فیزیک علم شیمی - علم قوانین فرآیندهای شیمیایی و شیمی. پدیده ها.

مبحث شیمی فیزیک توضیح شیمی. پدیده های مبتنی بر قوانین کلی فیزیک. شیمی فیزیک دو گروه اصلی از سوالات را در نظر می گیرد:

1. مطالعه ساختار و خواص ماده و ذرات تشکیل دهنده آن;

2. مطالعه فرآیندهای برهمکنش مواد.

هدف شیمی فیزیک بررسی ارتباط بین پدیده های شیمیایی و فیزیکی است. آگاهی از چنین اتصالاتی برای مطالعه عمیق واکنش های شیمیایی که در طبیعت رخ می دهد و در فناوری استفاده می شود، ضروری است. فرآیندها، عمق و جهت واکنش را کنترل می کنند. هدف اصلی رشته شیمی فیزیک مطالعه روابط عمومی و قوانین شیمی است. فرآیندهای مبتنی بر اصول اساسی فیزیک شیمی فیزیک از فیزیکی استفاده می کند. نظریه ها و روش ها برای پدیده های شیمیایی

این توضیح می دهد که چرا و چگونه تبدیل مواد رخ می دهد: شیمی. واکنش ها و انتقال فاز چرا - ترمودینامیک شیمیایی. چگونه - سینتیک شیمیایی.

مفاهیم اولیه شیمی فیزیک

موضوع اصلی شیمی. ترمودینامیک یک سیستم ترمودینامیکی است. ترمودینامیکی سیستم - هر جسم یا مجموعه ای از اجسام که قادر به تبادل انرژی و ماده با خود و اجسام دیگر باشند. سیستم ها به باز، بسته و ایزوله تقسیم می شوند. باز کن و من - سیستم ترمودینامیکی هم مواد و هم انرژی را با محیط خارجی مبادله می کند. بسته شد و من - سیستمی که در آن تبادل ماده با محیط صورت نمی گیرد، اما می تواند با آن انرژی مبادله کند. جدا شده و من -حجم سیستم ثابت می ماند و از فرصت مبادله انرژی و ماده با محیط محروم می شود.

سیستم ممکن است باشد همگن (همگن) یا ناهمگن (ناهمگن) ). فاز - این بخشی از سیستمی است که در غیاب میدان خارجی نیروها، ترکیب یکسانی در تمام نقاط و ترمودینامیک یکسان دارد. St. you و با یک رابط از سایر قسمت های سیستم جدا می شود. فاز همیشه یکنواخت است، یعنی. همگن، بنابراین یک سیستم تک فاز همگن نامیده می شود. سیستمی که از چند فاز تشکیل شده باشد، ناهمگن نامیده می شود.

ویژگی های سیستم به دو گروه تقسیم می شوند: گسترده و فشرده

ترمودینامیک از مفاهیم تعادل و فرآیندهای برگشت پذیر استفاده می کند. تعادل فرآیندی است که از یک سری حالت های تعادلی پیوسته می گذرد. فرآیند ترمودینامیکی برگشت پذیر فرآیندی است که می تواند به صورت معکوس بدون ایجاد تغییر در سیستم یا محیط انجام شود.

2. قانون اول ترمودینامیک. انرژی داخلی، گرما، کار.

قانون اول ترمودینامیکارتباط مستقیم با قانون بقای انرژی بر اساس این قانون نتیجه می شود که در هر سیستم ایزوله تامین انرژی ثابت می ماند. از قانون بقای انرژی، فرمول دیگری از قانون اول ترمودینامیک به دست می آید - عدم امکان ایجاد یک ماشین حرکت دائمی (perpetuum mobile) از نوع اول، که بدون صرف انرژی روی آن کار تولید می کند. فرمولاسیون بسیار مهم برای ترمودینامیک شیمیایی

اولین اصل بیان آن از طریق مفهوم انرژی درونی است: انرژی درونی تابعی از حالت است، یعنی. تغییر آن به مسیر فرآیند بستگی ندارد، بلکه تنها به وضعیت اولیه و نهایی سیستم بستگی دارد. تغییر در انرژی داخلی سیستم  Uممکن است به دلیل تبادل حرارت رخ دهد سو کار دبلیوبا محیط زیست سپس از قانون بقای انرژی چنین استنباط می شود که گرمای Q دریافتی توسط سیستم از خارج صرف افزایش انرژی داخلی ΔU و کار W انجام شده توسط سیستم می شود، یعنی. Q =Δ U+W. داده شده درتراز است

بیان ریاضی قانون اول ترمودینامیک

منآغاز ترمودینامیکعبارت آن:

در هر سیستم ایزوله، عرضه انرژی ثابت می ماند.

اشکال مختلف انرژی در مقادیر کاملاً معادل به یکدیگر تبدیل می شوند.

دستگاه حرکت دائمی (همیشگی سیار) از نوع اول محال است.

انرژی درونی تابعی از حالت است، یعنی. تغییر آن به مسیر فرآیند بستگی ندارد، بلکه تنها به وضعیت اولیه و نهایی سیستم بستگی دارد.

بیان تحلیلی: س = D U + دبلیو ; برای تغییر بی نهایت کوچک در مقادیر د س = dU + د دبلیو .

قانون اول ترمودینامیک رابطه را برقرار می کند. m / y حرارت Q، کار A و تغییر در داخلی. انرژی سیستم ΔU. داخلی را تغییر دهید انرژی سیستم برابر است با مقدار گرمایی که به سیستم وارد می شود منهای مقدار کار انجام شده توسط سیستم در برابر نیروهای خارجی.

معادله (I.1) یک نمایش ریاضی از قانون اول ترمودینامیک است، معادله (I.2) برای تغییر بی نهایت کوچک در حالت است. سیستم های.

بین المللی انرژی تابعی از حالت است. این بدان معنی است که تغییر درونی است. انرژی ΔU به مسیر انتقال سیستم از حالت 1 به حالت 2 بستگی ندارد و برابر است با اختلاف مقادیر داخلی. انرژی های U2 و U1 در این حالت ها: (I.3)

بین المللی انرژی سیستم مجموع انرژی پتانسیل برهمکنش است. تمام ذرات بدن نسبت به یکدیگر و انرژی جنبشی حرکت آنها (بدون در نظر گرفتن انرژی جنبشی و پتانسیل سیستم به عنوان یک کل). بین المللی انرژی سیستم به ماهیت ماده، جرم آن و پارامترهای وضعیت سیستم بستگی دارد. سنش هست با افزایش جرم سیستم، زیرا یکی از ویژگی های گسترده سیستم است. بین المللی انرژی با حرف U نشان داده می شود و با ژول (J) بیان می شود. به طور کلی، برای یک سیستم با مقدار 1 مول. بین المللی انرژی، مانند هر ترمودینامیکی. قداست نظام تابعی از دولت است. فقط تغییرات داخلی به طور مستقیم در آزمایش ظاهر می شود. انرژی. به همین دلیل است که در محاسبات همیشه با تغییر آن U2 –U1 = U عمل می کنند.

همه تغییرات داخلی انرژی ها به دو گروه تقسیم می شوند. گروه اول فقط شامل اولین شکل انتقال حرکت از طریق برخوردهای آشفته مولکول های دو جسم در تماس است، یعنی. توسط هدایت حرارتی (و در عین حال توسط تابش). معیار حرکتی که از این طریق منتقل می شود گرما است. مفهوم گرمابا رفتار تعداد زیادی از ذرات - اتم ها، مولکول ها، یون ها مرتبط است. آنها در حرکت بی نظم (حرارتی) دائمی هستند. گرما نوعی انتقال انرژی است. راه دوم برای تبادل انرژی است کار.این تبادل انرژی در اثر عملی که سیستم انجام می دهد یا عملی که روی آن انجام می شود، ایجاد می شود. معمولاً کار با نماد نشان داده می شود دبلیو. کار، مانند گرما، تابعی از وضعیت سیستم نیست، بنابراین مقدار مربوط به کار بینهایت کوچک با نماد مشتق جزئی نشان داده می شود - دبلیو.

سیستم ترمودینامیکی- بدن یا گروهی از اجسام که از نظر ذهنی یا در واقع از محیط جدا شده اند.

سیستم همگن- سیستمی که در آن هیچ سطحی وجود نداشته باشد که بخش هایی از سیستم (فازها) را از هم جدا کند که از نظر خصوصیات متفاوت باشند.

سیستم ناهمگن- سیستمی که در آن سطوحی وجود دارد که بخش هایی از سیستم را از هم جدا می کند که از نظر خصوصیات متفاوت هستند.

فاز- مجموعه ای از قسمت های همگن یک سیستم ناهمگن، از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی یکسان، که با رابط های قابل مشاهده از سایر قسمت های سیستم جدا شده اند.

سیستم منزوی- سیستمی که ماده و انرژی را با محیط مبادله نمی کند.

سیستم بسته- سیستمی که انرژی را با محیط مبادله می کند، اما ماده را مبادله نمی کند.

سیستم باز- سیستمی که هم ماده و هم انرژی را با محیط مبادله می کند.

گزینه های وضعیت- مقادیری که هر ویژگی ماکروسکوپی سیستم مورد بررسی را مشخص می کند.

فرآیند ترمودینامیکی– هرگونه تغییر در وضعیت ترمودینامیکی سیستم (تغییر حداقل یک پارامتر حالت).

فرآیند برگشت پذیر- فرآیندی که به سیستم اجازه می دهد تا بدون هیچ تغییری در محیط به حالت اولیه خود بازگردد.

فرآیند تعادل- فرآیندی که در آن یک سیستم از یک سری حالت های پیوسته بی نهایت نزدیک به حالت تعادل عبور می کند. ویژگی های مشخصه فرآیند تعادل:

1) تفاوت بینهایت کوچک بین نیروهای عمل کننده و مخالف: F ex – F in > 0;

2) سیستم حداکثر کار را در فرآیند مستقیم انجام می دهد | دبلیو| = حداکثر

3) یک فرآیند بی نهایت آهسته، همراه با یک تفاوت بی نهایت کوچک در نیروهای عامل و تعداد بی نهایت زیادی از حالت های میانی. تی > ?.

فرآیند خود به خود- فرآیندی که می تواند بدون صرف کار از بیرون اتفاق بیفتد و در نتیجه می توان کار را به میزانی متناسب با تغییر وضعیت سیستمی که رخ داده است به دست آورد. یک فرآیند خود به خودی ممکن است رخ دهد برگشت پذیریا غیر قابل برگشت

فرآیند غیر خود به خودی- فرآیندی که مستلزم صرف کار از خارج به میزانی متناسب با تغییر وضعیت سیستم است.

انرژی- اندازه گیری توانایی سیستم برای انجام کار؛ یک معیار کیفی کلی از حرکت و تعامل ماده. انرژی یک ویژگی جدایی ناپذیر ماده است. تمیز دادن انرژی پتانسیل،مشروط به موقعیت بدن در میدان نیروهای معین، و انرژی جنبشی،ناشی از تغییر وضعیت بدن در فضا است.

انرژی داخلی سیستم U - مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل تمام ذرات تشکیل دهنده سیستم. شما همچنین می توانید انرژی داخلی یک سیستم را به عنوان انرژی کل آن منهای انرژی جنبشی و پتانسیل سیستم به عنوان یک کل تعریف کنید. [ U]= جی.

حرارت س - نوعی انتقال انرژی از طریق حرکت بی نظم مولکول ها، از طریق برخوردهای آشفته مولکول های دو جسم در تماس، یعنی از طریق هدایت حرارتی (و در عین حال از طریق تشعشع). س> 0 اگر سیستم گرما را از محیط دریافت کند. [ س]= جی.

کار دبلیو - نوعی انتقال انرژی از طریق حرکت منظم ذرات (توده های ماکروسکوپی) تحت تأثیر هر نیرو. W> 0 اگر محیط روی سیستم کار کند. [W] = J.

همه کارها به تقسیم می شوند کار مکانیکی انبساط (یا فشرده سازی)و انواع دیگر کارها (کار مفید): ? W = -pdV + ?W?.

حالت استاندارد جامدات و مایعات- حالت پایدار یک ماده خالص در دمای معین تحت فشار p = 1 اتمسفر

حالت استاندارد گاز خالص- حالت گازی که از معادله حالت گاز ایده آل در فشار 1 اتمسفر پیروی می کند.

مقادیر استاندارد- مقادیر تعیین شده برای مواد در حالت استاندارد (نشان داده شده با بالانویس 0).

1.1. قانون اول ترمودینامیک

انرژی تخریب ناپذیر و خلق نشده است. فقط می تواند از یک شکل به شکل دیگر در نسبت های معادل عبور کند.

قانون اول ترمودینامیک یک اصل است - نمی توان آن را به طور منطقی اثبات کرد یا از هیچ مقررات کلی تری استنباط کرد.

قانون اول ترمودینامیک رابطه بین گرما را ایجاد می کند س،کار کردن دبلیوو تغییر در انرژی داخلی سیستم؟ U.

سیستم منزوی

انرژی داخلی یک سیستم ایزوله ثابت می ماند.

U = const یا dU = 0

سیستم بسته

تغییر در انرژی داخلی یک سیستم بسته به دلیل گرمای وارد شده به سیستم و/یا کار انجام شده روی سیستم رخ می دهد.

?U =Q +Wیا dU =س +؟ دبلیو

سیستم باز

تغییر در انرژی داخلی یک سیستم باز به دلیل گرمای وارد شده به سیستم و / یا کار انجام شده روی سیستم و همچنین به دلیل تغییر در جرم سیستم رخ می دهد.

?U =Q +W + ?U mیا dU =س +؟ W+ من?U من dn من

انرژی درونی تابعی از حالت است. آیا این به این معنی است که تغییر در انرژی داخلی؟ Uبه مسیر انتقال سیستم از حالت 1 به حالت 2 بستگی ندارد و برابر است با اختلاف مقادیر انرژی داخلی U 2و U 1در این حالات:

?U =U 2 – U 1

برای برخی از فرآیندها:

?U = ?(v i U i) npod – ?(v i U i) رفر

1.2. کاربرد قانون اول ترمودینامیک در سیستم های بسته تک جزئی همگن

فرآیند همحجم (V = const; ?V = 0)

در ساده ترین حالت، هیچ کار مفیدی انجام نمی شود.

dU =س +؟ W =؟س – پی دی وی dU = ?Q v = C V dT = nC V dT

کل مقدار گرمای دریافتی سیستم صرف تغییر انرژی داخلی می شود.

– ظرفیت گرمایی در حجم ثابت،یعنی مقدار گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای سیستم به میزان یک درجه در یک حجم ثابت. [ رزومه] = J/deg

رزومه- ظرفیت گرمایی مولی در حجم ثابت، J/(mol? deg). برای گازهای ایده آل:

C V = 2/3 R- گاز تک اتمی؛

C V = 5/2 R- گاز دو اتمی

فرآیند ایزوباریک (ر = Const) dU =س +؟ W = ?Q – pdV ?Q p = dU + pdV = d(U + pV) = dH

H = U + pV - آنتالپی- عملکرد وضعیت سیستم

?Н = ?(? i U i)پرود - ?(? i U i)مرجع

?Q p = dU + pdV = dH = C p dT -اثر حرارتی یک فرآیند ایزوباریک برابر با تغییر در آنتالپی سیستم است.

– ظرفیت گرمایی در فشار ثابت [با] = J/deg.

سی آر- ظرفیت گرمایی مولی در فشار ثابت، J/(mol? deg).

برای گازهای ایده آل: C r = C V + R; C p، C V =[J/(mol K)].

اثر حرارتی (گرما) یک واکنش شیمیایی- مقدار حرارت آزاد شده یا جذب شده در طی یک واکنش در دمای ثابت.

Qv = ?UV Qp = ?بالا وابستگی اثر حرارتی واکنش به دما. قانون کیرشهوف

ضریب دمایی اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی برابر با تغییر ظرفیت حرارتی سیستم در طول واکنش است.

قانون کیرشهوف:

برای یک فرآیند شیمیایی، تغییر در ظرفیت گرمایی با تغییر در ترکیب سیستم مشخص می شود:

?S p= ?(? i C p,i) ادامه – ?(? i C p,i) خارج یا؟ C V =?(? i C V,i) ادامه – ?(? i C V,i) خارج

شکل یکپارچه قانون کیرشهوف:

?Н Т2 = ?Н Т1 + ?С р (Т 2 – T 1) یا؟ U T2 = ?U Ti + ?C V (T 2 – T 1)

1.3. قانون دوم ترمودینامیک آنتروپی

1) گرما نمی تواند به طور خود به خود از جسمی با حرارت کمتر به جسم گرمتر منتقل شود.

2) فرآیندی غیرممکن است که تنها نتیجه آن تبدیل گرما به کار باشد.

3) یک تابع حالت سیستم وجود دارد که نامیده می شود آنتروپی،که تغییر آن مربوط به گرمای جذب شده و دمای سیستم به شرح زیر است:

در یک فرآیند غیرتعادلی

در یک فرآیند تعادلی

S – آنتروپی، J/deg،

- کاهش حرارت

تفسیر آماری آنتروپی

هر حالت از سیستم اختصاص داده شده است احتمال ترمودینامیکی(تعریف شده به عنوان تعداد ریز حالت هایی که یک کلان حالت معین از یک سیستم را تشکیل می دهند)، هر چه وضعیت بی نظم یا نامطمئن تر باشد. آنتروپی یک تابع حالت است که درجه بی نظمی یک سیستم را توصیف می کند.

S = kلوگاریتم دبلیو- فرمول بولتزمن

سیستم تمایل دارد به طور خود به خود به حالتی با حداکثر احتمال ترمودینامیکی تبدیل شود.

محاسبه آنتروپی مطلق

تغییر در آنتروپی در طول یک فرآیند شیمیایی تنها با نوع و حالت مواد اولیه و محصولات واکنش تعیین می شود و به مسیر واکنش بستگی ندارد:

?S = ?(? i S i)پرود - ?(? i S i)مرجع

مقادیر آنتروپی مطلق در شرایط استاندارد در ادبیات مرجع آورده شده است.

1.4. پتانسیل های ترمودینامیکی

پتانسیل- کمیتی که از دست دادن آن کار تولید شده توسط سیستم را تعیین می کند.

فقط آن دسته از فرآیندهایی که منجر به کاهش انرژی آزاد سیستم می شوند می توانند خود به خود رخ دهند. هنگامی که انرژی آزاد به حداقل مقدار برسد، سیستم به حالت تعادل می رسد.

F = U – TS – انرژی آزاد هلمهولتز – پتانسیل ایزوکوریک – همدما(J) - جهت و حد وقوع خود به خودی فرآیند را در یک سیستم بسته واقع در شرایط ایزوکوریک- همدما تعیین می کند.

dF = dU – TdSیا؟ F = ?U – T?S

G = H – TS = U + pV – TS – انرژی آزاد گیبس – پتانسیل همسان باری- همدما(J) - جهت و حد وقوع خود به خودی فرآیند را در یک سیستم بسته واقع در شرایط همسان- همدما تعیین می کند.

dG = dH – TdSیا؟ G = ?Н – T?S ?G = ?(? i G i)پرود - ?(? i G i)مرجع ?G 0 = ?(? i ?G arr 0)پرود - ?(? i ?G arr 0)مرجع شرایط برای وقوع خود به خودی فرآیندها در سیستم های بسته

ایزوباریک- همدما (P =نتیجه، T = Const):

?G< 0, dG < 0

ایزوکوریک-ایزوترمال (V =نتیجه، T = Const):

?F< 0, dF< 0

تعادل ترمودینامیکیبه چنین حالت ترمودینامیکی سیستمی با حداقل انرژی آزاد گفته می شود که با شرایط خارجی ثابت، در زمان تغییر نمی کند و این تغییر ناپذیری ناشی از هیچ فرآیند خارجی نیست.

شرایط تعادل ترمودینامیکیدر یک سیستم بسته

ایزوباریک- همدما (P =نتیجه، T = Const):

?G = 0، dG = 0, d 2 G > 0

ایزوکوریک-ایزوترمال (V =نتیجه، T = Const):

?F =0, dF = 0, d 2 F >0 معادلات ایزوترم واکنش شیمیایی:

برای واکنش v 1 A 1 + v 2 A 2+ … = v 1 B 1 + v؟ 2 B 2 + …

اینجا C i، p i- غلظت، فشار مواد واکنش دهنده در هر زمانی غیر از حالت تعادل.

تأثیر شرایط خارجی بر تعادل شیمیایی

اصل جابجایی تعادل لو شاتلیه-براون

اگر تأثیر خارجی بر سیستمی اعمال شود که در حالت تعادل واقعی قرار دارد، آنگاه فرآیندی خود به خودی در سیستم ایجاد می شود که این تأثیر را جبران می کند.

اثر دما بر موقعیت تعادل

واکنش های گرمازا: ?Н°< 0 (?U° < 0). Повышение температуры уменьшает величину константы равновесия, т. е. смещает равновесие влево.

واکنش های گرماگیر: ?Н° > 0 (?U°> 0). افزایش دما مقدار ثابت تعادل را افزایش می دهد (تعادل را به سمت راست تغییر می دهد).

2. تعادل فاز

جزء- یک جزء شیمیایی همگن از سیستم که می تواند از سیستم جدا شده و خارج از آن وجود داشته باشد. تعداد اجزای مستقل یک سیستم برابر است با تعداد اجزا منهای تعداد واکنش های شیمیایی احتمالی بین آنها.

تعداد درجات آزادی- تعداد پارامترهای وضعیت سیستم که می توانند به طور همزمان در محدوده های معین به طور دلخواه تغییر کنند بدون اینکه تعداد و ماهیت فازها در سیستم تغییر کند.

قانون فازجی گیبز:

تعداد درجات آزادی یک سیستم ترمودینامیکی تعادلی C برابر است با تعداد اجزای مستقل سیستم K منهای تعداد فازهای Ф به اضافه تعداد عوامل خارجی مؤثر بر تعادل: C = K – F + n.

برای سیستمی که تنها تحت تأثیر عوامل خارجی است دما و فشار،می توان نوشت: C = K – F+ 2.

اصل تداوم- با تغییر مداوم در پارامترهای حالت، تمام ویژگی های فازهای جداگانه نیز به طور مداوم تغییر می کند. خواص سیستم به عنوان یک کل به طور مداوم تغییر می کند تا زمانی که تعداد یا ماهیت فازهای سیستم تغییر کند که منجر به تغییر ناگهانی در ویژگی های سیستم می شود.

مطابق با اصل انطباق،در نمودار وضعیت سیستم، هر فاز مربوط به بخشی از صفحه - میدان فاز است. خطوط تقاطع صفحات مطابق با تعادل بین دو فاز است. هر نقطه در نمودار حالت (به اصطلاح نکته مجازی)مربوط به حالت خاصی از سیستم با مقادیر مشخصی از پارامترهای حالت است.

2.1. نمودار آب

K = 1. تعادل سه فاز در سیستم امکان پذیر است: بین مایع و گاز (خط OA)، جامد و گاز (خط OB)، جامد و مایع (خط OC). سه منحنی دارای یک نقطه تقاطع O هستند که نامیده می شود نقطه سه گانه آب،- مربوط به تعادل بین سه فاز و C = 0 است. سه فاز فقط در مقادیر کاملاً تعریف شده دما و فشار می توانند در تعادل باشند (برای آب، نقطه سه گانه مطابق با حالت P = 6.1 کیلو پاسکال و T = 273.16 K).

در هر یک از مناطق نمودار (AOB، BOC، AOC) سیستم تک فاز است. C = 2 (سیستم دو متغیره است).

در هر خط، تعداد فازهای سیستم دو است و طبق قانون فاز، سیستم تک متغیر است: C = 1 – 2 + 2 = 1، یعنی برای هر مقدار دما فقط یک مقدار فشار وجود دارد.

اثر فشار بر دمای انتقال فاز توسط معادله کلازیوس-کلاپیرون:

V 2, V 1- تغییر در حجم مولی یک ماده در طول انتقال فاز.

منحنی تعادل "جامد - مایع" در نمودار حالت آب به سمت چپ و در نمودارهای حالت سایر مواد به سمت راست متمایل است، زیرا چگالی آب بیشتر از چگالی یخ است، یعنی ذوب شدن همراه است. با کاهش حجم (AV< 0). در این حالت، افزایش فشار باعث کاهش دمای انتقال فاز جامد به مایع (آب - ماده غیرعادی).برای همه مواد دیگر (به اصطلاح مواد عادی) ?V pl> 0 و با توجه به معادله کلازیوس-کلاپیرون، افزایش فشار منجر به افزایش دمای ذوب می شود.

3. خواص راه حل ها

3.1. ترمودینامیک محلول ها

راه حل- یک سیستم همگن متشکل از دو یا چند جزء، که ترکیب آن می تواند به طور مداوم در محدوده های معین بدون تغییر ناگهانی در خواص آن تغییر کند.

انتشار در محلول ها

انتشار- یک فرآیند خود به خودی برای یکسان سازی غلظت یک ماده در یک محلول به دلیل حرکت حرارتی مولکول ها یا اتم های آن.

قانون فیک:مقدار ماده ای که در واحد زمان در یک واحد سطح پخش می شود با گرادیان غلظت آن متناسب است:

جایی که j- جریان انتشار؛ D- ضریب انتشار.

معادله انیشتین اسمولوچوفسکی:

جایی که؟ - ویسکوزیته محیط؛ آر- شعاع ذرات در حال انتشار

حلالیت گازها در گازها

قانون دالتون:فشار کل یک مخلوط گاز برابر است با مجموع فشارهای جزئی همه گازهای موجود در آن:

پتوت =؟ p iو پی = xi P کل

قانون هنری دالتون:حلالیت گاز در مایع با فشار آن در بالای مایع نسبت مستقیم دارد: C i = kp i،جایی که C i- غلظت محلول گاز در مایع؛ ک- ضریب تناسب، بسته به ماهیت گاز.

به عنوان یک قاعده، هنگامی که یک گاز در یک مایع حل می شود، گرما آزاد می شود (به< 0) بنابراین با افزایش دما، حلالیت کاهش می یابد.

فرمول سچنوف:

X = X 0 e -kС el

جایی که ایکسو X 0– حلالیت گاز در حلال خالص و محلول الکترولیت با غلظت با.

3.2. خواص جمع آوری محلول های غیر الکترولیتی

جمعی (جمعی)خواص محلول ها نسبت به خواص حلال است که عمدتاً به تعداد ذرات محلول بستگی دارد.

فشار بخار اشباع محلول های رقیق

بخاری که با یک مایع در تعادل است نامیده می شود اشباع شدهفشار چنین بخار p 0تماس گرفت فشار یا فشار بخار اشباعحلال خالص

قانون اول رائولفشار جزئی بخار اشباع یک جزء محلول به طور مستقیم با کسر مولی آن در محلول متناسب است و ضریب تناسب برابر با فشار بخار اشباع بالای جزء خالص است:

p i = p i 0 x i

برای یک محلول دوتایی متشکل از اجزای A و B: کاهش نسبی فشار بخار حلال در بالای محلول برابر با کسر مولی املاح است و به ماهیت املاح بستگی ندارد:

راه حل هایی که قانون رائول برای آنها رعایت می شود راه حل های ایده آل نامیده می شوند.

فشار بخار راه حل های ایده آل و واقعی

اگر اجزای یک محلول دوتایی (شامل دو جزء) فرار باشند، بخار بالای محلول حاوی هر دو جزء خواهد بود. ترکیب عمومی، مول. کسری در (x اینچ) فشار بخار:

p = p A 0 ایکس A + p B 0 ایکس B = p A 0 (1 -ایکسب) + p B 0 ایکس B = p A 0 -ایکس B (p A 0 - p B 0)

اگر مولکول‌های یک جزء معین با یکدیگر تعامل قوی‌تری نسبت به مولکول‌های یک جزء دیگر داشته باشند، فشار بخار جزئی واقعی بالای مخلوط بیشتر از فشارهای محاسبه‌شده توسط قانون اول رائول خواهد بود. (انحرافات مثبت، ?Нتلویزیون > 0). اگر ذرات همگن کمتر از ذرات غیرمشابه با یکدیگر برهمکنش داشته باشند، فشار بخار جزئی اجزا کمتر از محاسبه شده خواهد بود. (انحرافات منفی، ?Hحل کردن< 0).

دمای تبلور محلول های رقیق

قانون دوم رائولکاهش دمای انجماد یک محلول T با غلظت مولی محلول رابطه مستقیم دارد: T برابر است با = T 0 - T = KS m،جایی که T 0 -نقطه انجماد یک حلال خالص؛ تی- دمای انجماد محلول؛ به- ثابت کرایوسکوپی حلال، درجه بر کیلوگرم مول،

T 0 2- دمای انجماد حلال؛ م- وزن مولکولی حلال، ?Н pl - گرمای مولی همجوشی حلال.

نقطه جوش محلول های رقیق

دمای جوش- دمایی که در آن فشار بخار اشباع شده با فشار خارجی برابر می شود.

افزایش نقطه جوش محلول های مواد غیر فرار؟ T K = T k – T k 0متناسب با کاهش فشار بخار اشباع شده و نسبت مستقیم با غلظت مولی محلول: ?T kip = اتحادیه اروپا m،جایی که E - ثابت بولیوسکوپیحلال، درجه بر کیلوگرم مول،

فشار اسمزی محلول های رقیق

اسمز- عبور غالب یک طرفه مولکول های حلال از یک غشای نیمه تراوا به یک محلول یا مولکول های حلال از محلولی با غلظت کمتر به محلولی با غلظت بالاتر.

فشاری که باید به محلول وارد شود تا از حرکت حلال به داخل محلول از طریق غشای جداکننده محلول و حلال خالص جلوگیری شود، عددی برابر است با فشار اسمزی؟(Pa).

اصل وانت هاف:فشار اسمزی یک محلول ایده آل برابر است با فشاری که ماده محلول وارد می کند اگر در حالت گازی در همان دما باشد و همان حجمی را اشغال کند که محلول اشغال می کند: = CRT.

محلول های ایزوتونیک– دو محلول با فشار اسمزی یکسان (? 1 = ? 2).

محلول هایپرتونیک– محلولی که فشار اسمزی آن بیشتر از فشار اسمزی دیگری است (? 1 > ? 2).

محلول هیپوتونیک- محلولی که فشار اسمزی آن کمتر از فشار اسمزی دیگری است (? 1< ? 2).

3.3. محلول های الکترولیت

درجه تفکیک؟- نسبت تعداد مولکول ها nبه تعداد کل مولکول ها به یون تجزیه می شود ن:

ضریب ایزوتونیک ون هاف i- نسبت تعداد واقعی ذرات در محلول الکترولیت به تعداد ذرات این محلول بدون در نظر گرفتن تفکیک.

اگر از نمولکول ها جدا شدند nو هر مولکول تجزیه شد به؟ پس یونها

برای غیر الکترولیت ها من = 1.

برای الکترولیت 1< من? ?.

3.4. خواص تجمعی محلول های الکترولیت:

تئوری آرنیوس تفکیک الکترولیتی

1. الکترولیت های موجود در محلول ها به یون ها تجزیه می شوند - تجزیه می شوند.

2. تفکیک یک فرآیند تعادل برگشت پذیر است.

3. نیروهای برهمکنش یون ها با مولکول های حلال و با یکدیگر کوچک هستند (یعنی محلول ها ایده آل هستند).

تفکیک الکترولیت ها در محلول تحت تأثیر مولکول های حلال قطبی رخ می دهد. وجود یون در محلول هدایت الکتریکی آن را تعیین می کند.

بر اساس درجه تفکیک، الکترولیت ها به سه گروه تقسیم می شوند: قوی(? ? 0,7), استحکام متوسط(0,3 < ? < 0,7) и ضعیف(? ? 0,3).

الکترولیت های ضعیف حد تفکیک

برای یک الکترولیت خاص که مطابق با معادله به یون در محلول تجزیه می شود:

A a B b - aA x- + bB y+

برای یک الکترولیت دوتایی:

- قانون رقت استوالد: درجه تفکیک یک الکترولیت ضعیف با رقیق شدن محلول افزایش می یابد.

فعالیت املاح- ارزش تجربی که جایگزین تمرکز می شود - فعالیت (تمرکز موثر) آ،مربوط به تمرکز از طریق ضریب فعالیت f، که معیاری برای انحراف خواص یک راه حل واقعی از ایده آل است:

a = fC; a + = f+ C + ; a_ = f_C_.

برای یک الکترولیت دوتایی:

- فعالیت متوسط ​​الکترولیت؛

– میانگین ضریب فعالیت

قانون محدودیت دبای-هوکلبرای الکترولیت باینری: lg f = -0.51z 2 I؟،جایی که z- بار یونی که ضریب فعالیت برای آن محاسبه می شود.

I – قدرت یونی محلول I = 0.5؟ (C i r i 2).

4. هدایت الکتریکی محلول های الکترولیت

رهبران از نوع اول- فلزات و مذاب های آنها که در آن الکتریسیته توسط الکترون ها منتقل می شود.

هادی های نوع دوم- محلول ها و مذاب های الکترولیت ها با رسانایی یونی.

برقحرکت منظم ذرات باردار است.

هر هادی که از طریق آن جریان می گذرد معینی را نشان می دهد مقاومت R،که طبق قانون اهم با طول هادی نسبت مستقیم دارد لو با سطح مقطع نسبت معکوس دارد S;عامل تناسب است مقاومتمواد؟ - مقاومت هادی به طول 1 سانتی متر و مقطع 1 سانتی متر مربع:

اندازه W،معکوس مقاومت نامیده می شود رسانایی الکتریکی- اندازه گیری کمی توانایی یک محلول الکترولیت برای هدایت جریان الکتریکی.

رسانایی الکتریکی?(k) رسانایی الکتریکی یک رسانای نوع I به طول 1 متر با سطح مقطع 1 متر مربع یا رسانایی الکتریکی 1 متر مکعب (1 سانتی متر مکعب) محلول الکترولیت (رسانای نوع II) با فاصله است. بین الکترودهای 1 متر (1 سانتی متر) و سطح الکترود 1 متر مربع (1 سانتی متر مربع).

هدایت الکتریکی مولی محلول)؟– هدایت الکتریکی محلولی حاوی 1 مول املاح و بین الکترودهایی که در فاصله 1 سانتی متری از یکدیگر قرار دارند.

هدایت الکتریکی مولی الکترولیت های قوی و ضعیف با کاهش غلظت افزایش می یابد (یعنی با افزایش رقت محلول V = 1/C)، به یک مقدار محدود کننده خاص می رسد؟ 0 (? ?)، نامیده شد هدایت الکتریکی مولی در رقت بی نهایت

برای یک الکترولیت دوتایی با یون های باردار منفرد در دمای ثابت و قدرت میدان 1 V m-1:

? = ?F(u + + و؟)،

جایی که اف– شماره فارادی؛ و + ، و؟ – تحرک مطلق (m 2 V -1 s -1)کاتیون و آنیون - سرعت حرکت این یونها در شرایط استاندارد، با اختلاف پتانسیل 1 ولت در هر متر از طول محلول.

? + = فو + ; ?? = فو؟،

جایی که؟ +، ?? - تحرککاتیون و آنیون، اهم متر 2 مول -1 (اهم سانتی متر 2 مول -1).

? = ?(? + + ??)

برای الکترولیت های قوی؟ ?1 و ? = ? + + ??

با رقت بی نهایت محلول (V > ?, ? + > ? ? + , ?? > ? ? ?, ? > 1) برای الکترولیت های قوی و ضعیف؟ ? =؟ ? + – ? ? ? - قانون کولروش:آیا هدایت مولی در رقت بی نهایت برابر با مجموع تحرکات الکترولیتی است؟ ? + , ? ? ? کاتیون و آنیون یک الکترولیت معین

یون های H+ و OH؟ تحرک غیر طبیعی بالایی دارند که با مکانیسم ویژه ای برای انتقال بار توسط این یون ها همراه است - مکانیزم رلهبین یون های هیدرونیوم H 3 O + و مولکول های آب، و همچنین بین مولکول های آب و یون های OH؟ مبادله پروتون به طور پیوسته با توجه به معادلات انجام می شود:

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

H 2 O + OH؟ >اوه؟ + H 2 O

5. فرآیندهای الکتروشیمیایی

5.1. پتانسیل های الکترود عناصر گالوانیکی EMF

هنگامی که دو ماده شیمیایی یا فیزیکی متفاوت با یکدیگر تماس پیدا می کنند (فلز 1 (رسانای نوع اول) - فلز 2 (رسانای نوع اول)، فلز (رسانای نوع اول) - محلول نمک فلز (رسانای نوع دوم) محلول الکترولیت 1 (رسانای نوع دوم) - محلول الکترولیت 2 (رسانای نوع II) و غیره) بین آنها ایجاد می شود. دو لایه الکتریکی (EDL). EDL نتیجه توزیع منظم ذرات باردار مخالف در سطح مشترک است.

تشکیل EDL منجر به پرش پتانسیل می شود؟، که در شرایط تعادل بین یک فلز (رسانای نوع اول) و محلول نمک فلز (رسانای نوع دوم) نامیده می شود. پتانسیل گالوانی

سیستم: فلز (Me) - محلول آبی نمک این Me - نامیده می شود الکترودیا نیمه عنصرو به صورت شماتیک به صورت زیر نشان داده شده است:

الکترود (p/e) طوری نوشته می شود که تمام مواد موجود در محلول در سمت چپ و مواد الکترود در سمت راست خط عمودی قرار می گیرند.

? > 0، اگر واکنش کاهش Me n++ در الکترود رخ دهد نه؟ -من 0،

? < 0, если на электроде протекает реакция окисления Ме 0 - Ме n+ + نه؟

پتانسیل الکترود E Me n+ /Me اختلاف پتانسیل تعادلی است که در مرز فاز یک رسانای نوع اول/رسانای نوع دوم رخ می‌دهد و نسبت به الکترود هیدروژن استاندارد اندازه‌گیری می‌شود.

معادله نرنست،جایی که n- تعداد الکترون های شرکت کننده در واکنش الکترود؛ باМе n+ – غلظت کاتیون ها. Eمن n+ /من - پتانسیل الکترود استاندارد

تماس بالقوه؟ ?- یک پرش پتانسیل تعادلی که در فصل مشترک بین دو هادی از نوع اول رخ می دهد.

پتانسیل انتشار؟ diff اختلاف پتانسیل تعادلی است که در مرز فاز یک رسانای نوع دوم/رسانای نوع دوم رخ می دهد.

سلول گالوانیکی (به عنوان مثال)- یک مدار الکتریکی متشکل از دو یا چند p.e. و تولید انرژی الکتریکی در اثر واکنش شیمیایی که در آن رخ می دهد و مراحل اکسیداسیون و کاهش واکنش شیمیایی به صورت مکانی جدا می شود.

الکترودی که فرآیند اکسیداسیون در حین کار یک سلول گالوانیکی روی آن اتفاق می افتد نامیده می شود آند،الکترودی که فرآیند احیا روی آن انجام می شود کاتد

قوانین IUPAC برای ثبت سلول های گالوانیکی و واکنش های رخ داده در آنها

1. در g.e. کار انجام می شود، بنابراین emf عنصر یک مقدار مثبت در نظر گرفته می شود.

2. بزرگی EMF مدار گالوانیکی Eبا مجموع جبری پرش های پتانسیل در فصل مشترک همه فازها تعیین می شود، اما از آنجایی که اکسیداسیون در آند رخ می دهد، emf با کم کردن مقدار عددی پتانسیل کاتد (الکترود سمت راست) مقدار پتانسیل آند (سمت چپ) محاسبه می شود. الکترود) - قانون قطب راستبنابراین، نمودار مدار عنصر طوری نوشته می شود که الکترود سمت چپ منفی باشد (اکسیداسیون اتفاق می افتد)، و الکترود سمت راست مثبت (فرایند کاهش رخ می دهد).

3. رابط بین هادی نوع اول و هادی نوع دوم با یک خط نشان داده می شود.

4. مرز بین دو هادی نوع دوم با یک خط نقطه چین به تصویر کشیده شده است.

5. پل الکترولیت در مرز دو هادی نوع II با دو خط نقطه نشان داده می شود.

6. اجزای یک فاز با کاما از هم جدا شده اند.

7. معادله واکنش الکترود طوری نوشته می شود که مواد به شکل اکسید شده (Ox) در سمت چپ و به شکل احیا شده (قرمز) در سمت راست قرار می گیرند.

سلول Galvanic Daniel-Jacobiمتشکل از صفحات روی و مس غوطه ور در محلول های مربوط به ZnSO 4 و CuSO 4 است که توسط یک پل نمک با محلول KCl از هم جدا می شوند: پل الکترولیتی رسانایی الکتریکی بین محلول ها را فراهم می کند، اما از انتشار متقابل آنها جلوگیری می کند.

(-) روی | Zn 2+ :: Cu 2+ | مس (+)

واکنش روی الکترودها:

Zn 0 > Zn 2+ + 2e؟ Cu 2+ + 2e؟ > Cu 0

کل فرآیند ردوکس:

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

کار انجام شده توسط جریان یک سلول گالوانیکی (و در نتیجه، اختلاف پتانسیل) در طول عملکرد برگشت پذیر آن حداکثر خواهد بود، زمانی که فرآیندهای روی الکترودها بی نهایت آهسته پیش می روند و قدرت جریان در مدار بی نهایت کم است.

حداکثر اختلاف پتانسیل ناشی از عملکرد برگشت پذیر یک سلول گالوانیکی است نیروی الکتروموتور (EMF) یک سلول گالوانیکی E.

EMF عنصر Eروی / مس = ? Cu 2+ /Cu + ? Zn 2+ / Zn + ? k + ? تفاوت

مستثنی کردن؟ تفاوت و؟ به: Eروی/مس = ? Cu 2+ /Cu + ? Zn 2+ / Zn = E Cu 2+ /Cu + E Zn 2 + / Zn سلول های گالوانیکی هستند که از دو الکترود فلزی یکسان در محلول های نمک این فلز با غلظت های مختلف C 1 > C 2 غوطه ور شده اند. کاتد در این حالت الکترودی با غلظت بالاتر خواهد بود، زیرا پتانسیل الکترود استاندارد هر دو الکترود برابر است.

زنجیره های تمرکز

تنها نتیجه عنصر غلظت، انتقال یون های فلزی از محلول غلیظ تر به محلول با غلظت کمتر است.

کار جریان الکتریکی در یک سلول گالوانیکی متمرکز، کار یک فرآیند انتشار است که در نتیجه تقسیم فضایی آن به دو فرآیند الکترود برگشت‌پذیر در جهت مخالف، به صورت برگشت‌پذیر انجام می‌شود.

5.2. طبقه بندی الکترودها

الکترود از نوع اول. یک صفحه فلزی غوطه ور در محلولی از نمک همان فلز. در طول عملیات برگشت پذیر عنصری که الکترود در آن قرار دارد، فرآیند انتقال کاتیون ها از فلز به محلول یا از محلول به فلز روی صفحه فلزی رخ می دهد.

الکترودهای نوع دوماین فلز با نمک کمی محلول آن فلز پوشیده شده و در محلولی حاوی نمک محلول دیگری با همان آنیون قرار دارد. الکترودهای این نوع نسبت به آنیون برگشت پذیر هستند.

الکترودهای مرجع- الکترودهایی با مقادیر پتانسیل کاملاً شناخته شده و قابل تکرار.

الکترود هیدروژنیک صفحه پلاتین است که در گاز هیدروژن غوطه ور شده و در محلولی حاوی یون هیدروژن غوطه ور شده است. هیدروژن جذب شده توسط پلاتین با هیدروژن گازی در تعادل است.

Pt، H 2 / H +

تعادل الکتروشیمیایی در الکترود:

2H + + 2e؟ - N 2.

پتانسیل یک الکترود هیدروژن استاندارد (با فعالیت یون H + 1 mol/l و فشار هیدروژن 101.3 کیلو پاسکال) صفر در نظر گرفته شده است.

پتانسیل الکترودی الکترود هیدروژنی غیر استاندارد:

الکترود کالاملشامل یک الکترود جیوه است که در محلول KCl با غلظت مشخص و اشباع شده با کالومل Hg 2 Cl 2 قرار می گیرد:

Hg / Hg 2 Cl 2 , KCl

الکترود کالومل با توجه به آنیونهای کلر برگشت پذیر است

الکترود کلرید نقره- برگشت پذیر با توجه به آنیون های کلر:

Ag/AgCl، KCl

اگر محلول KCl اشباع باشد، E AgC l = 0.2224 - 0.00065 (t - 25)، V.

الکترودهای نشانگرالکترودهای برگشت پذیر یون هیدروژن در عمل برای تعیین فعالیت این یون ها در محلول استفاده می شوند.

الکترود کین هیدرونیک سیم پلاتین است که داخل ظرفی با محلول آزمایشی فرو می‌رود، که قبلاً مقدار اضافی کین هیدرون C 6 H 4 O 2 C 6 H 4 (OH) 2 در آن قرار داده شده است - ترکیبی از کینون C 6 H 4 O 2 و هیدروکینون C 6 H 4 (OH ) 2 قادر به تبدیل متقابل در یک فرآیند ردوکس تعادلی است که در آن یون های هیدروژن شرکت می کنند:

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

اغلب استفاده می شود الکترود شیشه ایبه شکل لوله ای که به یک توپ شیشه ای با دیواره نازک ختم می شود. توپ با یک محلول بافر با مقدار pH مشخصی پر می شود که یک الکترود کمکی (معمولاً کلرید نقره) در آن غوطه ور می شود. برای اندازه گیری pH، یک الکترود شیشه ای به صورت جفت با یک الکترود مرجع در محلول آزمایش غوطه ور می شود. گلوله الکترود شیشه ای برای مدت طولانی با محلول اسید از قبل درمان می شود. در این حالت، یون های هیدروژن به دیواره های توپ وارد می شوند و جایگزین کاتیون های فلز قلیایی می شوند. فرآیند الکترود به تبادل یون هیدروژن بین دو فاز - محلول مورد مطالعه و شیشه: محلول H - H st + می رسد.

پتانسیل استاندارد E st 0 برای هر الکترود مقدار خاص خود را دارد که با گذشت زمان تغییر می کند. بنابراین، قبل از هر اندازه گیری pH، الکترود شیشه ای در برابر محلول های بافر استاندارد با pH دقیق مشخص شده کالیبره می شود.

الکترودهای ردوکس

الکترود متشکل از یک رسانای بی اثر از نوع اول قرار گرفته در محلول الکترولیت حاوی یک عنصر در حالت های مختلف اکسیداسیون نامیده می شود. ردوکسیا الکترود ردوکس

واکنش الکترود: Ох n+ + نه؟ -قرمز.

در این مورد من بی اثرنقش غیرمستقیم در واکنش الکترود دارد و واسطه انتقال الکترون ها از شکل کاهش یافته Me (قرمز) به شکل اکسید شده (Ox) یا بالعکس است.

6. پدیده های سطحی و جذب

6.1. کشش سطحی و جذب گیبس

پدیده های سطحیفرآیندهایی هستند که در مرز فاز رخ می دهند و به دلیل ویژگی های ترکیب و ساختار لایه سطحی (مرز) ایجاد می شوند.

Gs = ?s،

جایی که جی اس– سطح انرژی گیبس سیستم، J; ? - ضریب تناسب، به نام کشش سطحی، J/m 2. s - سطح سطحی، m2.

کشش سطحیOکمیتی است که با انرژی گیبس در واحد سطح لایه اندازه گیری می شود. از نظر عددی برابر است با کاری که باید در برابر نیروهای برهمکنش بین مولکولی انجام شود تا یک واحد سطح مشترک فاز در دمای ثابت تشکیل شود.

از مدل دوپره، کشش سطحیبرابر با نیرویی است که سطح مشترک را کاهش می دهد و در واحد طول کانتور سطح را محدود می کند

توانایی املاح در تغییر کشش سطحی حلال نامیده می شود فعالیت سطحی g:

طبقه بندی مواد بر اساس تأثیر آنها بر کشش سطحی حلال

1. سورفکتانت ها (سورفکتانت ها)- کشش سطحی حلال را کاهش دهید (محلول؟< ? 0) g >0 (نسبت به آب - ترکیبات آلی ساختار دودوست).

2. سورفکتانت ها- کشش سطحی حلال را کمی افزایش دهید (? محلول > ? 0) g< 0 (неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, ?-аминокислоты и др).

3. مواد غیر سطحی (NSS)– عملا کشش سطحی حلال را تغییر ندهید (? محلول = ? 0) g = 0 (در رابطه با آب، مواد ساکارز و تعدادی دیگر هستند).

قانون Duclos-Traube:در هر سری همولوگ در غلظت های پایین، طولانی شدن زنجیره کربن توسط یک گروه CH2 فعالیت سطحی را 3-3.5 برابر افزایش می دهد:

برای محلول های آبی اسیدهای چرب (معادله شیشکوفسکی):

جایی که بو به- ثابت های تجربی، ببه همین ترتیب برای کل سری همولوگ، K برای هر عضو بعدی سری 3-3.5 برابر افزایش می یابد.

فرآیند تغییر خود به خودی در غلظت هر ماده در سطح مشترک بین دو فاز نامیده می شود جذب جاذبماده ای است که در سطح آن تغییر در غلظت ماده دیگری رخ می دهد - جذب

ایزوترم جذب گیبس:

وجود ماده جذب بیش از حد در لایه سطحی نسبت به مقادیر اولیه آن در این لایه مشخص می کند بیش از اندازه،یا به اصطلاح گیبس، جذب(G).

6.2. جذب در سطح مشترک گاز جامد

جذب فیزیکیبه دلیل برهمکنش‌های واندروالسی مولکول جذب‌شده با سطح ایجاد می‌شود، با برگشت‌پذیری و کاهش جذب با افزایش دما مشخص می‌شود، یعنی گرمازایی (اثر حرارتی جذب فیزیکی معمولاً نزدیک به گرمای مایع شدن جاذب است 10- 80 کیلوژول بر مول).

جذب شیمیایی (جذب شیمیایی)از طریق فعل و انفعالات شیمیایی مولکول های جاذب و جاذب که معمولاً برگشت ناپذیر است انجام می شود. است محلی شده استیعنی مولکول های جاذب نمی توانند در امتداد سطح جاذب حرکت کنند. از آنجایی که جذب شیمیایی یک فرآیند شیمیایی است که به انرژی فعال سازی حدود 40-120 کیلوژول بر مول نیاز دارد، افزایش دما باعث وقوع آن می شود.

معادله هانری(جذب تک مولکولی روی سطح همگن در فشارهای کم یا غلظت کم):

G = Ksیا G = Kr

به- ثابت تعادل جذب، بسته به ماهیت جاذب و جاذب. اس، ص- غلظت املاح یا فشار گاز.

نظریه جذب تک مولکولی لانگمویر

1. جذب موضعی است و توسط نیروهای نزدیک به مواد شیمیایی ایجاد می شود.

2. جذب روی سطح همگن جاذب اتفاق می افتد.

3. فقط یک لایه از مولکول های جذب شده می تواند روی سطح تشکیل شود.

4. فرآیند جذب برگشت پذیر و متعادل است.

ایزوترم جذب لانگمویر:

جایی که Г 0 – ظرفیت تک لایه- ثابت برابر با جذب محدود کننده مشاهده شده در غلظت های نسبتاً تعادل بالا، mol/m2. ب- ثابت برابر با نسبت ثابت سرعت جذب و ثابت سرعت واجذب.

معادله فروندلیچ(جذب روی سطح غیر یکنواخت): Г = K F با n،جایی که. K Fثابت عددی برابر با جذب در غلظت تعادل برابر با واحد است. n- ثابتی که انحنای ایزوترم جذب را تعیین می کند (ن= 0,1–0,6).

جذب مولکولی از محلول ها:

که در آن C 0 غلظت اولیه ماده جاذب است. با- غلظت تعادلی مواد جاذب V- حجم محلول جاذب؛ متر- جرم جاذب

مربع S0،به ازای هر یک مولکول در لایه جذب اشباع، - محل فرود:

m 2 / مولکول.

ضخامت لایه جذب:

جایی که م- وزن مولکولی سورفکتانت؛ ? - چگالی سورفکتانت

قانون رابیندر:جذب‌های قطبی از حلال‌های کم‌قطبی بهتر روی جاذب‌های قطبی جذب می‌شوند. بر روی جاذب های قطبی - جذب های غیر قطبی از حلال های قطبی.

جهت گیری مولکول های سورفکتانت روی سطح جاذب به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است:

6.3. جذب از محلول های الکترولیت

تبادل جذب- فرآیند تبادل یونی بین یک محلول و فاز جامد، که در آن فاز جامد یون‌های یک علامت خاص (کاتیون‌ها یا آنیون‌ها) را از محلول جذب می‌کند و در عوض می‌تواند تعداد معادلی از یون‌های دیگر با همان علامت را در محلول آزاد کند. . برای همیشه خاص،یعنی برای یک جاذب معین، فقط یون های خاصی قادر به تبادل هستند. جذب تبادلی معمولاً برگشت ناپذیر است.

قانون پاکت-پسکوف-فایانس:روی سطح یک جامد کریستالی، یک یون به طور خاص از محلول الکترولیت جذب می‌شود، که می‌تواند شبکه بلوری خود را تکمیل کند یا می‌تواند با یکی از یون‌هایی که کریستال را تشکیل می‌دهند، ترکیبی با محلول ضعیف ایجاد کند.

7. سیستم های کلوئیدی (پراکنده).

سیستم کلوئیدی (پراکنده)یک سیستم ناهمگن است که در آن یکی از فازها توسط ذرات کوچک به طور یکنواخت در حجم فاز همگن دیگر توزیع شده است. اینها سیستم های فوق میکروتروژنی هستند که از ذرات تشکیل شده اند فاز پراکنده- مجموعه ای از ذرات خرد شده که اندازه آنها در 10 -9 -10 -5 متر و پیوسته است. محیط پراکندگی،که این ذرات در آن توزیع می شوند.

نشانه ها حالت کلوئیدی یک ماده - پراکندگی و ناهمگنی.

درجه پراکندگی؟- متقابل قطر متوسط ​​یا برای ذرات غیر کروی، متقابل قطر معادل متوسط د(m -1):

سطح خاص- نسبت سطح کل فاز پراکنده S DF به حجم کل یا جرم آن:

7.1. طبقه بندی و روش های تولید سیستم های پراکنده

طبقه بندی بر اساس وضعیت تجمع فازها

یک سیستم پراکنده که در آن فاز پراکنده و محیط پراکندگی هر دو گاز باشند وجود ندارد، زیرا گازها بی نهایت در یکدیگر محلول هستند.

طبقه بندی سیستم ها بر اساس اندازه ذرات فاز پراکنده:

1) بسیار پراکنده، 10 -9_ 10 -7 متر (شیشه یاقوت).

2) پراکندگی متوسط، 10 -7_ 10 -5 متر (قهوه فوری).

3) درشت، > 10-5 متر (قطرات باران).

روش های بدست آوردن سیستم های کلوئیدی پراکنده شدن

پراکندگی فیزیکی:آسیاب مکانیکی با استفاده از آسیاب های کلوئیدی. پاشش الکتریکی مواد؛ پراکندگی اولتراسونیک و روش های دیگر. برای جلوگیری از چسبیدن ذرات به هم، پراکندگی در حضور انجام می شود تثبیت کننده- الکترولیت یا ماده جذب شده در سطح مشترک (سورفکتانت ها).

پراکندگی شیمیایی (پپتیزاسیون):انتقال رسوب تازه آماده شده به حالت کلوئیدی با استفاده از پپتیزر.

تراکم

تراکم فیزیکی: 1) روش جایگزینی حلال، که شامل افزودن یک مایع قابل امتزاج با حلال است که در آن خود ماده کمی محلول است، به محلول واقعی یک ماده. به دلیل کاهش حلالیت ماده در حلال جدید، محلول فوق اشباع می شود و بخشی از ماده متراکم می شود و ذرات فاز پراکنده را تشکیل می دهد. 2) روش تراکم از بخارات. ماده اولیه در بخار است. با کاهش دما، بخار فوق اشباع شده و تا حدی متراکم می شود و یک فاز پراکنده را تشکیل می دهد.

تراکم شیمیایی:هر واکنش شیمیایی که منجر به تشکیل یک ترکیب کم محلول شود. برای به دست آوردن یک محلول کلوئیدی، واکنش باید در محلول رقیق با سرعت رشد ذرات کم انجام شود؛ یکی از مواد اولیه بیش از حد گرفته می شود و به عنوان تثبیت کننده عمل می کند.

7.2. خواص نوری سیستم های پراکنده

هنگامی که نور بر روی یک سیستم پراکنده می افتد، پدیده های زیر را می توان مشاهده کرد:

عبور نورذرات فاز پراکنده (مشاهده شده برای سیستم های شفاف که در آنها ذرات بسیار کوچکتر از طول موج نور فرودی هستند (r<< ?);

شکست نورذرات فاز پراکنده (اگر این ذرات شفاف باشند).

انعکاس نورذرات فاز پراکنده (اگر ذرات مات باشند)؛

انکسار و بازتابنور برای سیستم هایی مشاهده می شود که در آنها ذرات بسیار طولانی تر از طول موج نور فرودی هستند (r >> ?). از نظر بصری، این پدیده در کدورت این سیستم ها بیان می شود.

پراکندگی نورمشاهده شده برای سیستم هایی که در آنها ذرات فاز پراکنده کوچکتر هستند، اما قابل مقایسهبا طول موج نور فرودی (r ? 0.1 ?)؛

جذب(جذب) نور توسط فاز پراکنده با تبدیل انرژی نور به انرژی حرارتی.

معادله ریلی:

جایی که I, I 0 – شدت نور پراکنده و فرود. V- حجم یک ذره؛ ? - غلظت جزئی (تعداد ذرات در واحد حجم)؛ ? - طول موج؛ n 1، n 0به ترتیب ضریب شکست ذرات و محیط هستند.

پدیده رنگ های مختلف یک محلول کلوئیدی در نور عبوری و پراکنده (بازتاب شده) نامیده می شود. مادیدر مورد محلول های رنگی، برهم نهی رنگ خود و رنگ ناشی از مادی (پدیده) وجود دارد. دو رنگی نور).

7.3. خواص جنبشی مولکولی

برای سیستم های کلوئیدی معمول است حرکت براونی- حرکت تصادفی مداوم ذرات با اندازه های میکروسکوپی و کلوئیدی. این حرکت هر چه دما بیشتر باشد و جرم ذره و ویسکوزیته محیط پراکندگی کمتر باشد، شدیدتر است.

انتشار- یک فرآیند خود به خودی برای یکسان سازی غلظت ذرات.

قانون فیک:

به دلیل اندازه بزرگ ذرات کلوئیدی، انتشار در سیستم های کلوئیدی در مقایسه با محلول های واقعی کند است.

فشار اسمزی:

که در آن mtot جرم ماده محلول است. متر- جرم یک ذره؛ V- حجم سیستم؛ N A- شماره آووگادرو؛ تی- دمای مطلق؛ ? - غلظت جزئی؛ ک- ثابت بولتزمن

برای ذرات کروی:

جایی که؟ m جرم فاز پراکنده در واحد حجم محلول است. ? - چگالی محیط پراکندگی؛ r شعاع ذره است.

7.4. ساختار میسل

میسل لیوفوبیکاین سیستم یک میکروسیستم ناهمگن نامیده می شود که از یک میکروکریستال فاز پراکنده تشکیل شده است که توسط یون های تثبیت کننده حل شده احاطه شده است.

تعیین کننده بالقوهیون هایی نامیده می شوند که روی سطح ذره ای از فاز جامد جذب می شوند (واحد)و شارژ دادن به آن سنگدانه، همراه با یون های تعیین کننده پتانسیل، تشکیل می دهند هسته میسل

شمارنده ها- یون هایی که در نزدیکی هسته میسل گروه بندی می شوند.

محل یون های ضد در یک محیط پراکندگی توسط دو عامل متضاد تعیین می شود: حرکت حرارتی (انتشار) و جاذبه الکترواستاتیکی.

Counterions موجود در متراکم لایه جذب،"متصل" نامیده می شوند و همراه با هسته تشکیل می شوند ذره یا گرانول کلوئیدی یک ذره کلوئیدی (گرانول) دارای بار است که علامت آن با علامت بار یون های تعیین کننده پتانسیل مشخص می شود.

شکل گیری کنتر لایه پراکنده،– «متحرک» یا «رایگان».

یک ذره کلوئیدی با یک لایه پراکنده اطراف از ضدیون های حل شده تشکیل می شود میسلبرخلاف ذرات کلوئیدی، میسل از نظر الکتریکی خنثی است و ابعاد کاملاً مشخصی ندارد.

در یک میسل با یک تثبیت کننده یونی، یک EDL در مرز فاز وجود دارد؛ یک تفاوت پتانسیل بین فاز پراکنده و محیط پراکندگی ایجاد می‌شود. پتانسیل ترمودینامیکی f (واسطه)،که توسط خواص یک سیستم پراکنده معین، و همچنین بار و غلظت یون های تعیین کننده پتانسیل جذب شده در فاز جامد تعیین می شود.

حرکت ذرات باردار کلوئیدی در یک مایع ثابت به یکی از الکترودها تحت تأثیر میدان الکتریکی خارجی نامیده می شود. الکتروفورز

سطحی که حرکت روی آن رخ می دهد نامیده می شود سطح کشوییبزرگی پرش پتانسیل در مرز فازهایی که نسبت به یکدیگر در حین الکتروفورز و در حرکت براونی در حال حرکت هستند، یعنی روی سطح لغزش، نامیده می شود. الکتروکینتیک یا پتانسیل؟ (پتانسیل زتا).

7.5. ثبات و انعقاد

پایداری سیستم های پراکندهتوانایی فاز پراکنده برای حفظ وضعیت توزیع یکنواخت ذرات در کل حجم محیط پراکندگی را مشخص می کند.

دو نوع پایداری نسبی سیستم های پراکنده وجود دارد: ته نشینی و تجمع

پایداری رسوب- توانایی یک سیستم برای مقاومت در برابر اثرات گرانش. ته نشینی عبارت است از ته نشین شدن ذرات در محلول تحت تأثیر گرانش.

وضعیت تعادل رسوبی:ذره با سرعت ثابت حرکت می کند، یعنی. به طور مساوی،نیروی اصطکاک نیروی گرانش را متعادل می کند:

6??rU = 4/3?r 3 (? – ? 0) گرم،

جایی که؟ – چگالی فاز پراکنده، ? 0 – چگالی محیط پراکندگی، g – شتاب گرانش، ? – ویسکوزیته محیط

ثبات تجمعیتوانایی ذرات فاز پراکنده را برای مقاومت در برابر چسبندگی خود به یکدیگر و در نتیجه حفظ اندازه خود مشخص می کند.

هنگامی که ثبات تجمعی نقض می شود، انعقاد فرآیند چسبیدن ذرات به هم و تشکیل سنگدانه های بزرگ است.در نتیجه انعقاد، سیستم پایداری ته نشینی خود را از دست می دهد، زیرا ذرات بیش از حد بزرگ می شوند و نمی توانند در حرکت براونی شرکت کنند.

علل انعقاد:

> تغییر دما؛

> اثر میدان های الکتریکی و الکترومغناطیسی؛

> عمل نور مرئی؛

> تابش با ذرات بنیادی؛

> ضربه مکانیکی؛

> افزودن الکترولیت و غیره

انعقاد با الکترولیت ها بیشترین علاقه عملی را دارد.

انواع انعقاد با الکترولیت

تمرکزانعقاد تحت تأثیر رخ می دهد بي تفاوتالکترولیت ها بي تفاوتالکترولیت نامیده می شود که با معرفی آن پتانسیل سطحی<р не изменяется. Данный электролит не содержит таких ионов, которые были бы способны к специфической адсорбции на частицах по правилу Па-нета-Фаянса, т. е. не способны достраивать кристаллическую решетку агрегата:

حالتی که در آن لایه منتشر ناپدید می شود و ذره کلوئیدی از نظر الکتریکی خنثی می شود نامیده می شود ایزوالکتریک- پتانسیل الکتروکینتیک (؟) صفر است، انعقاد اتفاق می افتد. فرمول میسل در این حالت به شکل: (mnAg + nNO 3 ?) 0 است.

خنثی سازیانعقاد زمانی رخ می دهد که به یک سل اضافه شود غیر بی تفاوتالکترولیت بي تفاوتالکترولیت نامیده می شود که می تواند پتانسیل های الکتروکینتیک سطحی (?) و خطی مرتبط (?) را تغییر دهد، یعنی این الکترولیت حاوی یون هایی است که می توانند به طور خاص روی سطح سنگدانه جذب شوند، شبکه کریستالی آن را تکمیل کنند، یا از نظر شیمیایی با یون های تعیین کننده پتانسیل برهم کنش داشته باشند. .

فرآیند برگشت پذیری که در آن انعقاد به حالت کلوئیدی باز می گردد نامیده می شود پپتیزاسیون یا تفکیک

قوانین انعقاد

1. تمام الکترولیت های قوی که به مقدار کافی به سل اضافه می شود باعث انعقاد آن می شود. حداقل غلظت الکترولیت که باعث انعقاد سل در مدت زمان معینی می شود نامیده می شود آستانه انعقاد:

که در آن C el غلظت الکترولیت منعقد کننده است. V el – حجم الکترولیت اضافه شده؛ V sol (معمولا 10 میلی لیتر) - حجم سل.

2. اثر انعقاد توسط یونی که بار آن با بار ضدیونهای میسل سل لیوفوبیک منطبق است (بار یون منعقد کننده مخالف بار ذره کلوئیدی است) دارد. این یون نامیده می شود یون منعقد کننده

3. هرچه بار یون بیشتر باشد، توانایی انعقاد یون منعقد کننده بیشتر است:

قانون اهمیت:

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

توانایی انعقاد یون با بار یکسان بیشتر است، شعاع کریستالی آن بزرگتر است. Ag + > Cs + > Rb + > NH 4 + > K + > Na + > Li+ - سری لیوتروپیک

حفاظت کلوئیدیافزایش پایداری تجمعی یک سل با وارد کردن یک HMC (ترکیب با وزن مولکولی بالا) یا یک سورفکتانت (سورفکتانت) در آن نامیده می شود.

شماره حفاظتیحداقل میلی گرم ماده خشکی است که برای محافظت از 10 میلی لیتر از سل لازم است وقتی یک الکترولیت به مقداری برابر با آستانه انعقاد به آن اضافه می شود.

طبقه بندی علوم بر اساس طبقه بندی اشکال حرکت ماده و روابط و تفاوت های آنها است. بنابراین، برای ترسیم مرزهای شیمی فیزیک با تعدادی از شاخه های فیزیک و شیمی، باید ارتباط و تفاوت بین اشکال شیمیایی و فیزیکی حرکت را در نظر گرفت.

شکل شیمیایی حرکت، یعنی فرآیند شیمیایی، با تغییر در تعداد و آرایش اتم ها در مولکول مواد واکنش دهنده مشخص می شود. در میان بسیاری اشکال فیزیکی حرکت (میدان الکترومغناطیسی، حرکت و تبدیل ذرات بنیادی، فیزیک هسته اتم و غیره) ارتباط نزدیکی با فرآیندهای شیمیایی دارد. شکل حرکت درون مولکولی (ارتعاشات در یک مولکول؛ تحریک الکترونیکی و یونیزاسیون آن). ساده ترین فرآیند شیمیایی - عمل اولیه تفکیک حرارتی یک مولکول - با افزایش شدت (دامنه و انرژی) ارتعاشات در مولکول، به ویژه ارتعاشات هسته ها در امتداد پیوند ظرفیت بین آنها اتفاق می افتد. رسیدن به مقدار بحرانی شناخته شده انرژی ارتعاش در جهت یک پیوند خاص در یک مولکول منجر به گسیختگی این پیوند و تجزیه مولکول به دو قسمت می شود.

واکنش‌های پیچیده‌تر شامل چندین مولکول (معمولاً دو) را می‌توان ترکیبی از دو مولکول در هنگام برخورد آنها به یک مجتمع شکننده و کوتاه‌مدت (به اصطلاح کمپلکس فعال) و تخریب سریع این کمپلکس به مولکول‌های جدید در نظر گرفت. این مجموعه در هنگام ارتعاشات داخلی از طریق اتصالات خاص ناپایدار است.

بنابراین، یک عمل شیمیایی ابتدایی یک نقطه حساس و ویژه در حرکت ارتعاشی مولکول ها است. دومی به خودی خود نمی تواند یک حرکت شیمیایی در نظر گرفته شود، اما اساس فرآیندهای شیمیایی اولیه است.

برای تبدیل شیمیایی توده های قابل توجهی از ماده، یعنی بسیاری از مولکول ها، برخورد مولکول ها و تبادل انرژی بین آنها ضروری است (انتقال انرژی حرکت مولکول های محصولات واکنش به مولکول های مواد شروع کننده از طریق برخورد). بنابراین، فرآیند شیمیایی واقعی ارتباط نزدیکی با دوم دارد شکل فیزیکی حرکت - حرکت آشفته مولکول های اجسام ماکروسکوپی که اغلب به آن حرکت حرارتی می گویند.

روابط متقابل شكل شيميايي حركت با دو شكل فيزيكي حركت در بالا به اختصار و با كلي ترين عبارات بيان شده است. بدیهی است که بین فرآیند شیمیایی و تابش حرکت میدان الکترومغناطیسی، با یونیزاسیون اتم‌ها و مولکول‌ها (الکتروشیمی) و غیره، ارتباطات یکسانی وجود دارد.

ساختار ماده . این بخش شامل ساختار اتم ها، ساختار مولکول ها و مطالعه حالت های تجمع می باشد.

مطالعه ساختار اتم ها بیشتر به فیزیک مربوط می شود تا شیمی فیزیک. این دکترین اساس مطالعه ساختار مولکول ها است.

مطالعه ساختار مولکول ها به بررسی هندسه مولکول ها، حرکات درون مولکولی و نیروهایی که اتم ها را در یک مولکول متصل می کند، می پردازد. در مطالعات تجربی ساختار مولکول‌ها، روش طیف‌سنجی مولکولی (از جمله طیف‌سنجی رادیویی) بیشترین استفاده را دارد؛ روش‌های الکتریکی، رادیوگرافی، مغناطیسی و غیره نیز بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مطالعه حالت های تجمع، برهمکنش مولکول ها در گازها، مایعات و بلورها و همچنین خواص مواد در حالت های مختلف تجمع را بررسی می کند. این شاخه از علم که برای شیمی فیزیک بسیار مهم است را می توان بخشی از فیزیک (فیزیک مولکولی) دانست.

کل بخش ساختار ماده را نیز می توان بخشی از فیزیک در نظر گرفت.

ترمودینامیک شیمیایی . در این قسمت بر اساس قوانین ترمودینامیک عمومی، قوانین تعادل شیمیایی و دکترین تعادل فاز که معمولاً قاعده فاز نامیده می شود، ارائه می شود. بخشی از ترمودینامیک شیمیایی است ترموشیمی،که به اثرات حرارتی واکنش های شیمیایی می پردازد.

هدف مطالعه محلول ها تبیین و پیش بینی خواص محلول ها (مخلوط های همگن چند ماده) بر اساس خواص مواد تشکیل دهنده محلول است.

حل این مشکل مستلزم ساخت یک نظریه کلی از برهمکنش مولکول های غیرمشابه است، یعنی حل مسئله اصلی فیزیک مولکولی. برای توسعه نظریه عمومی و تعمیم های خاص، ساختار مولکولی محلول ها و خواص مختلف آنها بسته به ترکیب مورد مطالعه قرار می گیرد.

دکترین پدیده های سطحی . خواص مختلف لایه های سطحی جامدات و مایعات (واسط بین فازها) مورد مطالعه قرار می گیرد. یکی از پدیده های اصلی مورد مطالعه در لایه های سطحی است جذب(تجمع مواد در لایه سطحی).

در سیستم‌هایی که سطح مشترک بین فازهای مایع، جامد و گاز بسیار توسعه یافته است (محلول‌های کلوئیدی، امولسیون‌ها، مه‌ها، بخارات)، ویژگی‌های لایه‌های سطحی اهمیت اولیه پیدا می‌کنند و بسیاری از ویژگی‌های منحصر به فرد کل سیستم را در کل تعیین می‌کنند. . چنین ریزهتروژنسیستم ها در حال مطالعه هستند شیمی کلوئید،که یک بخش مستقل بزرگ شیمی فیزیک و یک رشته دانشگاهی مستقل در موسسات آموزش عالی شیمی است.

الکتروشیمی. برهمکنش پدیده های الکتریکی و واکنش های شیمیایی (الکترولیز، منابع شیمیایی جریان الکتریکی، تئوری الکتروسنتز) مورد بررسی قرار می گیرد. الکتروشیمی معمولاً شامل مطالعه خواص محلول های الکترولیت می شود که به همان اندازه می توان آن را به مطالعه محلول ها نسبت داد.

سینتیک شیمیایی و کاتالیز . سرعت واکنش های شیمیایی مورد مطالعه قرار می گیرد، وابستگی سرعت واکنش به شرایط خارجی (فشار، دما، تخلیه الکتریکی و غیره)، رابطه سرعت واکنش با ساختار و حالات انرژی مولکول ها، تأثیر بر سرعت واکنش موادی که در معادله واکنش استوکیومتری شرکت نمی کنند (کاتالیزور).

فتوشیمی. برهمکنش تشعشع و مواد دخیل در دگرگونی های شیمیایی مورد مطالعه قرار می گیرد (واکنش هایی که تحت تأثیر تابش رخ می دهند، به عنوان مثال، فرآیندهای عکاسی و فتوسنتز، لومینسانس). فتوشیمی ارتباط نزدیکی با سینتیک شیمیایی و مطالعه ساختار مولکول ها دارد.

فهرست بالا از بخش‌های اصلی شیمی فیزیک، برخی از حوزه‌های اخیراً پدید آمده و بخش‌های کوچک‌تر این علم را که می‌توان آن‌ها را بخش‌هایی از بخش‌های بزرگ‌تر یا به‌عنوان بخش‌های مستقل شیمی فیزیک در نظر گرفت، پوشش نمی‌دهد. اینها، برای مثال، شیمی پرتو، شیمی فیزیک مواد با مولکولی بالا، مغناطیس شیمی، الکتروشیمی گاز و سایر شاخه های شیمی فیزیک هستند. اهمیت برخی از آنها در حال حاضر به سرعت در حال افزایش است.

روشهای تحقیق فیزیکی و شیمیایی

روش های اساسی شیمی فیزیک طبیعتاً روش های فیزیک و شیمی هستند. این اول از همه یک روش تجربی است - مطالعه وابستگی خواص مواد به شرایط خارجی و مطالعه تجربی قوانین وقوع واکنش های شیمیایی در طول زمان و قوانین تعادل شیمیایی.

درک نظری مواد تجربی و ایجاد یک سیستم منسجم از دانش خواص مواد و قوانین واکنش های شیمیایی بر اساس روش های فیزیک نظری زیر است.

روش مکانیک کوانتومی (به ویژه، روش مکانیک موج)، که زیربنای دکترین ساختار و خواص اتم‌ها و مولکول‌ها و برهمکنش آنها با یکدیگر است. حقایق مربوط به خواص مولکول های منفرد عمدتاً با روش های نوری تجربی به دست می آیند.

روش فیزیک آماری ، که امکان محاسبه خواص یک ماده را فراهم می کند. متشکل از بسیاری از مولکول ها (خواص "ماکروسکوپی")، بر اساس اطلاعات در مورد خواص مولکول های جداگانه.

روش ترمودینامیکی که امکان ارتباط کمی خواص مختلف یک ماده (خواص "ماکروسکوپی") و محاسبه برخی از این خصوصیات را بر اساس مقادیر تجربی سایر خواص ممکن می کند.

تحقیقات فیزیکی و شیمیایی مدرن در هر زمینه خاص با استفاده از انواع روش های تجربی و نظری برای مطالعه خواص مختلف مواد و روشن کردن رابطه آنها با ساختار مولکول ها مشخص می شود. کل مجموعه داده ها و روش های نظری فوق برای رسیدن به هدف اصلی - برای روشن کردن وابستگی جهت، سرعت و محدودیت های تبدیل های شیمیایی به شرایط خارجی و ساختار مولکول های شرکت کننده در واکنش های شیمیایی استفاده می شود.

وزارت آموزش و پرورش فدراسیون روسیه دانشگاه پلی تکنیک تومسک _________________________________________________________________________________ N. A. Kolpakova, V. A. Kolpakov, S. V. Romanenko کتاب درسی شیمی فیزیک قسمت اول Tomsk 2004 UDC 541.1 Physical chemistry. کتاب درسی / N. A. Kolpakova، V. A. Kolpakov، S. V. روماننکو. - تومسک: انتشارات. TPU, 2004. - Part 1. - 168 p. کتاب درسی بخش های زیر از "شیمی فیزیک" را پوشش می دهد: قوانین اساسی ترمودینامیک، تعادل شیمیایی و فاز، ترمودینامیک محلول های غیر الکترولیت. این راهنما در گروه شیمی فیزیک و تجزیه TPU تهیه شده است و برای دانشجویان آموزش از راه دور در رشته های شیمی در نظر گرفته شده است. منتشر شده بر اساس قطعنامه شورای تحریریه و انتشارات دانشگاه پلی تکنیک تومسک منتقدان: Kurina L.N. - پروفسور گروه شیمی فیزیک، TSU، دکترای شیمی. علوم; بوینوفسکی A.S. - مدیر بخش شیمی TPU STU، دکترای شیمی. علمی © دانشگاه پلی تکنیک تومسک، 2004 © نویسندگان، 2004 فصل 1. مقدمه ای بر شیمی فیزیک 1.1. طرحی مختصر تاریخی از توسعه شیمی فیزیک نام و تعریف محتوای شیمی فیزیک برای اولین بار توسط M. V. Lomonosov (1752) ارائه شد: "شیمی فیزیک علمی است که بر اساس اصول و آزمایشات فیزیکی باید توضیح دهد. دلیل آنچه از طریق عملیات شیمیایی در اجسام پیچیده رخ می دهد. تدریس شیمی فیزیک در روسیه به عنوان یک علم مستقل توسط پروفسور معرفی شد. N. N. Beketov در سال 1860 در دانشگاه خارکف. مهمترین تحقیقات نظری و تجربی لومونوسوف او را به اکتشافاتی سوق داد که حتی اکنون نیز اهمیت خود را از دست نداده اند. لومونوسوف به تعریف صحیح اصل بقای ماده و حرکت، ماهیت جنبشی گرما نزدیک شد و همچنین به عدم امکان انتقال خود به خود گرما از یک جسم سردتر به یک جسم گرمتر اشاره کرد که در حال حاضر یکی از فرمول های قانون دوم ترمودینامیک در طول قرن بعد، تحقیقاتی انجام شد که بر اساس آن اکتشافات و تعمیم های مهم بسیاری انجام شد. K.V. Scheele در سوئد (1773) و Fontana در فرانسه (1777) جذب گازها را کشف کردند. T. E. Lovitz در روسیه (1785) جذب از محلول ها را کشف کرد. A.L. Lavoisier و P.S. Laplace در فرانسه (1779-1784) ظرفیت گرمایی مواد و اثرات حرارتی واکنش ها را مطالعه کردند. در آغاز قرن نوزدهم. G. Davy در انگلستان و L. J. Tenard در فرانسه واکنش‌های کاتالیزوری را کشف کردند و J. Ya. Berzelius در سوئد (1835) ایده‌هایی را در مورد کاتالیزور توسعه دادند. پایه های الکتروشیمی با تحقیق بر روی سلول های گالوانیکی، الکترولیز و انتقال جریان در الکترولیت ها گذاشته شد. Galvani و A. Volta در ایتالیا در سال 1799 یک سلول گالوانیکی ایجاد کردند. V.V. Petrov در روسیه (1802) پدیده قوس الکتریکی را کشف کرد. T. Grothus در روسیه در (1805) پایه های تئوری الکترولیز را بنا نهاد. در سال 1800، جی دیوی نظریه الکتروشیمیایی برهمکنش مواد را مطرح کرد: او به طور گسترده ای از الکترولیز برای تحقیقات شیمیایی استفاده کرد. M. Faraday، شاگرد دیوی، در 1833-1834. قوانین کمی الکترولیز را تدوین کرد. B. S. Jacobi در روسیه، با حل مشکلات استفاده عملی از فرآیند الکترولیز، گالوانوپلاستی را در سال 1836 کشف کرد. در نیمه اول قرن نوزدهم. با تشکر از آثار D. Dalton در انگلستان (1801-1803)، J. L. Gay-Lussac در فرانسه (1802) و A. Avogadro در ایتالیا (1811) که مهمترین قوانین حالت گازی را کشف کردند، 3 ایده اتمی به طور گسترده توسعه یافته است. آثار G. I. Hess (1802-1856) در مورد گرما شیمی متعلق به همین دوره است. K. Guldberg و P. Waage در نروژ (1864-1867)، J. W. Gibbs در ایالات متحده (1873-1878) نظریه ترمودینامیکی تعادل شیمیایی را توسعه دادند و A. L. Le Chatelier در فرانسه (1884) اصل کلی تعادل جابجایی را کشف کردند. شرایط خارجی تغییر می کند تئوری ترمودینامیکی تعادل شیمیایی در آثار شیمیدان هلندی J. H. van't Hoff ایجاد شد. او همچنین نظریه کمی محلول های رقیق را توسعه داد (1885-1889). انتقال برق در محلول ها در آلمان توسط I. V. Hittorf و F. W. G. Kohlrausch مورد مطالعه قرار گرفت. دانشمند سوئدی S. A. Arrhenius آن را در 1883-1887 توسعه داد. نظریه تفکیک الکترولیتی A. M. Butlerov، که نظریه ساختار ترکیبات آلی را ایجاد کرد، تأثیر عمیقی در توسعه شیمی فیزیکی گذاشت. شیمیدان بزرگ روسی D.I. Mendeleev (1834-1907) وجود دمای بحرانی (1860) را کشف کرد، معادله کلی حالت گازها را استخراج کرد (1874) و نظریه شیمیایی محلولها را توسعه داد (1887). D. P. Konovalov (1889)، شاگرد مندلیف، یکی از بنیانگذاران نظریه راه حل ها است. در پایان قرن نوزدهم. تعدادی از اکتشافات عمده در زمینه مطالعه ساختار ماده انجام شد که پیچیدگی ساختار اتم را به اثبات رساند و نقش بزرگی در توسعه شیمی فیزیک ایفا کرد. اینها شامل کشف الکترون توسط J. B. Perrin (1895) و J. Thomson (1897)، ماهیت کوانتومی نور توسط R. Planck (1900)، وجود فشار نور توسط P. N. Lebedev (1899)، مطالعه (از زمان 1898) پدیده های رادیواکتیویته توسط P. Curie و M. اسکلودوفسکا-کوری. با آغاز قرن بیستم. شیمی فیزیک به عنوان علمی تعریف شد که به مطالعه ساختار ماده، ترمودینامیک شیمیایی، از جمله ترموشیمی و مطالعه تعادل، محلول‌ها، سینتیک شیمیایی و الکتروشیمی می‌پردازد. روش‌های نظری جدیدی به کار گرفته شد و مطالعات ساختار اتم‌ها، مولکول‌ها و کریستال‌ها مورد توجه قرار گرفت. دکترین ساختار ماده، به ویژه ساختار اتم ها و مولکول ها، در قرن بیستم با بیشترین سرعت توسعه یافت. یک دستاورد بزرگ در این زمینه نظریه هسته ای اتم بود که توسط E. Rutherford (1911) ارائه شد و در اولین نظریه کمی اتم هیدروژن که توسط فیزیکدان دانمارکی N. Bohr (1913) توسعه یافت، توسعه یافت. مطالعه ماهیت پیوندهای شیمیایی و ساختار مولکول ها به موازات مطالعه ساختار اتم توسعه یافته است. با آغاز دهه 20 قرن حاضر، V. Kossel و G. N. Lewis پایه های نظریه الکترونیکی پیوند شیمیایی را توسعه دادند. W. G. Heitler و F. London (1927) نظریه مکانیک کوانتومی پیوندهای شیمیایی را توسعه دادند. بر اساس بزرگترین اکتشافات فیزیک در زمینه ساختار اتمی و با استفاده از روش های نظری مکانیک کوانتومی و فیزیک آماری و همچنین روش های تجربی جدید مانند آنالیز اشعه ایکس، طیف سنجی، طیف سنجی جرمی، روش های مغناطیسی، روش اتم برچسب دار و دیگران، فیزیکدانان و شیمیدانان فیزیک در مطالعه ساختار مولکول ها و کریستال ها و درک ماهیت پیوندهای شیمیایی پیشرفت های زیادی کرده اند. مطالعه سرعت واکنش‌های شیمیایی، به عنوان مثال، سینتیک شیمیایی، که اکنون به طور خاص با مطالعات ساختار مولکول‌ها و استحکام پیوندهای بین اتم‌ها در یک مولکول همراه است، توسعه زیادی یافته است. شاخه های جدیدی از شیمی فیزیک پدید آمده و با موفقیت در حال توسعه هستند: شیمی مغناطیسی، شیمی تابش، شیمی فیزیک پلیمرهای بالا، شیمی فیزیک سیلیکات ها، الکتروشیمی گاز و غیره. در آن دوره هایی که یک یا آن نیاز عملی توسعه سریع هر شاخه ای از صنعت را ضروری می کرد و این توسعه مستلزم یک پایه نظری محکم بود. در اینجا لازم است به تحقیقات عمده N. S. Kurnakov در مورد تجزیه و تحلیل فیزیکوشیمیایی، کار در زمینه الکتروشیمی توسط A. N. Frumkin، ایجاد نظریه واکنش های زنجیره ای توسط N. N. Semenov و توسعه نظریه کاتالیز ناهمگن توسط A. A. Balandin اشاره کنیم. . شیمی فیزیک نقش اصلی را در حل مشکلات متعددی که علم و عمل شیمی با آن مواجه است ایفا می کند. در حال حاضر شیمی فیزیک یک رشته مستقل با روش های تحقیقاتی خاص خود است و مبنای نظری رشته های کاربردی شیمی- فناوری است. 1.2. موضوع و وظایف شیمی فیزیک شیمی فیزیک علم قوانین فرآیندهای شیمیایی و پدیده های فیزیکی است. وظیفه اصلی شیمی فیزیک مطالعه و توضیح قوانین اساسی است که جهت فرآیندهای شیمیایی، سرعت وقوع آنها، تأثیر محیط، ناخالصی ها، تشعشعات و شرایط به دست آوردن حداکثر بازده یک ماده مفید را تعیین می کند. تولید - محصول. مطالعه شیمی فیزیک فرصتی برای درک قوانین شیمی و پیش بینی و کنترل پدیده های شیمیایی فراهم می کند. شیمی فیزیک مدرن حل مشکلات مدیریت تولید موثر، تشدید و اتوماسیون فرآیندهای تولید را ممکن می سازد. این به عنوان مبنای نظری فناوری شیمیایی عمل می کند. فرآیندهای مهم تولید در فناوری شیمیایی مانند سنتز و اکسیداسیون آمونیاک، تولید تماسی اسید سولفوریک، تولید اتانول از گاز طبیعی، کراکینگ نفت و بسیاری دیگر بر اساس نتایج مطالعات فیزیکوشیمیایی واکنش‌های زیربنایی این 5 فرآیند است. بدون شیمی فیزیک، حل مشکل ایجاد مواد با خواص داده شده، توسعه منابع فعلی جدید و بسیاری از مسائل دیگر تولید کارآمد غیرممکن است. بنابراین، دانش شیمی فیزیک برای مهندسان صنایع آینده فرصت های بزرگی را برای حل مسائل مختلف در فعالیت های عملی یک مهندس در کارخانه ها و موسسات تحقیقاتی باز می کند. نام علم - "شیمی فیزیک" - منعکس کننده تاریخچه ظهور آن در محل اتصال دو علم - فیزیک و شیمی است و همچنین این واقعیت که به طور گسترده از قوانین نظری و روش های تجربی فیزیک در مطالعه استفاده می کند. پدیده های شیمیایی 1.3. طبقه بندی روش های شیمی فیزیک روش های نظری متعددی در شیمی فیزیک استفاده می شود.  روش شیمیایی کوانتومی از خواص ذرات بنیادی برای توصیف تبدیلات شیمیایی استفاده می کند. آنها با استفاده از قوانین مکانیک کوانتومی، خواص و واکنش پذیری مولکول ها و همچنین ماهیت پیوندهای شیمیایی را بر اساس خواص ذرات بنیادی تشکیل دهنده مولکول ها توصیف می کنند.  روش ترمودینامیکی (پدیدارشناسی) مبتنی بر چندین قانون (مستولات) است که تعمیم داده های تجربی است. این اجازه می دهد تا بر اساس آنها، خواص انرژی سیستم را پیدا کند، روند فرآیند شیمیایی و نتیجه آن را در لحظه تعادل پیش بینی کند.  روش آماری کوانتومی خواص مواد را بر اساس خواص مولکول های سازنده این مواد توضیح می دهد.  روش جنبشی به شما این امکان را می دهد که با مطالعه تغییرات در سرعت واکنش های شیمیایی ناشی از عوامل مختلف، مکانیسم را ایجاد کنید و نظریه ای از فرآیندهای شیمیایی ایجاد کنید. شیمی فیزیک با استفاده گسترده از ریاضیات مشخص می شود، که نه تنها بیان دقیق ترین قوانین نظری را ممکن می کند، بلکه ابزار لازم برای ایجاد آنها است. 6 فصل 2. قوانین اساسی ترمودینامیک کلمه "ترمودینامیک" از واژه یونانی therme - گرما و دینامیس - نیرو گرفته شده است. ترمودینامیک علم تبدیل انواع انرژی از یک به دیگری است. ترمودینامیک شیمیایی تغییرات انواع مختلف انرژی را که در طی واکنش های شیمیایی رخ می دهد، مطالعه می کند. 2.1. مفاهیم پایه ترمودینامیکی شیمیایی یک سیستم بدن یا گروه مجزایی از اجسام است که برهم کنش دارند و توسط یک پوسته (مرز) واقعی یا خیالی از محیط جدا می شوند. سیستم باز سیستمی است که مواد (جرم) و انرژی (مثلاً گرما) را با محیط خارجی مبادله می کند. سیستم ایزوله (یا سیستم بسته) سیستمی است که حرارت را مبادله نمی کند و با محیط کار نمی کند. انرژی و حجم یک سیستم ایزوله در طول زمان ثابت است. نمونه ای از چنین سیستمی برای مثال قمقمه است. اگر مرز اجازه عبور گرما را ندهد، فرآیندی که در سیستم اتفاق می افتد، آدیاباتیک نامیده می شود. هنگامی که یک سیستم گرما را مبادله می کند و با محیط کار می کند، تغییراتی هم در سیستم و هم در محیط رخ می دهد. سیستم های ترمودینامیکی می توانند همگن یا ناهمگن باشند. اگر در داخل سیستم هیچ رابطی وجود نداشته باشد که بخش هایی از سیستم را از هم جدا کند که از نظر ترکیب یا ساختار متفاوت باشد، آنگاه این سیستم را همگن می نامند. بر این اساس، سیستمی متشکل از بخش‌های مختلف که از نظر ساختار یا ترکیب شیمیایی متفاوت هستند، ناهمگن نامیده می‌شود. به این قسمت ها فاز گفته می شود. بنابراین، یک فاز بخشی از یک سیستم ناهمگن است که توسط یک رابط محدود شده و با خواص فیزیکی و شیمیایی یکسان در همه نقاط مشخص می شود. هر سیستم از یک یا چند ماده تشکیل شده است. مواد شیمیایی منفردی که می توانند از یک سیستم جدا شوند و در خارج از آن به صورت یک فاز جداگانه وجود داشته باشند، مواد تشکیل دهنده سیستم نامیده می شوند. به عنوان مثال، در یک لیوان آب وجود دارد که یک صفحه پلاتین در آن پایین آمده است. در بالای شیشه مخلوطی از گازها وجود دارد: اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن. این سیستم سه فاز است و شامل پنج ماده تشکیل دهنده است. 7 حالت ترمودینامیکی یک سیستم مجموعه ای از مقادیر متغیرهای مستقل (پارامترهای سیستم) است که خواص آن را تعیین می کند. هر خاصیت یک سیستم را می توان پارامتر حالت ترمودینامیکی نامید که به عنوان یکی از متغیرهای مستقل تعیین کننده وضعیت سیستم در نظر گرفته شود. ترمودینامیک ماده را به عنوان یک محیط پیوسته در نظر می گیرد و برای تحقیق از پارامترهای ترمودینامیکی استفاده می کند که حاصل عمل تعداد زیادی ذره (ماکروپارامترها) است. به عنوان مثال، ماکروپارامترهای یک واکنش شیمیایی که حتی در "شرایط عادی" رخ می دهد عبارتند از دما، فشار، حجم، غلظت، قدرت میدان های گرانشی، مغناطیسی، الکتریکی و الکترومغناطیسی و غیره. "شرایط معمول" دمای 20 تا 25 درجه است. درجه سانتی گراد، فشار اتمسفر، به عنوان مثال. حدود 101 کیلو پاسکال، شتاب گرانش - به طور متوسط ​​حدود 9.8 متر بر ثانیه، قدرت میدان مغناطیسی - به طور متوسط ​​حدود 40 A/m، قدرت میدان الکتریکی - به طور متوسط ​​حدود 130 ولت بر متر، روشنایی نور مرئی - به طور متوسط ​​حدود 500 لوکس. برای مشخص کردن حالت ترمودینامیکی یک سیستم، لازم است نه همه خواص، بلکه فقط کوچکترین تعداد آنها، به اصطلاح پارامترهای مستقل سیستم، بدانیم. به عنوان یک قاعده، هنگام توصیف یک فرآیند شیمیایی روی زمین، ما ویژگی های میدان را نشان نمی دهیم، زیرا آنها ثابت هستند و بنابراین بر ترکیب و بازده محصولات واکنش تأثیر نمی گذارند. اگر یک فرآیند شیمیایی تحت شرایط میدان های مغناطیسی یا الکتریکی قوی، یا تحت تابش شدید اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس یا حتی نور مرئی انجام شود، پارامترهای میدان تأثیر قابل توجهی بر ترکیب و بازده محصولات واکنش خواهند داشت. در این حالت باید پارامترهای فیلد مشخص شود. پارامترهای ترمودینامیکی به گسترده و فشرده تقسیم می شوند. کمیت های متناسب با جرم (یا مقدار ماده) سیال عامل یا سیستم ترمودینامیکی مورد بررسی گسترده نامیده می شوند، اینها حجم، انرژی داخلی، آنتالپی و غیره هستند. کمیت های فشرده به جرم سیستم ترمودینامیکی بستگی ندارند. اینها برای مثال دما و فشار هستند. فشار یک کمیت فیزیکی برابر با نسبت نیرویی است که به طور یکنواخت بر روی سطح جسم به سطحی که عمود بر نیرو توزیع می شود: p = S واحد فشار SI پاسکال (Pa) است - این فشار ایجاد شده است. با نیروی 1 نیوتن، به طور یکنواخت روی سطح 1 متر مربع که عمود بر جهت نیرو قرار دارد توزیع می شود: 1 N/m2 = 1 Pa. در عمل از واحدهای فشار چندگانه و فرعی استفاده می شود: کیلوپاسکال 8 (103 Pa = 1 کیلو پاسکال). مگا پاسکال (106 Pa = 1 مگاپاسکال)؛ هکتاپاسکال (102 Pa = 1 hPa)، و همچنین یک واحد غیر سیستمی - نوار (1 bar = 105 Pa). بر اساس نتایج تئوری جنبشی مولکولی، فشار گاز نتیجه تاثیرات مولکول‌های متحرک پیوسته آشفته بر دیواره رگ است. ساده ترین روابط بین پارامترها و رفتار مولکول ها برای یک گاز ایده آل به دست آمد. گاز ایده آل به عنوان گازی متشکل از مولکول های الاستیک شناخته می شود که بین آنها هیچ نیروی برهمکنشی وجود ندارد و حجم خود در مقایسه با حجم اشغال شده توسط گاز بسیار ناچیز است. هر گاز واقعی در فشار نسبتاً کم (نزدیک به اتمسفر) تقریباً مانند یک گاز ایده آل عمل می کند (به طور دقیق در p → 0). معادله حالت یک گاز ایده آل - معادله مندلیف - کلاپیرون به این شکل است: pV = nRT، که در آن p فشار گاز، Pa است. V - حجم، متر مکعب؛ n مقدار گاز، مول است. R ثابت گاز جهانی برابر با 8.314 J/(mol K) است. T دمای مطلق است، K. دما وضعیت حرارتی سیستم را مشخص می کند. مفاهیم جسم گرمتر و سردتر را می توان به صورت تجربی ایجاد کرد، اما دما را نمی توان مستقیماً اندازه گیری کرد. از مقادیر عددی سایر پارامترهای فیزیکی که به دما بستگی دارد، تعیین می شود که اساس ساخت مقیاس های دمایی تجربی است. کمیت های فیزیکی مختلف می توانند به عنوان چنین پارامترهایی عمل کنند (پارامترهای دماسنجی). اینها شامل حجم جسم در فشار ثابت، فشار در حجم ثابت، هدایت الکتریکی، نیروی حرارتی، پارامترهای هندسی اجسام، روشنایی نور و غیره است. دستگاهی برای اندازه گیری دما دماسنج نامیده می شود. برای ساختن هر مقیاس دمایی تجربی، از سه فرض استفاده می شود: 1) اندازه درجه با انتخاب مقدار عددی مقدار ΔT بین دو نقطه دمای مرجع - استانداردهای دما مشخص می شود. 2) موقعیت دمای صفر در مقیاس های تجربی دلخواه است. 3) فرض بر این است که تابع دماسنجی در یک محدوده دمایی معین خطی است. انتقال فاز مواد خالص به عنوان نقاط مرجع استفاده می شود. به عنوان مثال، برای مقیاس تجربی سلسیوس، دمای ذوب و جوش آب در فشار اتمسفر (به ترتیب 0 و 100 درجه) به عنوان نقاط مرجع در نظر گرفته می شود. فاصله بین این دماها به صد قسمت مساوی (درجه سانتیگراد - درجه سانتیگراد) تقسیم می شود. اگرچه یک مقیاس دمای هدف را می توان با استفاده از هر تابع ترمومتری تعریف شده نظری ساخت، در ترمودینامیک از معادله حالت یک گاز ایده آل به عنوان یک تابع استفاده می شود. دماسنج گازی امکان اندازه گیری دقیق دما (نزدیک به مقیاس دمای مطلق - مقیاس کلوین) را فراهم می کند. با این حال، تعیین دما در مقیاس یک دماسنج گازی کار بسیار دشواری است، که فقط برای تعیین دمای مطلق چند نقطه مرجع انتقال فاز، به عنوان نقطه مرجع، انجام می شود. دماهای میانی معمولاً با روش های تجربی دماسنجی تعیین می شوند. مقیاس بین المللی دمای عملی (IPS) که در سال 1954 به تصویب رسید، دقیق ترین تقریب برای مقیاس دمای مطلق در مرحله کنونی است. برخلاف مقیاس های تجربی، MSHT از یک نقطه دمای مرجع تجربی استفاده می کند. دمای نقطه سه گانه آب (زمانی که یخ، آب و بخار آب به طور همزمان در حالت تعادل هستند) به عنوان چنین نقطه ای استفاده شد. دمای نقطه سه گانه آب در MPTS 273.16 کلوین (دقیق) در نظر گرفته شده است. در فشار اتمسفر، یخ 0.01 درجه کمتر ذوب می شود. نقطه مرجع در مقیاس سلسیوس - 0 درجه سانتیگراد - مربوط به 273.15 K است. مقدار عددی دما برای تمام نقاط مرجع دیگر (به جز نقطه سه گانه آب) به طور مداوم با افزایش دقت کار با یک دماسنج گازی تصفیه می شود. در سال 1968، استفاده از دوازده نقطه مرجع به عنوان نقطه دمای مرجع توصیه شد که محدوده ای از نقطه سه گانه هیدروژن تا نقطه ذوب طلا را پوشش می دهد. در حال حاضر دما در مقیاس سلسیوس (t) به صورت رابطه ای با دمای مطلق (T) بیان می شود که عبارت است از: T = 273.15 + t. ویژگی های یک سیستم را که می توان به طور واضح به عنوان تابع دما، فشار و غلظت مواد تشکیل دهنده سیستم بیان کرد، توابع ترمودینامیکی نامیده می شوند. به عنوان مثال ظرفیت گرمایی، انرژی داخلی، آنتروپی و ... اگر تغییر تابع ترمودینامیکی فقط به حالت اولیه و نهایی سیستم بستگی داشته باشد و به مسیر فرآیند بستگی نداشته باشد، چنین تابعی حالت نامیده می شود. عملکرد سیستم فرآیند ترمودینامیکی هر تغییری در یک سیستم است که با تغییر حداقل یکی از پارامترهای ترمودینامیکی همراه باشد. فرآیند یا سیکل دایره ای فرآیندی است که در آن یک سیستم ترمودینامیکی با خروج از حالت اولیه مشخص و متحمل یک سری تغییرات، به همان حالت باز می گردد. در این فرآیند، تغییر در هر پارامتر حالت صفر است. 10

علمی که پدیده های شیمیایی را توضیح می دهد و الگوهای آنها را بر اساس اصول کلی فیزیک ایجاد می کند. نام علم شیمی فیزیک توسط M. V. Lomonosov معرفی شد که برای اولین بار (1752-1753) موضوع و وظایف آن را تدوین کرد و یکی را تأسیس کرد. فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

شیمی فیزیک- شیمی فیزیک، «علمی که بر اساس تمهیدات و آزمایشات، علت فیزیکی آنچه را که از طریق شیمی روی می دهد توضیح می دهد. عملیات در اجسام پیچیده." این تعریف را اولین شیمیدان فیزیک M.V. Lomonosov در یک دوره مطالعه ... دایره المعارف بزرگ پزشکی

شیمی فیزیک، علمی که تغییرات فیزیکی مرتبط با واکنش های شیمیایی و همچنین رابطه بین خواص فیزیکی و ترکیب شیمیایی را مطالعه می کند. شاخه های اصلی شیمی فیزیک ترمودینامیک که به تغییرات انرژی در ... ... فرهنگ دانشنامه علمی و فنی

شیمی فیزیک- - شاخه ای از شیمی که در آن خواص شیمیایی مواد بر اساس خواص فیزیکی اتم ها و مولکول های تشکیل دهنده آنها بررسی می شود. شیمی فیزیک مدرن یک رشته بین رشته ای گسترده است که با شاخه های مختلف فیزیک هم مرز است... دایره المعارف اصطلاحات، تعاریف و توضیحات مصالح ساختمانی

شیمی فیزیک، پدیده های شیمیایی را توضیح می دهد و الگوهای آنها را بر اساس اصول کلی فیزیک ایجاد می کند. شامل ترمودینامیک شیمیایی، سینتیک شیمیایی، مطالعه کاتالیز و غیره می شود.اصطلاح شیمی فیزیک توسط M.V معرفی شد. لومونوسوف در سال 1753 ... دایره المعارف مدرن

شیمی فیزیک- شیمی فیزیک، پدیده های شیمیایی را توضیح می دهد و الگوهای آنها را بر اساس اصول کلی فیزیک ایجاد می کند. شامل ترمودینامیک شیمیایی، سینتیک شیمیایی، مطالعه کاتالیز و غیره است. اصطلاح شیمی فیزیکی توسط M.V. لومونوسوف در... ... فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

شیمی فیزیک- بخش شیمی علم، مطالعه شیمی پدیده های مبتنی بر اصول فیزیک (نگاه کنید به (1)) و فیزیکی. روش های تجربی F. x. (مانند شیمی) شامل مطالعه ساختار ماده، شیمی است. ترمودینامیک و شیمی سینتیک، الکتروشیمی و شیمی کلوئید، آموزش... ... دایره المعارف بزرگ پلی تکنیک

اسم، تعداد مترادف ها: 1 شیمی فیزیک (1) فرهنگ لغت مترادف ASIS. V.N. تریشین. 2013 … فرهنگ لغت مترادف

شیمی فیزیک- — EN شیمی فیزیک علمی است که به اثرات پدیده های فیزیکی بر خواص شیمیایی می پردازد. (منبع: LEE) …… راهنمای مترجم فنی

شیمی فیزیک- علمی است که پدیده های شیمیایی را توضیح می دهد و الگوهای آنها را بر اساس اصول فیزیکی تعیین می کند. فرهنگ لغت شیمی تجزیه ... اصطلاحات شیمیایی

کتاب ها

• شیمی فیزیک، A.V. Artemov، کتاب درسی مطابق با استاندارد آموزشی ایالتی فدرال در زمینه های آموزش کارشناسی که شامل مطالعه رشته "شیمی فیزیک" است، ایجاد شده است. دسته: کتاب های درسی دانشگاه ها سری: آموزش عالی ناشر: Bustard, سازنده: Bustard,
• شیمی فیزیک، یو یا خاریتونوف، کتاب درسی اصول شیمی فیزیک را مطابق با برنامه تقریبی رشته "شیمی فیزیک و کلوئیدی" برای تخصص 060301 "داروسازی" تشریح می کند. این نشریه در نظر گرفته شده است ... دسته: شیمی فیزیک. فیزیک شیمیناشر: