում է էլեկտրոդի ներուժի որոշակի արժեքով, որը էլեկտրոդի և դրա հետ շփվող էլեկտրոլիտի լուծույթի միջև պոտենցիալ տարբերությունն է: Սա առաջացնում է վերլուծական նպատակներով էլեկտրաքիմիական պրոցեսների օգտագործման առաջին ուղղությունը՝ էլեկտրոլիտի բաղադրությունից կախված հավասարակշռության էլեկտրոդների պոտենցիալների փոփոխությունների օրինաչափությունների հաստատում: E = f (Ci)

Սլայդ 5

mV սկզբունքը Անալիտիկ ազդանշանը չափելու համար անհրաժեշտ է պարզ էլեկտրական միացում: Արտաքին միացման միակ պարտադիր պայմանը չափիչ սարքի առավելագույն հնարավոր ներքին էլեկտրական դիմադրությունն է: Այս պահանջը պայմանավորված է նրանով, որ մեզ հետաքրքրում է հավասարակշռության էլեկտրոդի ներուժի արժեքը, որը կարող է չափվել միայն միացումում էլեկտրական հոսանքի բացակայության դեպքում, երբ չկան անդառնալի լիցքի փոխանցման գործընթացներ: Սարքի ներքին բարձր դիմադրության շնորհիվ մենք մոտենում ենք այս պայմանի կատարմանը։ Շղթայում ընթացիկ ուժը ձգտում է զրոյի:

Սլայդ 6

mV I=0 mA սկզբունք \/\/\/\/\/\/\/\ Իդեալական դեպքում ավելի ճշգրիտ չափումների համար օգտագործվում է «փոխհատուցման սխեման»՝ այս դեպքում արտաքին հոսանքի օգնությամբ։ աղբյուր, ստեղծվում է հակառակ ուղղորդված emf E k, որը հավասար է էլեկտրոդների պոտենցիալների տարբերությանը, որը փոխհատուցում է էլեկտրոդների միջև ստացված պոտենցիալ տարբերությունը. հավասար է 0-ի:

Սլայդ 7. Վերլուծության մեթոդները, որոնք հիմնված են զրոյական հոսանքի վրա հավասարակշռության էլեկտրոդների պոտենցիալների չափման վրա, կոչվում են հավասարակշռություն կամ պոտենցիոմետրիկ

Սահմանումներ Զրոյական հոսանքի դեպքում հավասարակշռության էլեկտրոդների պոտենցիալների չափման վրա հիմնված վերլուծության մեթոդները կոչվում են հավասարակշռություն կամ պոտենցիոմետրիկ:

Սլայդ 8

Սկզբունք Անալիտիկ տեղեկատվություն ստանալու համար էլեկտրաքիմիական պրոցեսների կիրառման երկրորդ ընդհանուր դեպքը համապատասխանում է այն պայմաններին, երբ արտաքին աղբյուրից էլեկտրական հոսանքն անցնում է էլեկտրաքիմիական շղթայով: mA \/\/\/\/\/\/\/\ mV Այս դեպքում մենք արդեն խոսում ենք ոչ հավասարակշռված գործընթացների և, համապատասխանաբար, ոչ հավասարակշռության մեթոդների մասին։ Ընդհանուր էլեկտրական շղթան կունենա փոխհատուցման սխեմայի նման ձև, բայց այն միակ տարբերությամբ, որ արտաքին EMF  E1-E2 և, համապատասխանաբար, I  0:

Սլայդ 9

10

Սլայդ 10. Մենք կարող ենք իրականացնել էլեկտրոդներից մեկի վրա նյութերի էլեկտրոլիտիկ տարանջատման գործընթացը և չափել արձակված նյութի զանգվածը կամ դրա արձակման վրա ծախսված էլեկտրաէներգիայի քանակը: Ըստ այդմ, հնարավոր են էլեկտրագրավիմետրիայի և կուլոմետրիայի մեթոդներ: Առավելագույն վերլուծական տեղեկատվություն կարելի է ստանալ շղթայում հոսանքի կախվածությունից կիրառվող արտաքին լարումից: Ընդհանուր առմամբ, մեթոդը, որը հիմնված է I = f (E) չափման վրա, կոչվում է վոլտամետրիա, մեթոդ, որն ունի բազմաթիվ տեսակներ:

Սկզբունք Մենք կարող ենք իրականացնել էլեկտրոդներից մեկի վրա նյութերի էլեկտրոլիտիկ տարանջատման գործընթացը և չափել արձակված նյութի զանգվածը կամ դրա արձակման վրա ծախսված էլեկտրաէներգիայի քանակը։ Ըստ այդմ, հնարավոր են էլեկտրագրավիմետրիայի և կուլոմետրիայի մեթոդներ: Առավելագույն վերլուծական տեղեկատվություն կարելի է ստանալ շղթայում հոսանքի կախվածությունից կիրառվող արտաքին լարումից: Ընդհանուր առմամբ, մեթոդը, որը հիմնված է I = f (E) չափման վրա, կոչվում է վոլտամետրիա, մեթոդ, որն ունի բազմաթիվ տեսակներ:

11

Սլայդ 11

Վերլուծության պոտենցիոմետրիկ մեթոդները Պոտենցիոմետրիկ մեթոդները հիմնված են երկու էլեկտրոդների միջև պոտենցիալ տարբերության չափման վրա: Նախ անհրաժեշտ է հստակեցնել, թե որ էլեկտրոդներն են հետաքրքիր վերլուծական տեսանկյունից։ Վերլուծական նպատակներով անհրաժեշտ է, որ էլեկտրոդի պոտենցիալը, հանդես գալով որպես ցուցիչ, որոշակի գործառական կապ ունենա մեկ կամ մի քանի տեսակի իոնների կոնցենտրացիայի հետ՝ E = f (C i): Նման էլեկտրոդը կոչվում է ցուցիչ էլեկտրոդ: Երկրորդ էլեկտրոդը, ընդհակառակը, վերլուծական չափումների պայմաններում պետք է ունենա մշտական ​​պոտենցիալ արժեք, այսինքն. լինել տեղեկատու էլեկտրոդ:

12

Սլայդ 12

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայում Առաջին տեսակի էլեկտրոդները մետաղի համակարգ են՝ ընկղմված այս մետաղի իոններ պարունակող լուծույթի մեջ։ Առաջին տեսակի էլեկտրոդի հավասարակշռության ներուժը հաստատվում է համակարգում հավասարակշռության առկայության դեպքում. /nF) ln a(Me n+), որտեղ R-ը գազի հաստատունն է, Т – ջերմաստիճանը, F – Ֆարադեյի թիվը, a(Me n+) – մետաղական իոնների ակտիվությունը, Eo – ստանդարտ էլեկտրոդի պոտենցիալը, որը համապատասխանում է այն դեպքին, երբ a(Me n+) ) = 1.

13

Սլայդ 13

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայում 1-ին տիպի էլեկտրոդների անալիտիկ օգտագործման խնդիրն այն է, որ մետաղական էլեկտրոդների համար գրեթե անհնար է ապահովել հիմնական պայմանի կատարումը՝ ներուժը որոշող հավասարակշռության հաստատում։ Էլեկտրոդի ներուժի վրա ազդում են բազմաթիվ կողմնակի գործընթացներ, որոնք հաճախ դանդաղ են ժամանակի ընթացքում: Օրինակ՝ մետաղի իոնների լուծողական փոխազդեցությունը լուծույթի կամ լուծույթում առկա այլ նյութերի հետ, ջրային լուծույթների ամենաընդհանուր դեպքում՝ ակվատացիայի և հիդրոլիզի գործընթացները։ Հետևաբար, առաջին տեսակի էլեկտրոդները, որպես կանոն, գրավիչ չեն ոչ որպես ցուցիչ, ոչ էլ տեղեկատու էլեկտրոդներ: Ընդհանուր կանոնից երկու բացառություն կա՝ արծաթե և ջրածնի էլեկտրոդներ:

14

Սլայդ 14

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայում Ամենակարևոր բացառությունը ջրածնի էլեկտրոդն է, որի պոտենցիալը ընտրվում է որպես էլեկտրոդի պոտենցիալ սանդղակի հղման կետ: Ջրածնի էլեկտրոդը բարակ պատերով պլատինե խողովակ է, որը դրսից պատված է սպունգանման պլատինեով: Խողովակի ներսում պահպանվում է ջրածնի ճնշում 1,01105 Պա (1 ատմ): Հայտնի է, որ ջրածինը պլատինում ունի բարձր լուծելիություն և դրա միջոցով բարձր դիֆուզիոն գործակիցներ։ Բացի այդ, պլատինը կատալիզատոր է, որը վերացնում է ակտիվացման արգելքը ջրածնի մոլեկուլի ատոմների մեջ տարանջատման և դրանց իոնացման ռեակցիայի ժամանակ՝ H 2 (Pt)  2 H + + 2 e

15

Սլայդ 15

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայում Հետևաբար, նման համակարգը գործում է որպես ջրածնի էլեկտրոդ, որի պոտենցիալը E = E o + (RT/F)lna (H +) է, երբ a(H +) = 1, E o-ն ստանդարտ է: պոտենցիալը, որն ընդունվում է որպես 0 ջրածնի սանդղակի վրա:

16

Սլայդ 16

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայում Երկրորդ տեսակի էլեկտրոդները՝ երկրորդ տեսակի էլեկտրոդները, մետաղի և դրա քիչ լուծվող աղի համակարգ են: Դասական օրինակ է Ag/AgCl արծաթի քլորիդ էլեկտրոդը: Նման էլեկտրոդի ներուժը կախված է համապատասխան անիոնի կոնցենտրացիայից՝ E = E o Ag / Ag + + (RT / F) ln a(Ag +) = E o Ag / Ag + + (RT / F) ln PR: (AgCl) / a( Cl -) = E o Ag / Ag + + (RT / F) ln PR (AgCl) – (RT / F) lna(Cl -) = E o - (RT/F)ln a( Cl -)

17

Սլայդ 17

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայում Վերը նշված հավասարման համաձայն՝ լուծույթում անիոնի հաստատուն կոնցենտրացիայի դեպքում ապահովվում է էլեկտրոդի ներուժի հաստատուն արժեք։ Հետեւաբար, II տիպի էլեկտրոդները առավել գրավիչ են որպես տեղեկատու էլեկտրոդներ: Օրինակ՝ Ag/AgCl կամ Hg/Hg 2 Cl 2, որը տեղադրված է հագեցած KCl լուծույթում: Բայց կան 2-րդ տիպի էլեկտրոդների օգտագործման հայտնի օրինակներ՝ որպես ցուցիչ էլեկտրոդներ՝ քլորիդ իոնների կոնցենտրացիան որոշելու համար։

18

Սլայդ 18

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայում Էլեկտրոդների ամենատարածված տեսակներից երրորդը թաղանթն է: Երբեմն թաղանթային էլեկտրոդների հասկացությունը նույնացվում է իոն-սելեկտիվ էլեկտրոդների հասկացության հետ: Հենց իոն-սելեկտիվ անվանումը հուշում է, որ մենք մոտենում ենք անալիտիկ քիմիայի համար ամենահետաքրքիր էլեկտրոդների տեսակին:

19

Սլայդ 19

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայում Մեմբրանի էլեկտրոդների շահագործման սկզբունքները հասկանալու համար դիտարկենք էլեկտրաքիմիական սխեմայի ընդհանուր պոտենցիալ տարբերության ձևավորման ընդհանուր սկզբունքները, որոնք հավաքված են համարժեք թաղանթային էլեկտրոդի նախագծման համաձայն: Էլեկտրոդակտիվ նյութից պատրաստված թաղանթ Reference էլեկտրոդներ mV 1 2 Մեմբրանային էլեկտրոդ

20

Սլայդ 20

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայի 1-ին և 2-րդ պալատներում պարունակում են պոտենցիալ որոշող իոնների տարբեր ակտիվությամբ լուծույթներ: Էլեկտրոդաակտիվ նյութը իոնային հաղորդունակություն ունեցող նյութ է, որի միջերեսում պոտենցիալ որոշող իոնների լուծույթով տեղի է ունենում պոտենցիալ թռիչք, որը ֆունկցիոնալորեն կապված է ակտիվության և, հետևաբար, պոտենցիալ որոշող իոնների կոնցենտրացիայի հետ. M1 = f (a i) Ստացված պոտենցիալի մեծությունը կապված է նույն Nernst կախվածությամբ պոտենցիալ որոշող իոնների ակտիվության հետ. E M1 = Eo + (RT/nF)lna i (1)

21

Սլայդ 21

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայում Իոնային հաղորդունակության պահանջը մեմբրանի էլեկտրոդի աշխատանքի նախապայմանն է: Եթե ​​նյութը դիէլեկտրիկ է, մենք պարզապես չենք կարող չափել նման բջիջի պոտենցիալ տարբերությունը: Եթե ​​նյութն ունի էլեկտրոնային հաղորդունակություն, դա կհանգեցնի անվերարտադրելի պոտենցիալ թռիչքների էլեկտրոնայինից իոնային հաղորդունակության անցման ժամանակ: Նմանատիպ E բջիջի ընդհանուր պոտենցիալ տարբերությունը = E E.S.1 – E M 1 + E M 2 – E E.S.2 (2)

22

Սլայդ 22

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայում Եթե բջջի 2-րդ խցիկում լուծույթի բաղադրությունը ֆիքսված է, և առաջին խցիկում տեղադրում ենք պոտենցիալ որոշող իոնների փոփոխական կոնցենտրացիայով լուծույթներ, ապա E բջիջների համար տրված հավասարման մեջ միակ փոփոխականը. արժեքը կլինի E M 1: Փոխարինելով E-ը (2) M 1-ի (1) հավասարությունից, մենք ստանում ենք հետևյալ արտահայտությունը. E բջիջ = (E E.S.1 + E M2 – E E.S.2 - E o M1) – (RT / nF): ) lna i = const – (RT / nF) lna i Այստեղ const-ը հաստատուն բաղադրիչների ընդհանուր արժեքն է:

23

Սլայդ 23

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայում Հայտնի գործունեությամբ մի քանի լուծույթներ պատրաստելուց հետո, իսկ i-նյութի կոնցենտրացիաներով նոսր լուծույթների դեպքում կարելի է կառուցել տրամաչափման գրաֆիկ: Բջջ lna i Օգտագործելով այս տրամաչափման գրաֆիկը, դուք կարող եք որոշել i-րդ նյութի կոնցենտրացիան լուծույթում:

24

Սլայդ 24

Էլեկտրոդների տեսակները պոտենցիոմետրիայում Դիտարկվող բջիջը կարելի է բաժանել երկու կեսի թաղանթի սահմանի երկայնքով լուծույթի 1-ին մասում: Դրա աջ մասը, որը ներառում է տեղեկատու էլեկտրոդ, պոտենցիալ որոշող նյութի մշտական ​​կոնցենտրացիայով լուծույթ և պատրաստված թաղանթ: էլեկտրոդաակտիվ նյութից, կոչվում է թաղանթային էլեկտրոդ: Eme = const – (RT/nF)ln ai = const – (0,059/n)lg ai Իոն-սելեկտիվ էլեկտրոդների հիմնական բնութագրերն են՝ էլեկտրոդի ֆունկցիայի գծայնության տարածքը (տիրույթը), ընտրողականությունը, արձագանքման ժամանակը։

25

Սլայդ 25

Էլեկտրոդի ֆունկցիան Հաշվի առնելով, որ իոնային ընտրողական էլեկտրոդները սովորաբար օգտագործվում են նոսր լուծույթներում իոնների կոնցենտրացիան որոշելու համար, էլեկտրոդի ֆունկցիան կառուցված է E-lgCi կոորդինատներում, այլ ոչ թե lgai: logCi-ի փոխարեն հաճախ օգտագործվում է p i = - logCi արժեքը: E p i 5 4 3 2 1 Գծայինության տիրույթ Էլեկտրոդի ֆունկցիան, որը նաև տրամաչափման գրաֆիկ է, էլեկտրոդի աշխատանքային տիրույթում ուղիղ գծի տեսք ունի և թեքվում է տիրույթի եզրերին:

26

Սլայդ 26

Էլեկտրոդի ֆունկցիա Ցածր կոնցենտրացիաների շրջանում էլեկտրոդի ֆունկցիայի գծայինությունից շեղումը առավել հաճախ կապված է մեմբրանի էլեկտրոդաակտիվ նյութի լուծարման հետ, որի արդյունքում պոտենցիալ որոշող իոնի կոնցենտրացիա է առաջանում մեմբրանում։ լուծույթի շերտը թաղանթին կից՝ չափվածին համաչափ։ Քանի որ լուծույթում համապատասխան իոնների կոնցենտրացիան նվազում է, մեմբրանի տարրալուծման ազդեցությունը դառնում է ավելի նկատելի, և էլեկտրոդի ներուժը հասնում է պոտենցիալ որոշող իոնների այս կոնցենտրացիան համապատասխան արժեքի: Տրված էլեկտրոդի ֆունկցիան համապատասխանում է քլորիդ ընտրող էլեկտրոդին՝ AgCl-ի վրա հիմնված թաղանթով: Ինչպես հայտնի է, PR AgCl = 1.8: 10 –10.

27

Սլայդ 27

Միջամտող ազդեցությունները Մեմբրանի տարրալուծման արտադրանքի խանգարող ազդեցությունը բնականաբար սկսում է դրսևորվել կոնցենտրացիայի տիրույթում 10 -5-ից մինչև 10 -4 մոլ/լ: Բարձր կոնցենտրացիաների շրջանում էլեկտրոդի ֆունկցիայի գծայինությունից շեղման հիմնական պատճառը իոնների կոնցենտրացիայի և ակտիվության զգալի անհամապատասխանությունն է։ Բայց կարող են առաջանալ նաև ավելի բարդ գործընթացներ։ Օրինակ, քլորիդ-սելեկտիվ էլեկտրոդների համար - AgCl-ի լուծելիության ավելացում կենտրոնացված քլորիդ լուծույթներում լուծելի քլորիդային համալիրների ձևավորման պատճառով:

28

Սլայդ 28

Ընտրողականություն ISE-ի ընտրողականությունը բնութագրվում է իոնների նկատմամբ ընտրողականության գործակիցներով, որոնք կարող են ազդել հավասարակշռության էլեկտրոդի ներուժի արժեքի վրա: Ընտրողականության գործակիցը հավասար է պոտենցիալ որոշող և խանգարող իոնների կոնցենտրացիաների հարաբերակցությանը, որոնք համապատասխանում են էլեկտրոդի ներուժի նույն արժեքին. K i / j = C i / C j պայմանով E i = E j, որտեղ E i-ը էլեկտրոդի պոտենցիալի արժեքն է էլեկտրոդի ֆունկցիայի գծայինության շրջանում՝ պոտենցիալ որոշող իոնի C i կոնցենտրացիայում; E j-ը էլեկտրոդի ներուժի արժեքն է, որը որոշվում է C j կոնցենտրացիայի հետ խանգարող իոնի առկայությամբ:

29

Սլայդ 29

Ընտրողականություն p i E -lgC i 5 4 3 2 1 E j at C j A Cj = const Ci - փոփոխական Ki/j = Ci/Cj Ki / j-ի սահմանումը գրաֆիկորեն: Պատրաստվում է լուծույթների շարք՝ միջամտող իոնի C j մշտական ​​կոնցենտրացիայով և պոտենցիալ որոշող իոնի փոփոխական կոնցենտրացիայով։ Քանի որ C i-ն նվազում է, խանգարող նյութի առկայությունը սկսում է ավելի ու ավելի ազդել իր վրա: Եթե ​​չափված պոտենցիալ տարբերության արժեքը հասնում է բարձրության, դա ցույց է տալիս, որ էլեկտրոդը դադարել է զգալ i-իոնները:

30

Սլայդ 30

E = f (p i) և E հատման կետի աբսցիսայի ընտրողականությունը C j-ում համապատասխանում է p i = - logC i: Այստեղից մենք գտնում ենք C i և ընտրողականության գործակցի համապատասխան արժեքը Ki / j = C i / C j, քանի որ Cj-ի արժեքը հայտնի է փորձարարական պայմաններից: Եթե ​​Ki/j< 1, то электрод более селективен к i -ионам и наоборот, при Ki / j >1 էլեկտրոդն ավելի ուժեղ է արձագանքում միջամտող իոնի առկայությանը: Օրինակ՝ բրոմիդների և յոդիդների առկայությունը քլորիդների որոշման ժամանակ՝ օգտագործելով քլորիդ ընտրող էլեկտրոդ:

31

Սլայդ 31

Ընտրողականություն Մի քանի միջամտող իոնների ընդհանուր ազդեցությունը հաշվի է առնվում Բ.Պ.Նիկոլսկու առաջարկած հավասարմամբ. թաղանթի և լուծույթի միջև:

32

Սլայդ 32

Ընտրողականություն Նվազեցված ընտրողականություն, այսինքն. Օտար իոնների միջամտող ազդեցության դրսևորումը միշտ չէ, որ կապված է մեմբրանի մակերեսի և լուծույթի միջև իոնափոխանակման գործընթացների հետ, ինչպես հալոգենիկ իոնների փոխադարձ ազդեցության դեպքում: Շատ հաճախ պոտենցիալ որոշող իոնի իոնային հավասարակշռության վրա ազդում են լուծույթում բարդ ձևավորման գործընթացները: Օրինակ, ֆտոր-սելեկտիվ էլեկտրոդի իոնային ֆունկցիայի վրա մեծ ազդեցություն ունի Fe(III) և Al(III) իոնների առկայությունը, որոնք ֆտորիդ իոնների հետ ուժեղ կոմպլեքսներ են կազմում։ Էլեկտրոդների էլեկտրոդների գործառույթների վրա, որոնք ընտրովի են կրկնակի լիցքավորված կատիոնների համար Cu II, Cd II, Pb II և այլն: ցանկացած իոն, որն ընդունակ է դրանց հետ բարդ ձևավորել, ազդեցություն է ունենում։

33

Սլայդ 33

Արձագանքման ժամանակը Երրորդ ամենակարևոր բնութագիրը իոն-սելեկտիվ էլեկտրոդի արձագանքման ժամանակն է, որը բնութագրում է այն ժամանակը, որը պահանջվում է էլեկտրոդի համար կոնցենտրացիայի կտրուկ փոփոխությունից հետո կայուն պոտենցիալ արժեքի հասնելու համար: t off-ի արժեքը կախված է ինչպես էլեկտրոդների անհատական ​​բնութագրերից, այնպես էլ չափման պայմաններից: Որքան մեծ է համակենտրոնացման թռիչքը, այնքան երկար է արձագանքման ժամանակը:

34

Սլայդ 34

Արձագանքման ժամանակը Ցածր կոնցենտրացիաներից ավելի բարձր կոնցենտրացիաներից անցնելիս, որպես կանոն, արձագանքման ժամանակն ավելի կարճ է, քան հակառակ անցման ժամանակ. t off1< t откл4 ; t откл2 < t откл3 t откл1 t откл2 t откл3 t откл4 С 1 С 2 С 3 С 2 С 1 t Поэтому для характеристики электродов всегда необходимо указывать, какому концентрационному скачку соответствует то или иное значение времени отклика. Без этого сравнение электродов некорректно.

35

Սլայդ 35

Էլեկտրոդային թաղանթային նյութեր ISE-ների հիմնական անալիտիկ բնութագրերը հիմնականում որոշվում են այն նյութերի հատկություններով, որոնցից պատրաստված են թաղանթները: Կախված էլեկտրոդ-ակտիվ նյութերի ֆազային վիճակից՝ իոն-սելեկտիվ էլեկտրոդներում օգտագործվող թաղանթների երեք հիմնական տեսակ կա՝ բյուրեղային, ապակի և հեղուկ: Էլեկտրոդային թաղանթների առաջին և դեռևս կարևորագույն տեսակը ապակե էլեկտրոդներն են, որոնց թաղանթները պատրաստված են սիլիկատային ակնոցներից։ Բոլոր սիլիկատային ակնոցները կարելի է համարել պոլիմերային սիլիցիումային թթուների աղեր։ Նրանք ունեն յուրահատուկ ընտրողականություն հիդրոնիումի իոնների նկատմամբ։ Ոչ մի այլ էլեկտրոդ չունի էլեկտրոդի ֆունկցիայի գծայինության տիրույթ, որը նույնիսկ մոտ է լայնությամբ. ջրածնի իոնների ակտիվության փոփոխությունների գրեթե 14 կարգ:

36

Սլայդ 36

Էլեկտրոդային թաղանթների նյութերը Ժամանակակից անալիտիկ քիմիան նույնիսկ դժվար է պատկերացնել առանց pH չափման՝ օգտագործելով ապակե էլեկտրոդներ: Ձևափոխելով ապակու բաղադրությունը՝ հնարավոր եղավ լուծել նատրիումի իոնների համար ընտրովի էլեկտրոդների ստեղծման խնդիրները։ Էլեկտրոդի ֆունկցիայի գծայինության և ընտրողականության տիրույթի առումով դրանք զգալիորեն զիջում են pH էլեկտրոդներին և միշտ ավելի ընտրողական են ջրածնի իոնների նկատմամբ՝ համեմատած պոտենցիալ որոշող նատրիումի իոնների հետ։ Ապակե էլեկտրոդների հիմնական մարտահրավերը բարձր իոնային հաղորդունակությամբ ակնոցների ստեղծումն է: Միաժամանակ շարունակվում են այլ իոնների նկատմամբ ընտրովի ապակե կոմպոզիցիաների որոնումը։ Գտնվել են մի շարք օրիգինալ լուծումներ, մասնավորապես, օգտագործելով քալկոգենիդային ակնոցներ որպես էլեկտրոդ-ակտիվ նյութեր։

37

Սլայդ 37

Էլեկտրոդային թաղանթների նյութերը Բյուրեղային թաղանթները բաժանվում են միաբյուրեղների և բազմաբյուրեղների, իսկ վերջիններս, իրենց հերթին, միատարր և տարասեռների։ Նույն քիմիական բաղադրությամբ, բյուրեղային էլեկտրոդների մոդիֆիկացիաների միջև եղած տարբերությունները դրսևորվում են, առաջին հերթին, էլեկտրոդների այնպիսի վերլուծական բնութագրով, ինչպիսին է արձագանքման ժամանակը: Երբեմն պոտենցիալ որոշող իոնի կոնցենտրացիայի տարբերությունները, որոնք համապատասխանում են թաղանթային նյութի տարբեր լուծելիության հետ կապված էլեկտրոդի ֆունկցիայի գծայինության շրջանի ստորին սահմանին, կարող են փոքր չափով հայտնվել: միաբյուրեղային թաղանթները միշտ ավելի քիչ լուծելի են, քան բազմաբյուրեղային թաղանթները: Այս դասի թաղանթային նյութերի ընտրության հնարավորությունները բավականին սահմանափակ են և հիմնականում սպառված: Հալիդային իոնների իոնոմետրիկ որոշման համար գտնվել են բյուրեղային թաղանթների օգտագործմամբ ամենահաջող լուծումները՝ F-, Cl-, Br-, I- և S 2-:

38

Սլայդ 38

Էլեկտրոդային թաղանթային նյութեր Երրորդ տեսակի թաղանթը հեղուկ է կամ պլաստիկացված։ Քանի որ որպես թաղանթ ազատ հեղուկի շերտով չափիչ բջիջ ստեղծելը բավականին դժվար է, այս հեղուկում ուռչող պոլիմերից պատրաստված ենթաշերտը սովորաբար ներծծվում է հեղուկ էլեկտրաակտիվ նյութով: Այստեղից էլ անվանումը՝ պլաստիկացված թաղանթներ։ Այս տեսակի թաղանթները զգալիորեն ավելի քիչ հարմար են գործնական օգտագործման համար: Հեղուկները, օրինակ, հակված են գոլորշիացման: Հետևաբար, պլաստիկացված թաղանթների կյանքի տևողությունը զգալիորեն փոքր է, քան պինդ թաղանթներինը: Բայց կա մեկ կարևոր առավելություն՝ ընտրողականության և իոնային հաղորդունակության չափանիշներին համապատասխանող նյութերի ընտրության զգալիորեն ավելի մեծ թվով տարբերակներ: Մասնավորապես, պլաստիկացված թաղանթների հիման վրա լուծվում են այնպիսի հրատապ խնդիրներ, ինչպիսիք են նիտրատների, ամոնիումի, կալիումի և կալցիումի իոնների որոշումը։

39

Սլայդ 39

Խնդրի վիճակը Իոնոմետրիայի, ինչպես նաև վերլուծական մեթոդների մեծ մասի զարգացման շատ կարևոր գործոն է տեխնոլոգիական և տեխնիկական լուծումների մակարդակը: Մինչ օրս մշակվել են ISE-ի բազմաթիվ նմուշներ, որոնք նախատեսված են սովորական սովորական վերլուծության սխեմաներում դրանց օգտագործման և կոնկրետ վերլուծական խնդիրների լուծման համար, ինչպիսիք են հոսքի վերլուծությունը և կենսաբանական օբյեկտների վերլուծությունը, ներառյալ կենդանի օրգանիզմների կենսաբանական հեղուկներում անմիջապես չափումները: Դիզայնի փոփոխությունը և մանրանկարչությունը չեն ազդում մեթոդի ընդհանուր սկզբունքների վրա: Որոշ տերմինաբանական խնդիրներ են առաջացել։

40

Սլայդ 40

Տերմիններ Վերջին երեք տասնամյակները բնութագրվում են վերլուծաբանների առօրյա կյանքում նոր տերմինի ի հայտ գալով՝ քիմիական սենսորներ։ Քիմիական սենսորը ես կսահմանեի որպես վերլուծված միջավայրի քիմիական կազմի փոփոխության մասին տեղեկատվության փոխարկիչ էլեկտրական ազդանշանի: Այս տերմինի ընդհանուր ընդունված մեկնաբանություն չկա: Մոտավոր նշանակությունը հեղուկ և գազային միջավայրում քիմիական նյութերի կոնցենտրացիան ուղղակիորեն չափելու մանրանկարիչ միջոց է։ Չափման սկզբունքները կարող են լինել ցանկացած. ISE-ն լավ տեղավորվում է այս տերմինի իմաստային բովանդակության մեջ: Հետեւաբար, վերջին տարիներին միտում է նկատվում ISE-ները դիտարկելու որպես քիմիական տվիչների տարբերակներից մեկը: Նոր տերմինով բովանդակությունը չի փոխվել։

41

Սլայդ 41

Կիրառելիության պայմանները Քիմիական վերլուծության մեջ իոնոմետրիայի դերի գնահատումը շատ երկիմաստ է: Սիրողականները սովորաբար չափազանցնում են մեթոդի հնարավորությունները, մինչդեռ գործող վերլուծաբանները թերագնահատում են այն: Օբյեկտիվորեն կարելի է պնդել, որ իոնոմետրիան իդեալական մեթոդ է վերահսկվող միջավայրի հոսքում շարունակական վերլուծության համար, երբ անհրաժեշտ է վերահսկել a priori հայտնի անալիտի կոնցենտրացիայի փոփոխությունները: Սա կարող է լինել շրջակա միջավայրի մոնիտորինգ կամ տեխնոլոգիական գործընթացների շարունակական մոնիտորինգ: Իրական ժամանակից որոշակի ուշացումով մենք տեղեկատվություն ենք ստանում վերլուծության օբյեկտում որոշակի բաղադրիչի կոնցենտրացիայի փոփոխության մասին: Լաբորատոր պրակտիկայում pH-metry մեթոդը անվերապահորեն ընդունված է:

42

Սլայդ 42

Կիրառելիության պայմաններ Մեթոդը լայնորեն կիրառվում է նաև առանձին անիոնների որոշման համար՝ F -, Cl -, Br -, I -, S 2-: Իրավիճակն ավելի բարդ է ծանր մետաղների իոնների որոշման հետ կապված։ Ցանկացած ISE-ի պոտենցիալը լուծույթում պոտենցիալ որոշող իոնների կոնցենտրացիայի ֆունկցիա է: Հետևաբար, ցանկացած քիմիական գործընթաց, որը հանգեցնում է իոնային հավասարակշռության փոփոխության, կազդի անալիտիկ ազդանշանի մեծության վրա: Միայն իդեալական պայմաններում (թթվային լուծույթ, բարդացնող նյութերի բացակայություն) լուծույթում առկա են ծանր մետաղներ համապատասխան կատիոնների տեսքով՝ Cu 2+, Cd 2+, Pb 2+ և այլն։ Իրական ջրային միջավայրերում, ինչպիսիք են բնական և կեղտաջրերը, տեղի են ունենում հիդրոլիզի և անօրգանական և օրգանական լիգանդների հետ բարդույթների առաջացման գործընթացներ:

44

Սլայդ 44

Տիտրացիա Թթու-բազային տիտրման ժամանակ որպես ցուցիչ սովորաբար օգտագործվում է ապակե pH էլեկտրոդ: Առավելություն ուղղակի պոտենցիոմետրիայի նկատմամբ. H + իոնների ընդհանուր կոնցենտրացիայի փոխարեն կարող են որոշվել տարանջատման տարբեր հաստատուններով առանձին թթուների կոնցենտրացիաները: pH 10 8 6 4 2 0 Ka=10 -10 Ka=10 -8 Ka=10 -6 Ka=10 -4 Ուժեղ թթու HNO 3 V (NaOH)

45

Սլայդ 45

pH 11 9 7 5 3 0 որոշման մեթոդներ Vt.e. V(NaOH), մլ V(NaOH), մլ Vt.e.  E /  V Սկզբից մոտավորապես գտեք տիտրման ծավալը, որն անհրաժեշտ է ներուժի կտրուկ փոփոխություն դրսևորելու համար (տիտրման թռիչք): Այնուհետև տիտրիչի մի փոքր ավելի փոքր ծավալը ներմուծվում է վերլուծվող լուծույթի թարմ մասի մեջ, այնուհետև կատարվում է ճշգրիտ տիտրում և գրանցվում է պոտենցիալ ցատկում  V յուրաքանչյուր տիտրիչի ավելացման համար  E և ստեղծվում է կախվածությունը. տիտրման կետը

Առանձնահատկությունները տիտրման ժամանակ Redox տիտրման ժամանակ ցուցիչի էլեկտրոդը բավարարված է: Pt (իներտ մետաղական էլեկտրոդ - էլեկտրոնների կրող՝ կրճատված ձևից մինչև օքսիդացված): Տեղումների եղանակով (համեմատաբար հազվադեպ օգտագործվող տարբերակ) օգտագործվում է մետաղական Ag էլեկտրոդ, երբ Cl - իոնները Ag + իոններով տիտրում են:

Վերնագիր՝ Ֆիզիկական քիմիա. Դասախոսության նշումներ.

Այս դասագիրքը նախատեսված է մանկավարժական և տեխնիկական ուղղությունների բարձրագույն ուսումնական հաստատությունների քիմիական ֆակուլտետների ուսանողների համար։ Ուրվագծված են հիմնական հասկացությունները և գործընթացները, որոնք կազմում են ժամանակակից ֆիզիկական քիմիան: Նյութը համապատասխանում է պետական ​​ստանդարտին: Ձեռնարկը խորհուրդ է տրվում օգնել ուսանողներին նախապատրաստվել քննություններին:

Ֆիզիկական քիմիան գիտություն է, որը բացատրում է քիմիական երևույթները և սահմանում դրանց օրենքները՝ հիմնվելով ֆիզիկայի ընդհանուր սկզբունքների վրա։
Ֆիզիկական քիմիայի ընդհանուր խնդիրն է կանխատեսել քիմիական գործընթացի ժամանակի ընթացքը և վերջնական արդյունքը՝ հիմնվելով մոլեկուլների կառուցվածքի և հատկությունների վերաբերյալ տվյալների վրա:
«Ֆիզիկական քիմիա» տերմինն առաջարկել է Մ.Վ.Լոմոնոսովը։ Նա նաև դասավանդել է առաջին դասընթացը՝ հիմնված իր իսկ գրքի՝ «Ներածություն ֆիզիկական քիմիայի» վրա։ 1860 թվականին Ն. Բեկետովը առաջին անգամ ներկայացրեց ֆիզիկական քիմիան որպես հատուկ ակադեմիական առարկա, դասախոսություններ կարդաց Խարկովի համալսարանում և ստեղծեց ֆիզիկական քիմիայի բաժինը: 1887 թվականին Վ. Օստվալդը կազմակերպել է Լայպցիգի համալսարանի ֆիզիկական քիմիայի բաժինը։ Հրատարակում է նաև ֆիզիկական քիմիայի վերաբերյալ առաջին պարբերականը։ Մեկ տարի առաջ Ի.Ա.Կաբլուկովը դասավանդում էր Մոսկվայի համալսարանում։ 19-րդ դարի վերջի դրությամբ։ Սահմանվել են ֆիզիկական քիմիայի երեք հիմնական ճյուղեր՝ քիմիական թերմոդինամիկա, քիմիական կինետիկա և էլեկտրաքիմիա։
Ներկայումս ֆիզիկական քիմիան լիովին զարգացել է որպես գիտություն, ներառյալ քիմիական թերմոդինամիկան (թերմաքիմիա, ֆազային հավասարակշռություն), լրացնելով քիմիական կինետիկան կատալիզով, ինչպես նաև ստեղծել է վերլուծության մի շարք ֆիզիկաքիմիական մեթոդներ:

Բովանդակություն
Ներածություն
ԴԱՍԱԽՈՍՈՒԹՅՈՒՆ թիվ 1. Իդեալական գազ. Իրական գազի վիճակի հավասարումը
1. Մոլեկուլային կինետիկ տեսության տարրեր
2. Իդեալական գազի վիճակի հավասարումը
3. Գազերի կինետիկ տեսություն
4. Իրական գազի վիճակի հավասարումը
Դասախոսություն թիվ 2. Քիմիական թերմոդինամիկա
1. Համակարգերը և դրանց դասակարգումը
2. Ջերմոդինամիկական պարամետրեր. Թերմոդինամիկական ցուցանիշներ. Լարման հավասարակշռություն
3. Ջերմոդինամիկայի առաջին օրենքը. Կալորիականության գործակիցները. CP և CV գործառույթների փոխհարաբերությունները
4. Իզոպրոցեսները թերմոդինամիկայի մեջ. Հելմհոլցի էներգիա
5. Գործընթացներ. Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը
6. Կարնո ցիկլը
7. Մշտական ​​շարժման անհնարինություն
Դասախոսություն թիվ 3. Լուծումներ
1. Լուծումների ընդհանուր բնութագրերը
2. Համակենտրոնացում և դրա արտահայտման ձևեր
3. Գազերի լուծելիությունը հեղուկներում
4. Ոչ էլեկտրոլիտների լուծույթներ. Ռաուլի օրենքը և դրա հետևանքները
5. Օսմոզ
6. Fugacity
7. Հենրիի օրենքը
Դասախոսություն թիվ 4. Կատալիզ
1. Կատալիզացման երեւույթի հայտնաբերման պատմություն
2. Կատալիտիկ փոխազդեցության մեխանիզմ. Կատալիզատորների տեսակները
Դասախոսություն թիվ 5. Քիմիական հավասարակշռություն
1. Քիմիական հավասարակշռության հասկացությունը. Զանգվածային գործողության օրենքը
2. Քիմիական ռեակցիայի իզոթերմային հավասարումը
3. Քիմիական ռեակցիայի իզոխորների, իզոբարների հավասարումներ
4. KP-ի հաշվարկ (Տեմկին-Շվարցմանի մեթոդ)
5. Քիմիական հավասարակշռության հավասարակշռության բաղադրության հաշվարկ
Դասախոսություն թիվ 6. Քիմիական կինետիկա
1. Քիմիական կինետիկայի հայեցակարգը
2. Քիմիական ռեակցիայի արագության վրա ազդող գործոններ
Դասախոսություն թիվ 7. Մետաղների կոռոզիա
1. Հիմնական հասկացություններ և տերմինաբանություն
2. Մետաղների կորոզիայի պրոցեսների դասակարգում
3. Կոռոզիայից վնասի տեսակները
4. Կոռոզիայից պաշտպանության մեթոդներ
Դասախոսություն թիվ 8. Ֆիզիկաքիմիական անալիզ
1. Ֆիզիկական և քիմիական անալիզի էությունը
2. Մեկ բաղադրիչ համակարգեր
3. Համաձուլվածքների բաղադրության վերլուծության ֆիզիկաքիմիական մեթոդներ
Դասախոսություն թիվ 9. Ջերմաքիմիա
1. Ջերմաքիմիայի հայեցակարգը
2. Հեսսի օրենքը
3. Կիրխհոֆի օրենքը. Կիրխհոֆի հավասարումների ամբողջական ձևը
Դասախոսություն թիվ 10. Գալվանական բջիջներ
1. Գալվանական բջիջի հայեցակարգը
2. Քիմիական հոսանքի աղբյուրներ
3. ՀԻՏ-ների վերածնում և հեռացում
Դասախոսություն թիվ 11. Էլեկտրաքիմիա
1. Էլեկտրաքիմիայի հայեցակարգը
2. Էլեկտրոդային գործընթացներ
3. Կաթոդային և անոդային պրոցեսները էլեկտրապատման մեջ
4. Ջերմոդինամիկական և կիրառական էլեկտրաքիմիայի զարգացման ժամանակակից ուղղությունները
Դասախոսություն թիվ 12. Տեսական էլեկտրաքիմիա
1. Ասոցիացիաներ էլեկտրոլիտային լուծույթներում: Ուժեղ էլեկտրոլիտների տեսության հայեցակարգ. Գործունեություն
2. Էլեկտրոլիտային լուծույթների թերմոդինամիկա. Դիզելային էլեկտրակայանների տեսակները
3. Էլեկտրոլիտային լուծույթների թերմոդինամիկական հատկությունների նկարագրության ժամանակակից մոտեցումներ
4. Էլեկտրոլիտային լուծույթներում իոնների թերմոդինամիկական բնութագրերը
5. Ոչ հավասարակշռության երեւույթները իոնային համակարգում
6. Հավասարակշռություն հեղուկ-հեղուկ համակարգում
7. ԴԵՍ-ի հայեցակարգ: Մոդել գաղափարներ DEL-ի կառուցվածքի մասին միջերեսում
8. Առաջին և երկրորդ տեսակի դիրիժորներ
9. Տեղեկատվական էլեկտրոդներ
Դասախոսություն թիվ 13. Էլեկտրաքիմիական կինետիկա
1. Հիմնական կինետիկ բնութագրերը և դրանց հաշվարկների մեթոդները
2. Էլեկտրաքիմիական կինետիկայի հավասարումներ, դրանց կիրառելիության սահմաններ
3. Մետաղների և համաձուլվածքների էլեկտրադեպավորման կինետիկ առանձնահատկությունները
4. Լուծողի բնույթի ազդեցությունը էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների արագության վրա
5. Էլեկտրոսմոզ
6. Էլեկտրակապիլյար կորեր
7. Էլեկտրաքիմիական գերլարում (լիցքի փոխանցման գերլարում)
8. Ջրածնի գերլարման վրա ազդող գործոններ. Թթվածնի գերլարում
Դասախոսություն թիվ 14. Տեսական և կիրառական էլեկտրաքիմիայի կիրառում
1. Կիրառական էլեկտրաքիմիա
2. Ածխածնի էլեկտրաքիմիա
3. Կենսաէլեկտրաքիմիա
4. Ստոխաստիկ գործընթացներ և ինքնակազմակերպվող համակարգեր
5. Բարդ բաղադրության օքսիդներում բարձր ջերմաստիճանային գերհաղորդականության երեւույթի ուսումնասիրություն
6. Էլեկտրաքիմիական գործընթացների մոդելավորում
7. Գալվանոստատիկ կորերի մեթոդ
Դասախոսություն թիվ 15. Թերմոդինամիկայի երրորդ օրենքը

Ներբեռնեք էլեկտրոնային գիրքը անվճար հարմար ձևաչափով, դիտեք և կարդացեք.
Ներբեռնեք Ֆիզիկական քիմիա գիրքը. Դասախոսության նշումներ. Բերեզովչուկ Ա.Վ. 2009 - fileskachat.com, արագ և անվճար ներբեռնում:

D. x. n. , պրոֆեսոր, Ռուսաստանի անվան քիմիական տեխնիկական համալսարանի ֆիզիկական քիմիայի ամբիոնի վարիչ։ D. I. Մենդելեև Կոնյուխով Վալերի Յուրիևիչ volkon_1@mail. ru vkontakte. ru

Գրականություն Վիշնյակով Ա.Վ., Կիզիմ Ն.Ֆ. Ֆիզիկական քիմիա. Մ.: Քիմիա, 2012 Ֆիզիկական քիմիա//Խմբ. K. S. Կրասնովա. M.: Բարձրագույն դպրոց, 2001 Stromberg A. G., Semchenko D. P. Ֆիզիկական քիմիա: Մ.: Բարձրագույն դպրոց, 1999. Ֆիզիկական քիմիայի հիմունքներ: Տեսություն և առաջադրանքներ՝ Պրոց. Ձեռնարկ համալսարանների համար/Վ. V. Eremin et al. M.: 2005 թ.

Գրականություն Atkins P. Physical chemistry. Մ.: Միր. 1980. Կարապետյանց Մ. Խ. Քիմիական թերմոդինամիկա. Մ.: Քիմիա, 1975:

ԼՈՄՈՆՈՍՈՎ Միխայիլ Վասիլևիչ (1711-65), համաշխարհային նշանակության առաջին ռուս բնագետ, բանաստեղծ, ով դրել է ժամանակակից ռուս գրական լեզվի հիմքերը, նկարիչ, պատմաբան, հայրենական կրթության, գիտության և տնտեսագիտության զարգացման ջատագով։ նոյեմբերի 8-ին (19) Դենիսովկա գյուղում (այժմ՝ Լոմոնոսովո գյուղ) Պոմորի ընտանիքում։ 19 տարեկանում գնացել է սովորելու (1731-ից՝ Մոսկվայի սլավոն-հունա-լատինական ակադեմիայում, 1735-ից՝ Պետերբուրգի ակադեմիական համալսարանում, 1736-41-ին՝ Գերմանիայում)։ 1742-ից հարակից, 1745-ից Պետերբուրգի ԳԱ ակադեմիկոս.

1748 թվականին Գիտությունների ակադեմիայում հիմնադրել է Ռուսաստանում առաջին քիմիական լաբորատորիան։ Լոմոնոսովի նախաձեռնությամբ հիմնադրվել է Մոսկվայի համալսարանը (1755)։ Նա մշակել է ատոմային և մոլեկուլային հասկացություններ նյութի կառուցվածքի մասին։ Կալորիականության տեսության գերակայության ժամանակաշրջանում նա պնդում էր, որ ջերմությունը պայմանավորված է մարմինների շարժմամբ։ Ձևակերպել է նյութի և շարժման պահպանման սկզբունքը։ Բացառված է ֆլոգիստոնը քիմիական նյութերի ցանկից: Դրեց ֆիզիկական քիմիայի հիմքերը:

Հետազոտել է մթնոլորտային էլեկտրաէներգիան և ձգողականությունը: Նա առաջ քաշեց գույնի տեսությունը։ Ստեղծել է մի շարք օպտիկական գործիքներ։ Բացահայտել է Վեներայի մթնոլորտը. Նա նկարագրել է Երկրի կառուցվածքը, բացատրել բազմաթիվ միներալների ու միներալների ծագումը։ Հրատարակել է ձեռնարկ մետալուրգիայի վերաբերյալ։ Նա ընդգծել է Հյուսիսային ծովային ճանապարհի ուսումնասիրման և Սիբիրի զարգացման կարևորությունը։ Նա վերածնեց խճանկարի արվեստը և սեմալտի արտադրությունը և իր ուսանողների հետ ստեղծեց խճանկարային նկարներ։ Արվեստների ակադեմիայի անդամ (1763)։ Թաղված է Սանկտ Պետերբուրգում՝ 18-րդ դարի Նեկրոպոլիսում։

Լոմոնոսովի սահմանումը. «Ֆիզիկական քիմիան գիտություն է, որը ուսումնասիրում է ֆիզիկայի սկզբունքների և փորձերի հիման վրա, թե ինչ է տեղի ունենում բարդ մարմիններում քիմիական գործողությունների ժամանակ… Ֆիզիկական քիմիան կարելի է անվանել քիմիական փիլիսոփայություն»։

Արևմտյան Եվրոպայում ընդհանուր առմամբ ընդունված է, որ 1888 թվականը ֆիզիկական քիմիայի ստեղծման տարին էր, երբ Վ. Օստվալդը սկսեց դասավանդել այս դասընթացը՝ ուղեկցվելով գործնական վարժություններով և սկսեց հրատարակել «Zeitschtift fur physikalische Chemie» ամսագիրը։ Նույն թվականին Վ.Օստվալդի ղեկավարությամբ Լայպցիգի համալսարանում կազմակերպվել է ֆիզիկական քիմիայի ամբիոն։

Ծնվել և երկար ժամանակ ապրել է Ռուսական կայսրությունում, 35 տարեկանում ՌԴ քաղաքացիությունը փոխանակել է Գերմանիայի հետ։ Լայպցիգում նա անցկացրել է իր կյանքի մեծ մասը, որտեղ նրան անվանում էին «ռուս պրոֆեսոր»։ 25 տարեկանում պաշտպանել է դոկտորական ատենախոսություն «Ծավալ-քիմիական և օպտիկա-քիմիական հետազոտություններ» թեմայով։

1887 թվականին նա ընդունեց Լայպցիգ տեղափոխվելու առաջարկը, որտեղ նա հիմնադրեց համալսարանում ֆիզիկաքիմիական ինստիտուտը, որը ղեկավարեց մինչև 1905 թվականը։ 1888 թվականին նա զբաղեցրեց Լայպցիգի համալսարանի ֆիզիկական և անօրգանական քիմիայի շատ հեղինակավոր բաժինը։ Նա այս պաշտոնում աշխատել է 12 տարի։

Վ. Օստվալդի «Լայպցիգի դպրոցից» ​​եկան՝ Նոբելյան մրցանակակիրներ Ս. Արրենիուսը, Ջ. Վան Հոֆը, Վ. Ներնստը, հայտնի ֆիզիկոսներ Գ. Թամմանը և Ֆ. Դոնանը, օրգանական քիմիկոս Ջ. Վիսլիսենսը, հայտնի ամերիկացի քիմիկոս Գ. Ն. Լյուիս. Տարիների ընթացքում Օստվալդի օրոք վերապատրաստվել են ռուս քիմիկոսներ՝ Ի.Ա.Կաբլուկով, Վ.Ա.Կիստյակովսկի, Լ.Վ.Պիսարժևսկի, Ա.Վ.Ռակովսկի, Ն.Ա.Շիլով և ուրիշներ։

Օստվալդի եզակի առանձնահատկություններից մեկն այն էր, որ նա երկար տարիներ ակտիվորեն չճանաչեց ատոմային-մոլեկուլային տեսությունը (չնայած նա առաջարկեց «մոլ» տերմինը): «Քիմիկոսը ոչ մի ատոմ չի տեսնում։ «Նա ուսումնասիրում է միայն պարզ և հասկանալի օրենքներ, որոնք կարգավորում են ռեագենտների զանգվածային և ծավալային հարաբերությունները»:

Վ. Օստվալդին հաջողվել է գրել քիմիայի ծավալուն դասագիրք, որտեղ երբեք չի հիշատակվում «ատոմ» բառը։ 1904 թվականի ապրիլի 19-ին Լոնդոնում ելույթ ունենալով Քիմիական ընկերության անդամներին ուղղված մեծ զեկույցով, Օսթվալդը փորձեց ապացուցել, որ ատոմները գոյություն չունեն, և «այն, ինչ մենք անվանում ենք նյութ, միայն էներգիաների հավաքածու է, որոնք հավաքված են որոշակի վայրում»:

Վ.Օստվալդի պատվին Տարտուի համալսարանի տարածքում տեղադրվել է հուշատախտակ՝ էստոներեն, գերմաներեն և անգլերեն մակագրություններով։

կանխատեսել, թե արդյոք ռեակցիան կարող է ընթանալ ինքնաբուխ. եթե ռեակցիան տեղի է ունենում, ապա որքան խորն է (որոնք են ռեակցիայի արտադրանքի հավասարակշռության կոնցենտրացիաները); Եթե ​​ռեակցիան տեղի է ունենում, ապա ինչ արագությամբ:

1. ՆՅՈՒԹԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԸ Այս բաժնում քվանտային մեխանիկայի հիման վրա (Շրոդինգերի հավասարում) բացատրվում է ատոմների և մոլեկուլների կառուցվածքը (ատոմների և մոլեկուլների էլեկտրոնային ուղեծրեր), պինդ մարմինների բյուրեղային ցանցերը և այլն, և ագրեգատային վիճակները. հարցը դիտարկվում է։

2. ՔԻՄԻԱԿԱՆ ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱ հիմնված թերմոդինամիկայի օրենքների (սկզբունքների) վրա թույլ է տալիս՝ հաշվարկել քիմիական ռեակցիաների և ֆիզիկական և քիմիական պրոցեսների ջերմային ազդեցությունները, կանխատեսել քիմիական ռեակցիաների ուղղությունը, հաշվարկել ռեակտիվների և ռեակցիայի արտադրանքների հավասարակշռության կոնցենտրացիաները:

3. ՓԱԶԱՅԻՆ ՀԱՎԱՍԱՐԱԿՈՒԹՅԱՆ ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱ Ուսումնասիրում է փուլային անցումների օրինաչափությունները միաբաղադրիչ և բազմաբաղադրիչ (լուծույթներ) համակարգերում։ Դրա հիմնական նպատակն է կառուցել այս համակարգերի փուլային հավասարակշռության դիագրամներ:

4. ԷԼԵԿՏՐՈՔԻՄԻԱ Ուսումնասիրում է էլեկտրոլիտային լուծույթների հատկությունները, դրանց վարքագծի առանձնահատկությունները մոլեկուլային լուծույթների համեմատ, ուսումնասիրում է քիմիական ռեակցիաների էներգիայի և էլեկտրական էներգիայի փոխակերպման օրինաչափությունները էլեկտրաքիմիական (գալվանական) բջիջների և էլեկտրոլիզատորների աշխատանքի ընթացքում:

5. ՔԻՄԻԱԿԱՆ ԿԻՆԵՏԻԿԱ ԵՎ ԿԱՏԱԼԻԶԸ Ուսումնասիրում է քիմիական ռեակցիաների օրինաչափությունները ժամանակի ընթացքում, ուսումնասիրում է թերմոդինամիկական պարամետրերի ազդեցությունը (ճնշում, ջերմաստիճան և այլն), կատալիզատորների և ինհիբիտորների առկայությունը ռեակցիաների արագության և մեխանիզմի վրա։

Առանձին գիտություն՝ ԿՈԼՈԻԴՆԵՐԻ ՔԻՄԻԱ, ներառում է ֆիզիկական քիմիայի մի բաժին՝ մակերևութային երևույթների և ցրված համակարգերի ֆիզիկական քիմիա։

Դասական թերմոդինամիկան տեսական ֆիզիկայի ճյուղ է և ուսումնասիրում է էներգիայի և էներգիայի տարբեր տեսակների փոխադարձ փոխակերպումների օրինաչափությունները համակարգերի միջև ջերմության և աշխատանքի տեսքով (տերմո - ջերմություն, դինամո - շարժում):

Թերմոդինամիկան վերացվում է ցանկացած գործընթաց առաջացնող պատճառներից և այն ժամանակից, որի ընթացքում տեղի է ունենում այդ գործընթացը, բայց գործում է միայն ֆիզիկական և քիմիական գործընթացին մասնակցող համակարգի սկզբնական և վերջնական պարամետրերով: Առանձին մոլեկուլների հատկությունները հաշվի չեն առնվում, սակայն օգտագործվում են բազմաթիվ մոլեկուլներից բաղկացած համակարգերի միջինացված բնութագրերը։

Քիմիական թերմոդինամիկայի խնդիրներն են՝ քիմիական ռեակցիաների և ֆիզիկաքիմիական պրոցեսների ջերմային ազդեցությունների չափում և հաշվարկ, ռեակցիաների ուղղության և խորության կանխատեսում, քիմիական և ֆազային հավասարակշռությունների վերլուծություն և այլն։

1. 1. TD-ի հիմնական հասկացությունները և սահմանումները Թերմոդինամիկայի մեջ մեզ հետաքրքրող բոլոր գործընթացները տեղի են ունենում թերմոդինամիկական համակարգերում: Համակարգը մարմին կամ մարմինների խումբ է, որը իրականում կամ մտավոր նույնականացվում է շրջակա միջավայրի դիտորդի կողմից:

Համակարգը շրջապատող աշխարհի մի մասն է, որը հատկապես հետաքրքրում է մեզ: Տիեզերքում մնացած ամեն ինչ միջավայրն է (շրջապատը): Ընդհանրապես ընդունված է, որ միջավայրն այնքան մեծ է (ունի անսահման ծավալ), որ թերմոդինամիկական համակարգի հետ էներգիայի փոխանակումը չի փոխում նրա ջերմաստիճանը։

Կախված շրջակա միջավայրի հետ էներգիայի և նյութի փոխանակման բնույթից, համակարգերը դասակարգվում են. փակ - նրանք կարող են փոխանակել էներգիա, բայց չեն կարող փոխանակել նյութը. բաց - կարող է փոխանակել և՛ նյութը, և՛ էներգիան:

Ֆազերի քանակից ելնելով համակարգերը բաժանվում են. տարասեռ - համակարգը ներառում է մի քանի փուլեր, որոնք առանձնացված են միմյանցից միջերեսներով: Տարասեռ համակարգերի օրինակ է ջրի, կաթի մեջ լողացող սառույցը (ճարպի կաթիլները մի փուլ են, ջրային միջավայրը՝ մեկ այլ փուլ):

Փուլը համակարգի միատարր մասերի հավաքածու է, որոնք ունեն նույն քիմիական և ֆիզիկական հատկությունները և բաժանված են համակարգի այլ մասերից փուլային միջերեսներով: Յուրաքանչյուր փուլ տարասեռ համակարգի միատարր մասն է

Կախված բաղադրիչների քանակից՝ համակարգերը բաժանվում են՝ մեկ, երկու, երեք բաղադրիչ և բազմաբաղադրիչ։ Բաղադրիչները առանձին քիմիական նյութեր են, որոնք կազմում են համակարգ, որը կարող է մեկուսացված լինել համակարգից և գոյություն ունենալ դրանից դուրս:

Ցանկացած թերմոդինամիկական համակարգ կարող է բնութագրվել հսկայական թվով ֆիզիկական և քիմիական հատկություններով, որոնք որոշակի արժեքներ են ստանում՝ ջերմաստիճան, ճնշում, ջերմային հաղորդունակություն, ջերմային հզորություն, բաղադրիչի կոնցենտրացիաներ, դիէլեկտրական հաստատուն և այլն:

Քիմիական թերմոդինամիկան վերաբերում է այն հատկություններին, որոնք կարող են միանշանակ արտահայտվել որպես համակարգում նյութերի ջերմաստիճանի, ճնշման, ծավալի կամ կոնցենտրացիաների ֆունկցիաներ։ Այս հատկությունները կոչվում են թերմոդինամիկական հատկություններ:

Թերմոդինամիկական համակարգի վիճակը համարվում է տրված, եթե նշված են նրա քիմիական բաղադրությունը, փուլային կազմը և անկախ թերմոդինամիկական պարամետրերի արժեքները: Անկախ պարամետրերը ներառում են՝ ճնշում (P), ծավալ (V), ջերմաստիճան (T), նյութի քանակը n մի շարք մոլերի տեսքով կամ կոնցենտրացիաների տեսքով (C): Դրանք կոչվում են վիճակի պարամետրեր:

Համաձայն միավորների ներկայիս համակարգի (SI) հիմնական թերմոդինամիկական պարամետրերը նշված են հետևյալ միավորներով. [m 3] (ծավալ); [Pa] (ճնշում); [մոլ] (n); [K] (ջերմաստիճան): Որպես բացառություն, քիմիական թերմոդինամիկայի մեջ թույլատրվում է օգտագործել ճնշման արտահամակարգային միավոր՝ նորմալ ֆիզիկական մթնոլորտ (atm), որը հավասար է 101,325 կՊա:

Թերմոդինամիկական պարամետրերը և հատկությունները կարող են լինել. Ինտենսիվ - դրանք կախված չեն համակարգի զանգվածից (ծավալից): Սրանք են ջերմաստիճանը, ճնշումը, քիմիական պոտենցիալը և այլն: Ընդարձակ - դրանք կախված են համակարգի զանգվածից (ծավալից): Դրանք են էներգիան, էնտրոպիան, էնթալպիան և այլն: Երբ ձևավորվում է բարդ համակարգ, ինտենսիվ հատկությունները հարթվում են, և ընդարձակ հատկությունները ամփոփվում են:

Ցանկացած փոփոխություն, որը տեղի է ունենում համակարգում և ուղեկցվում է վիճակի առնվազն մեկ թերմոդինամիկական պարամետրի (համակարգի հատկությունների) փոփոխությամբ, կոչվում է թերմոդինամիկական գործընթաց։ Եթե ​​պրոցեսը փոխում է համակարգի քիմիական բաղադրությունը, ապա նման պրոցեսը կոչվում է քիմիական ռեակցիա։

Սովորաբար, գործընթացի ընթացքում մեկ (կամ մի քանի) պարամետր պահպանվում է հաստատուն: Ըստ այդմ, նրանք տարբերակում են՝ իզոթերմային պրոցեսը հաստատուն ջերմաստիճանում (T = const); isobaric գործընթաց - մշտական ​​ճնշման (P = const); isochoric գործընթաց - մշտական ​​ծավալով (V = const); ադիաբատիկ գործընթաց շրջակա միջավայրի հետ ջերմափոխանակության բացակայության դեպքում (Q = 0):

Երբ գործընթացները տեղի են ունենում ոչ մեկուսացված համակարգերում, ջերմությունը կարող է կլանվել կամ ազատվել: Այս հատկանիշի համաձայն պրոցեսները բաժանվում են էկզոտերմային (ջերմությունն ազատվում է) և էնդոթերմային (ջերմությունը ներծծվում է)։

Ընթացքում համակարգը մի հավասարակշռության վիճակից անցնում է մեկ այլ հավասարակշռության վիճակի: Ջերմոդինամիկական հավասարակշռությունը համակարգի վիճակն է, որտեղ ջերմային, մեխանիկական և քիմիական (էլեկտրաքիմիական) հավասարակշռություն է նկատվում շրջակա միջավայրի և համակարգի փուլերի միջև:

Հավասարակշռության վիճակներն են՝ կայուն; մետակայուն. Գործընթացը կոչվում է հավասարակշռություն (քվազի-ստատիկ), եթե այն անսահման դանդաղ է անցնում համակարգի հավասարակշռության վիճակների շարունակական հաջորդականությամբ:

Գործընթացները, որոնք տեղի են ունենում ինքնուրույն և դրանց իրականացման համար արտաքին էներգիա չեն պահանջում, կոչվում են ինքնաբուխ (դրական) գործընթացներ: երբ էներգիան արդյունահանվում է շրջակա միջավայրից՝ գործընթաց իրականացնելու համար, այսինքն՝ աշխատանք է կատարվում համակարգի վրա, այդ գործընթացը կոչվում է ոչ ինքնաբուխ (բացասական):

Պետական ​​ֆունկցիաներ Պետական ​​ֆունկցիաները համակարգի հատկություններն են (ներքին էներգիա U, էնթալպիա H, էնտրոպիա S և այլն), դրանք բնութագրում են համակարգի տվյալ վիճակը։ Գործընթացի ընթացքում դրանց փոփոխությունները կախված չեն դրա ուղուց և որոշվում են միայն համակարգի սկզբնական և վերջնական վիճակներով:

Տրված ֆունկցիայի անվերջ փոքր փոփոխությունը d ընդհանուր դիֆերենցիալն է: U, դ. S և այլն:

Գործընթացի (անցումային) ֆունկցիաներ Գործընթացի գործառույթներ (ջերմություն Q, աշխատանք W) - դրանք համակարգի հատկություններ չեն (դրանք համակարգում չեն), դրանք առաջանում են այն գործընթացի ընթացքում, որին մասնակցում է համակարգը:

Եթե ​​համակարգում ջերմություն և աշխատանք չկա, ապա դրանց փոփոխության մասին խոսելն անիմաստ է, կարելի է խոսել միայն կոնկրետ գործընթացում դրանց քանակի Q կամ W քանակի մասին։ Դրանց քանակությունը կախված է գործընթացի երթուղուց։ Անվերջ փոքր մեծությունները նշանակվում են Q, W-ով։

Շարժումը նյութի հատկանիշ է: Շարժման չափը, այսինքն՝ քանակական և որակական բնութագիրը, էներգիան է։ Էներգիան համակարգի վիճակի ֆունկցիան է։ Դրա փոփոխությունը որոշակի գործընթացում կախված չէ գործընթացի ուղուց և որոշվում է միայն համակարգի սկզբնական և վերջնական վիճակներով:

Հայտնի են էներգիայի շատ տարբեր տեսակներ՝ մեխանիկական, էլեկտրական, քիմիական և այլն, բայց էներգիան համակարգից համակարգ կարող է տեղափոխվել միայն երկու ձևով՝ ջերմության կամ աշխատանքի տեսքով։

Ջերմությունը (Q) էներգիայի փոխանցման ձև է համակարգից համակարգ՝ շփվող համակարգերի մասնիկների (մոլեկուլներ, ատոմներ, իոններ և այլն) քաոսային շարժման հետևանքով։

Թերմոդինամիկայի մեջ համակարգին մատակարարվող ջերմությունը ենթադրվում է դրական (օրինակ՝ էնդոթերմային ռեակցիայի ջերմությունը), իսկ համակարգից հեռացվող ջերմությունը ենթադրվում է բացասական (էկզոթերմիկ ռեակցիայի ջերմություն)։ Ջերմաքիմիայում ճիշտ հակառակն է.

Աշխատանքը էներգիայի փոխանցման ձև է համակարգից համակարգ՝ միկրո կամ մակրոմարմինների ուղղորդված շարժման շնորհիվ։ Գրականության մեջ աշխատանքը նշանակվում է կամ W (անգլերեն «աշխատանքից») կամ A (գերմանական «arbait»):

Աշխատանքի տարբեր տեսակներ կան՝ մեխանիկական, էլեկտրական, մագնիսական, մակերևութային փոփոխություններ և այլն։ Ցանկացած տեսակի անսահման փոքր աշխատանքը կարող է ներկայացվել որպես ընդհանրացված ուժի և ընդհանրացված կոորդինատի փոփոխության արտադրյալ, օրինակ.

Աշխատանքի բոլոր տեսակների գումարը, բացառությամբ արտաքին ճնշման ուժերի դեմ աշխատանքի, P - ընդլայնման - սեղմման աշխատանքը կոչվում է օգտակար աշխատանք W.

Թերմոդինամիկայի մեջ աշխատանքը համարվում է դրական, եթե այն իրականացվում է հենց համակարգի կողմից և բացասական, եթե այն կատարվում է համակարգի վրա: Համաձայն IUPAC-ի առաջարկությունների՝ համակարգի վրա կատարված աշխատանքը համարվում է դրական («էգոիստական» սկզբունքն այն է, որ մեծացնում է ներքին էներգիան՝ դրական է):

Իդեալական գազի ընդլայնման աշխատանքը տարբեր գործընթացներում 1. Ընդարձակումը վակուումի մեջ՝ W = 0. 2. Իզոխորիկ շրջելի ընդլայնում. դ. V=0 W=0

Թերմոդինամիկայի եզրակացությունները և հարաբերությունները ձևակերպված են երկու պոստուլատների և երեք օրենքների հիման վրա։ Ցանկացած մեկուսացված համակարգ ժամանակի ընթացքում գալիս է հավասարակշռության վիճակի և չի կարող ինքնաբերաբար դուրս գալ դրանից (առաջին պոստուլատ): Այսինքն, թերմոդինամիկան չի նկարագրում աստղագիտական ​​մասշտաբի համակարգեր և փոքր քանակությամբ մասնիկներով միկրոհամակարգեր (

Ինքնաբուխ անցումը ոչ հավասարակշռված վիճակից հավասարակշռության վիճակի կոչվում է թուլացում: Այսինքն՝ միանշանակ կհասնի հավասարակշռության վիճակ, բայց նման գործընթացի տեւողությունը որոշված ​​չէ եւ այլն, ժամանակ հասկացություն չկա։

Երկրորդ պոստուլատը Եթե A համակարգը ջերմային հավասարակշռության մեջ է B համակարգի հետ, և այդ համակարգը ջերմային հավասարակշռության մեջ է C համակարգի հետ, ապա A և C համակարգերը նույնպես ջերմային հավասարակշռության մեջ են:

Ցանկացած թերմոդինամիկական U համակարգի ներքին էներգիան բաղկացած է համակարգը կազմող բոլոր մասնիկների (մոլեկուլներ, միջուկներ, էլեկտրոններ, քվարկներ և այլն) կինետիկ (շարժման էներգիա) և պոտենցիալ (փոխազդեցության էներգիա) էներգիաներից, ներառյալ անհայտ տիպերը։ էներգիա.

Համակարգի ներքին էներգիան կախված է դրա զանգվածից (ընդարձակ հատկությունից), համակարգի նյութի բնույթից և թերմոդինամիկական պարամետրերից. U = f(V, T) կամ U = (P, T) չափվում է J/mol-ով: կամ J/kg. U-ը վիճակի ֆունկցիա է, ուստի U-ն կախված չէ գործընթացի ուղուց, այլ որոշվում է համակարգի սկզբնական և վերջնական վիճակով։ դ. U - լրիվ դիֆերենցիալ:

Համակարգի ներքին էներգիան կարող է փոխվել շրջակա միջավայրի հետ էներգիայի փոխանակման արդյունքում միայն ջերմության կամ աշխատանքի տեսքով։

Այս փաստը, որը մարդկության գործնական փորձի ընդհանրացումն է, փոխանցում է թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը (սկիզբը)՝ U = Q – W դիֆերենցիալ ձևով (գործընթացի անվերջ փոքր մասի համար). դ. U=QW

«Համակարգին մատակարարվող ջերմությունը գնում է համակարգի ներքին էներգիան ավելացնելու և համակարգի վրա աշխատանք կատարելու համար»:

Մեկուսացված համակարգի համար Q = 0 և W = 0, այսինքն, U = 0 և U = Const: Մեկուսացված համակարգի ներքին էներգիան հաստատուն է

Կլաուզիուսի ձևակերպմամբ. «Աշխարհի էներգիան հաստատուն է»: Առաջին տեսակի մշտական ​​շարժման մեքենան (perpetum mobile) անհնար է: Էներգիայի տարբեր ձևեր փոխակերպվում են միմյանց խիստ համարժեք քանակությամբ: Էներգիան ոչ հայտնվում է, ոչ էլ ոչնչանում, այլ միայն համակարգից համակարգ է շարժվում:

U ֆունկցիան հավելում է։ Սա նշանակում է, որ եթե U 1 և U 2 արժեքներով բնութագրվող երկու համակարգեր միավորվեն մեկ միասնական համակարգի մեջ, ապա ստացված ներքին էներգիան U 1 + 2 հավասար կլինի դրա բաղկացուցիչ մասերի էներգիաների գումարին. + 2 = U 1 + U 2

Ընդհանուր դեպքում ջերմությունը Q-ը պրոցեսի ֆունկցիա է, այսինքն՝ դրա քանակությունը կախված է գործընթացի ուղուց, բայց երկու դեպքում, որոնք կարևոր են պրակտիկայի համար, ջերմությունը ձեռք է բերում վիճակի ֆունկցիայի հատկություններ, այսինքն՝ արժեք։ Q-ն դադարում է կախված լինել գործընթացի ուղուց, բայց որոշվում է միայն համակարգի սկզբնական և վերջնական վիճակները:

Մենք կենթադրենք, որ գործընթացի ընթացքում կարող է կատարվել միայն արտաքին ճնշման ուժերի դեմ աշխատանք, իսկ օգտակար աշխատանքը W = 0 է՝ Q = d։ U+P դ. V, և քանի որ V = const, ապա P d. V = 0: QV = d. U կամ ինտեգրալ ձևով՝ QV = Uк – Un

Կրկին ենթադրում ենք, որ օգտակար աշխատանքը W = 0 է, ապա՝ Q = d: U+P դ. V, քանի որ P = const, մենք կարող ենք գրել՝ QP = d: U + d(РV), QР = d(U + P V): Նշենք՝ H U + P V (էնթալպիա) QР = d. H կամ՝ QP = Hk – Hn

Այսպիսով, քիմիական ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը ձեռք է բերում հատկություններ որպես վիճակի ֆունկցիա P = const. QP = H; ժամը V = const: QV = U.

Քանի որ քիմիական ռեակցիաները և ֆիզիկաքիմիական պրոցեսները հաճախ իրականացվում են մշտական ​​ճնշման ներքո (բաց օդում, այսինքն՝ P = const = 1 ատմ), գործնականում հաշվարկների համար օգտագործվում է ոչ թե ներքին էներգիայի, այլ էթալպիա հասկացությունը: Երբեմն պրոցեսի «ջերմություն» բառը առանց լրացուցիչ բացատրության փոխարինվում է «էնթալպիա»-ով և հակառակը: Օրինակ, ասում են «ձևավորման ջերմություն», բայց գրում են զ. Ն.

Բայց եթե մեզ հետաքրքրող գործընթացը տեղի է ունենում V = const (ավտոկլավում), ապա պետք է օգտագործվի արտահայտությունը. QV = U:

Տարբերակենք արտահայտությունը՝ H = U + P V d. H = դ. U+Pd. V+Vd. P, մշտական ​​ճնշման V դ. P = 0 և d. H = դ. U+P դ. V Ինտեգրալ ձևով՝ H = U + P V

Իդեալական գազի համար Կլապեյրոն-Մենդելեև հավասարումը վավեր է՝ Р V = n R T, որտեղ n-ը գազի մոլերի թիվն է, R 8, 314 Ջ/մոլ K-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է։ Այնուհետև (T = const) P V = n R T. Վերջապես ունենք՝ H = U + n R T n – ռեակցիայի ընթացքում գազային նյութերի մոլերի քանակի փոփոխություն:

Օրինակ՝ ռեակցիայի համար՝ N 2 (g) + 3 H 2 (g) = 2 NH 3 (g) n = -2, իսկ ռեակցիայի համար՝ 2 H 2 O (l) 2 H 2 (g) + O 2(d) n = 3:

QV-ի և QP-ի միջև տարբերությունները նշանակալի են միայն այն դեպքում, երբ ռեակցիայի մեջ ներգրավված են գազային նյութեր: Եթե ​​չկան, կամ եթե n = 0, ապա QV = QP:

Ռեակցիայի ջերմային էֆեկտը հասկացվում է որպես ռեակցիայի ընթացքում արտազատվող կամ կլանված էներգիայի քանակությունը ջերմության տեսքով, պայմանով, որ՝ P = const կամ V = const; որ սկզբնական նյութերի ջերմաստիճանը հավասար է ռեակցիայի արտադրանքի ջերմաստիճանին. որ համակարգում այլ աշխատանք (օգտակար) չի կատարվում, բացի ընդլայնման և սեղմման աշխատանքից։

Էնթալպիայի փոփոխություն տարբեր պրոցեսների ընթացքում Գործընթաց Չափման պայմանները Ho, kJ/mol C 2 H 6 O(l) + 3 O 2(g)→ 2 CO 2(g) + 3 H 2 O(l) P = 1 atm T = 298 K − 1 370. 68 Դիսոցացիայի ջերմություն՝ H 2 O(l) → H+ + OH- P = 1 ատմ T = 298 K +57. 26 Չեզոքացման ջերմություն՝ H+ + OH- → H 2 O (l) P = 1 atm T = 298 K − 57. 26 Գոլորշիացման ջերմություն՝ H 2 O (l) → H 2 O (g) P = 1 atm T. = 373 K +40. 67 Միաձուլման ջերմություն՝ H 2 O(cr) → H 2 O (l) P = 1 ատմ T = 273 K +6: 02

QV-ի կամ QP-ի կայունության փաստը, քիմիական թերմոդինամիկայի որպես գիտության պաշտոնականացումից շատ առաջ, փորձնականորեն հաստատվել է Գ.Ի. Հեսսի կողմից (ջերմության քանակների կայունության օրենք կամ Հեսսի օրենք). սկզբնական նյութերի և ռեակցիայի արտադրանքների տեսակն ու վիճակը և կախված չէ դրանց փոխակերպման եղանակներից։

Գերման Իվանովիչ Հես (1802 - 1850) - ռուս խոշորագույն գիտնականներից, Սանկտ Պետերբուրգի տեխնոլոգիական ինստիտուտի պրոֆեսոր։ Ծնվել է Ժնևում և փոքր տարիքից մեծացել Սանկտ Պետերբուրգում։ Բժշկական կրթությունը ստացել է Յուրիևում, համալսարանն ավարտելուց հետո աշխատել է Ստոկհոլմում Յ. Բերզելիուսի մոտ։ Իր փորձերում Հեսը փորձել է հաստատել բազմակի ջերմային հարաբերությունների օրենքը (նման է Դ. Դալթոնի բազմակի հարաբերակցության օրենքին)։ Նա չկարողացավ դա անել (բնության մեջ նման օրենք չկա), բայց փորձարարական ուսումնասիրությունների արդյունքում Հեսը ստացավ ջերմության քանակների կայունության օրենքը (Հեսսի օրենքը): 1842 թվականին հրատարակված այս աշխատությունը թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի ակնկալիքն է։

H 1 = H 2 + H 3 = H 4 + H 5 + H 6

CO 2 C + O 2 = CO 2 CO + 1/2 O 2 = CO 2 C + 1/2 O 2 = CO H 2 H 1 C CO H 3 H 1 = H 2 + H 3

Առաջացման ջերմություն – պարզ նյութերից տվյալ նյութի 1 մոլի առաջացման ջերմային ազդեցությունը՝ զ. Հ. Նույն տիպի ատոմներից կազմված նյութերը կոչվում են պարզ: Սա, օրինակ, ազոտ N2, թթվածին O2, գրաֆիտ C և այլն:

Սահմանումից հետևում է, որ ջրի առաջացման ջերմությունը մեծությամբ հավասար է ռեակցիայի ջերմային ազդեցությանը՝ H 2 + 1/2 O 2 = H 2 O QP = f. Ն

Եթե ​​ռեակցիան իրականացվում է P = 1 ատմ, ապա ռեակցիայի չափված ջերմությունը հավասար կլինի f-ի: Հո - ջրի ձևավորման ստանդարտ ջերմություն: Սովորաբար f արժեքներ: Բայց աղյուսակավորված 298 K-ով գործնական գործունեության մեջ օգտագործվող գրեթե բոլոր նյութերի համար. զ. Ho 298 (H 2 O).

Ռեակցիայի արտադրատեսակներ H prod f r H Սկզբնական նյութեր H Ref. in-c f Պարզ նյութեր

Քիմիական ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը. սկզբնական նյութերի ձևավորումը (հաշվի առնելով ai և bj ստոյխիոմետրիկ գործակիցները).

Օրինակ 1. Հաշվարկել բենզոլի գոլորշիների հիդրոգենացման ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը (այս ռեակցիան իրականացվում է տարասեռ կատալիզատորների՝ պլատինե մետաղների մակերեսի վրա). 1 ատմ:

C 6 H 6 (g) f. Ho 298, k J/մոլ 82,93 C 6 H 6 (g) 49,04 C 6 H 12 (g) H 2 -123,10 0 Նյութ r. N 0298 = -123,10 – (82,93 +3 0) = -206,03 կ Ջ ր. N 0298 = -123.10–(49.04 + 3 0) = -72.14 k. Ջ օգտագործված. H 0 = 82,93 – 49,04 = +33,89 կՋ/մոլ

Այրման ջերմությունը նյութի խորը օքսիդացման (այրման) ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունն է (ավելի բարձր օքսիդներին): Ածխաջրածինների դեպքում ավելի բարձր օքսիդներն են H 2 O (l) և CO 2: Այս դեպքում, օրինակ, մեթանի այրման ջերմությունը հավասար է ռեակցիայի ջերմային ազդեցությանը. CH 4 + 2 O 2: = CO 2 + 2 H 2 O (l) QP = եզ . Հ

Արժեքներ եզ. Ho 298-ը կոչվում է այրման ստանդարտ ջերմություն, դրանք աղյուսակավորված են 298 Կ: Այստեղ «o» ինդեքսը ցույց է տալիս, որ ջերմությունները որոշվում են ստանդարտ վիճակում (P = 1 ատմ), «oh» ինդեքսը գալիս է անգլերենից. օքսիդացում - օքսիդացում.

Այրման արտադրանք (CO 2, H 2 O) oh. H Ref. օհ N prod Reaction products r. H Ելակետային նյութեր

Քիմիական ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը. a 1 A 1 + a 2 A 2 + = b 1 B 1 + b 2 B 2 + հավասար է ելակետային նյութերի այրման ջերմությունների գումարին` հանած ջերմությունների գումարը. ռեակցիայի արտադրանքի այրումը (հաշվի առնելով ai և bj ստոյխիոմետրիկ գործակիցները).

Օրինակ 2. Օգտագործելով նյութերի այրման ջերմությունը, հաշվարկեք էթանոլի (գինու սպիրտ) ստացման ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը գլյուկոզայի խմորման միջոցով: C 6 H 12 O 6 = 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 r. N 0298 = 2815,8 – 2 1366,91 2∙ 0 = 81,98 կՋ CO 2-ի այրման ջերմությունը զրո է։

Ջերմային հզորությունը կախված է ջերմաստիճանից: Հետևաբար, տարանջատվում է միջին և իրական ջերմային հզորությունը: Համակարգի միջին ջերմային հզորությունը T 1 – T 2 ջերմաստիճանի միջակայքում հավասար է Q համակարգին մատակարարվող ջերմության քանակի հարաբերակցությանը այս միջակայքի արժեքին.

Իրական ջերմային հզորությունը որոշվում է հավասարմամբ. Իրական և միջին ջերմային հզորության միջև կապը արտահայտվում է հավասարմամբ.

Համակարգի ջերմային հզորությունը կախված է դրա զանգվածից (կամ նյութի քանակից), այսինքն՝ դա համակարգի ընդարձակ հատկությունն է։ Եթե ​​ջերմային հզորությունը կապված է զանգվածի միավորի հետ, ապա ստացվում է ինտենսիվ արժեք՝ տեսակարար ջերմային հզորություն [J/kg K]: Եթե ​​C-ն կապում ենք համակարգի նյութի քանակի հետ, ապա ստանում ենք մոլային ջերմային հզորությունը սմ [J/mol K]:

Առանձնանում են՝ ջերմունակությունը հաստատուն ճնշման Cp, ջերմունակությունը հաստատուն ծավալով Cv. Իդեալական գազի դեպքում նշված ջերմային հզորությունները միմյանց հետ կապված են հավասարմամբ՝ Ср = С v + R.

Նյութերի ջերմունակությունը կախված է ջերմաստիճանից։ Օրինակ, սառույցի ջերմային հզորությունը տատանվում է 34,70 Ջ/մոլ Կ 250 Կ-ում մինչև 37,78 Ջ/մոլ Կ 273 Կ-ի դեպքում: Պինդ մարմինների համար Դեբյեն դուրս է բերել հավասարում, որը 0 Կ-ին մոտ ջերմաստիճանների համար տալիս է. CV= a T 3 ( Debye-ի T-cubes օրենքը), իսկ բարձրերի համար՝ CV=3 R։

Սովորաբար, ջերմային հզորության կախվածությունը ջերմաստիճանից փոխանցվում է ձևի էմպիրիկ հավասարումների միջոցով. որտեղ a, b և c-ը կոնստ են, դրանք տրված են նյութերի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների տեղեկատու գրքերում:

Եթե ​​մաթեմատիկական կախվածությունը r. CP-ն ընդդեմ T-ի անհայտ է, բայց կան ռեակցիայի մասնակիցների ջերմային հզորության փորձարարական արժեքներ տարբեր ջերմաստիճաններում, այնուհետև գրաֆիկը գծագրվում է r կոորդինատներով: Ընկ. P = f(T) և գրաֆիկորեն հաշվարկեք կորի տակ գտնվող տարածքը 298 - T 2-ի սահմաններում, այն հավասար է ինտեգրալին.

Եթե ​​դիտարկվող ջերմաստիճանի միջակայքում տեղի են ունենում մեկ կամ մի քանի փուլային անցումներ, ապա r-ը հաշվարկելիս պետք է հաշվի առնել դրանց ջերմային ազդեցությունները: H:

Հաշվարկման սխեման r. կամայական T ջերմաստիճանի ռեակցիաները հետևյալն են. Նախ, r-ը հաշվարկվում է՝ օգտագործելով առաջացման ստանդարտ ջերմությունները կամ նյութերի այրման ջերմությունները: H 298 ռեակցիաներ (ինչպես նկարագրված է վերևում): Հաջորդը, օգտագործելով Kirchhoff հավասարումը, ջերմային ազդեցությունը հաշվարկվում է ցանկացած ջերմաստիճանում T:

Աղյուսակները ցույց են տալիս f ձևավորման ստանդարտ ջերմությունները (էնթալպիաները) գրեթե բոլոր նյութերի համար: Ho 0 0 K-ում և արժեքներ՝ T ջերմաստիճանում (տրված են 100 K ընդմիջումով):

Քիմիական ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը հաշվարկվում է հավասարման միջոցով՝ r. H 0 T = r. H00+

r. H 00-ը հաշվարկվում է այնպես, ինչպես r. H 0298, այսինքն՝ որպես արտադրանքի և սկզբնական նյութերի առաջացման ջերմությունների գումարների տարբերություն (բայց 0 Կ-ում).

Արժեքները հաշվարկվում են՝ = շարունակություն ref. c-c հաշվի առնելով ստոյխիոմետրիկ ռեակցիայի գործակիցները.