Kozi ya mawasilisho ya mihadhara ya kemia ya mwili. Kozi ya mihadhara ya kemia ya kimwili d

Tabia ya mali Kemia ya uchanganuzi inavutiwa na uhusiano katika mfumo: muundo wa kemikali - tabia ya tabia, ili kuunda mbinu za uchambuzi wa kemikali kulingana na hali zilizopatikana za udhihirisho wa mwisho na utegemezi wa kazi wa ukubwa wa ishara ya uchambuzi kwenye viwango au kiasi kamili cha dutu (vichanganuzi) vinavyoamuliwa: A = f (C). Kemia ya uchanganuzi, kulingana na matokeo ya kusoma mifumo ya udhihirisho wa mali ya tabia na dutu, inajitahidi kufanya upimaji wa muundo wa kemikali wa vitu vyovyote vya ulimwengu wa nyenzo, ambavyo hatuwezi kupima kwa sasa.

Slaidi ya 3

Dhana za jumla za ufumbuzi wa electrolyte E 1 E 2 Hebu tuzingalie kwa ujumla mzunguko wa electrochemical. Katika kesi hii, electrode inaeleweka kama mfumo unaojumuisha awamu mbili au zaidi za ioni na elektroni, kwenye mipaka ambayo mpito kutoka kwa elektroniki hadi conductivity ya ionic hutokea au kinyume chake. Kwa maana ya kiufundi, elektrodi mara nyingi hueleweka kama sehemu inayoendesha elektroni ya mfumo huu.

Slaidi ya 4: Saketi ya kielektroniki ina elektrodi mbili zilizowekwa kwenye mmumunyo wa elektroliti. Kila electrode ina sifa ya chini ya hali hizi kwa thamani fulani ya uwezo wa electrode, ambayo ni tofauti inayowezekana kati ya electrode na ufumbuzi wa electrolyte katika kuwasiliana nayo. Hii inasababisha mwelekeo wa kwanza katika utumiaji wa michakato ya kielektroniki kwa madhumuni ya uchambuzi - uanzishaji wa mifumo ya mabadiliko katika uwezo wa usawa wa elektrodi kama kazi ya muundo wa elektroliti. E = f(Ci)

Dhana za jumla Saketi ya kielektroniki ina elektrodi mbili zilizowekwa kwenye mmumunyo wa elektroliti. Kila electrode ina sifa ya chini ya hali hizi kwa thamani fulani ya uwezo wa electrode, ambayo ni tofauti inayowezekana kati ya electrode na ufumbuzi wa electrolyte katika kuwasiliana nayo. Hii inasababisha mwelekeo wa kwanza katika utumiaji wa michakato ya kielektroniki kwa madhumuni ya uchambuzi - uanzishaji wa mifumo ya mabadiliko katika uwezo wa usawa wa elektrodi kama kazi ya muundo wa elektroliti. E = f(Ci)

Slaidi ya 5

Kanuni ya mV Ili kupima ishara ya uchambuzi, mzunguko rahisi wa umeme unahitajika. Hali pekee ya lazima kwa mzunguko wa nje ni kiwango cha juu cha upinzani wa ndani wa umeme wa kifaa cha kupimia. Mahitaji haya yanatokana na ukweli kwamba tunavutiwa na thamani ya uwezo wa electrode ya usawa, ambayo inaweza kupimwa tu kwa kutokuwepo kwa sasa ya umeme katika mzunguko, wakati hakuna michakato ya uhamisho wa malipo isiyoweza kurekebishwa. Kutokana na upinzani wa juu wa ndani wa kifaa, tunakaribia utimilifu wa hali hii. Nguvu ya sasa katika mzunguko huwa na sifuri.

Slaidi 6

Kanuni ya mV I=0 mA \/\/\/\/\/\/\/\ Katika hali nzuri, kwa vipimo sahihi zaidi, "mzunguko wa fidia" hutumiwa: Katika kesi hii, kwa msaada wa sasa wa nje. chanzo, emf E k iliyoelekezwa kinyume imeundwa, sawa na tofauti katika uwezo wa electrode, ambayo hulipa fidia kwa tofauti inayowezekana kati ya electrodes: E 1 - E 2 = E k Ushahidi wa fidia katika mfumo ni thamani ya sasa katika mzunguko. sawa na 0.

Slaidi ya 7: Mbinu za uchanganuzi kulingana na kupima uwezo wa elektrodi kwa sifuri sasa huitwa usawa au potentiometriki.

Ufafanuzi Mbinu za uchanganuzi kulingana na uwezo wa kupima usawa wa elektrodi kwa sifuri sasa huitwa usawa au potentiometriki.

Slaidi ya 8

Kanuni Kesi ya pili ya jumla ya kutumia michakato ya electrochemical kupata taarifa za uchambuzi inafanana na hali wakati umeme wa sasa kutoka kwa chanzo cha nje unapitishwa kupitia mzunguko wa electrochemical. mA \/\/\/\/\/\/\/\ mV Katika kesi hii tayari tunazungumza juu ya michakato isiyo na usawa na, ipasavyo, juu ya njia zisizo na usawa. Mzunguko wa jumla wa umeme utakuwa na fomu sawa na mzunguko wa fidia, lakini kwa tofauti pekee ambayo EMF ya nje  E1-E2 na, ipasavyo, I  0.

Slaidi 9

Slaidi ya 10: Tunaweza kutekeleza mchakato wa mgawanyo wa elektroliti wa vitu kwenye moja ya elektrodi na kupima wingi wa dutu iliyotolewa au kiasi cha umeme kilichotumiwa kwenye kutolewa kwake. Ipasavyo, njia za electrogravimetry na coulometry zinawezekana. Upeo wa habari wa uchambuzi unaweza kupatikana kutoka kwa utegemezi wa sasa katika mzunguko kwenye voltage ya nje iliyotumiwa. Kwa ujumla, njia kulingana na kipimo cha I = f (E) inaitwa voltammetry, njia ambayo ina aina nyingi.

Kanuni Tunaweza kutekeleza mchakato wa mgawanyiko wa electrolytic wa vitu kwenye moja ya electrodes na kupima wingi wa dutu iliyotolewa au kiasi cha umeme kilichotumiwa katika kutolewa kwake. Ipasavyo, njia za electrogravimetry na coulometry zinawezekana. Upeo wa habari wa uchambuzi unaweza kupatikana kutoka kwa utegemezi wa sasa katika mzunguko kwenye voltage ya nje iliyotumiwa. Kwa ujumla, njia kulingana na kipimo cha I = f (E) inaitwa voltammetry, njia ambayo ina aina nyingi.

Slaidi ya 11

Mbinu za Potentiometriki za uchambuzi Mbinu za Potentiometric zinatokana na kupima tofauti inayoweza kutokea kati ya elektrodi mbili. Kwanza kabisa, ni muhimu kufafanua ambayo electrodes ni ya kuvutia kutoka kwa mtazamo wa uchambuzi. Kwa madhumuni ya uchambuzi, ni muhimu kwamba uwezo wa electrode, kutenda kama kiashiria, ina uhusiano fulani wa kazi na mkusanyiko wa aina moja au zaidi ya ions: E = f (C i). Electrode hiyo inaitwa electrode ya kiashiria. Electrode ya pili, kinyume chake, chini ya hali ya vipimo vya uchambuzi inapaswa kuwa na thamani ya uwezekano wa mara kwa mara, i.e. kuwa electrode ya kumbukumbu.

Slaidi ya 12

Aina za electrodes katika potentiometry Electrodes ya aina ya kwanza ni mfumo wa chuma ulioingizwa katika suluhisho iliyo na ions ya chuma hiki. Uwezo wa usawa wa electrode ya aina ya kwanza imeanzishwa kulingana na kuwepo kwa usawa katika mfumo: Me  Me n + + ne Kulingana na equation ya Nernst, uwezo wa usawa wa electrode kama hiyo ni E = E o + (RT). /nF) ln a(Me n+) ambapo R ni gesi isiyobadilika , Т - halijoto, F - nambari ya Faraday, a(Me n+) - shughuli ya ioni za chuma, Eo - uwezo wa elektrodi wa kawaida unaolingana na kesi wakati a(Me n+) ) = 1.

Slaidi ya 13

Aina za electrodes katika potentiometry Tatizo la matumizi ya uchambuzi wa electrodes ya aina ya 1 ni kwamba kwa electrodes ya chuma ni karibu haiwezekani kuhakikisha utimilifu wa hali kuu - uanzishwaji wa usawa wa uwezo wa kuamua. Uwezo wa electrode huathiriwa na taratibu nyingi za upande, mara nyingi hupungua kwa wakati. Kwa mfano, mwingiliano wa ufumbuzi wa ions za chuma na kutengenezea au vitu vingine vilivyopo katika suluhisho, katika hali ya jumla ya ufumbuzi wa maji - taratibu za maji na hidrolisisi. Kwa hivyo, elektroni za aina ya kwanza, kama sheria, hazivutii kama kiashiria au elektroni za kumbukumbu. Kuna tofauti mbili kwa kanuni ya jumla: elektroni za fedha na hidrojeni.

Slaidi ya 14

Aina za elektrodi katika potentiometri Isipokuwa muhimu zaidi ni elektrodi ya hidrojeni, ambayo uwezo wake huchaguliwa kama sehemu ya kumbukumbu kwenye kiwango cha uwezo wa elektrodi. Electrodi ya hidrojeni ni bomba la platinamu lenye kuta nyembamba lililopakwa nje na platinamu ya sponji. Shinikizo la hidrojeni la 1.01105 Pa (1 atm) hudumishwa ndani ya bomba. Inajulikana kuwa hidrojeni ina umumunyifu wa juu katika platinamu na mgawo wa juu wa uenezi kupitia hiyo. Kwa kuongezea, platinamu ni kichocheo ambacho huondoa kizuizi cha uanzishaji katika mmenyuko wa kutengana kwa molekuli ya hidrojeni ndani ya atomi na ionization yao: H 2 (Pt)  2 H + + 2 e.

Slaidi ya 15

Aina za elektrodi katika potentiometri Kwa hivyo, mfumo kama huo hufanya kazi kama elektrodi ya hidrojeni, ambayo uwezo wake ni E = E o + (RT/F)lna (H +) Wakati a(H +) = 1, E o ni kiwango. uwezo, ikichukuliwa kama 0 kwenye mizani ya hidrojeni.

Slaidi ya 16

Aina ya electrodes katika potentiometry Aina ya pili ya electrodes - electrodes ya aina ya pili - ni mfumo wa chuma na chumvi yake kidogo mumunyifu. Mfano wa kawaida ni elektrodi ya kloridi ya fedha ya Ag/AgCl. Uwezo wa electrode kama hiyo inategemea mkusanyiko wa anion inayolingana: 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 -)

Slaidi ya 17

Aina za electrodes katika potentiometry Kwa mujibu wa equation hapo juu, katika mkusanyiko wa mara kwa mara wa anion katika suluhisho, thamani ya mara kwa mara ya uwezo wa electrode inahakikishwa. Kwa hivyo, elektroni za aina ya II ndizo zinazovutia zaidi kama elektroni za kumbukumbu. Kwa mfano, Ag/AgCl au Hg/Hg 2 Cl 2 iliyowekwa kwenye myeyusho uliojaa wa KCl. Lakini kuna mifano inayojulikana ya utumiaji wa elektroni za aina ya 2 kama elektroni za kiashiria kwa kuamua mkusanyiko wa ioni za kloridi.

Slaidi ya 18

Aina ya electrodes katika potentiometry Ya tatu ya aina ya kawaida ya electrodes ni membrane. Wakati mwingine dhana ya electrodes ya membrane inatambuliwa na dhana ya electrodes ya kuchagua ion. Jina la ion-selective linapendekeza kwamba tunakaribia aina ya kuvutia zaidi ya electrode kwa kemia ya uchambuzi.

Slaidi ya 19

Aina za elektrodi katika potentiometri Ili kuelewa kanuni za uendeshaji wa elektrodi za utando, hebu tuzingatie kanuni za jumla za uundaji wa tofauti ya jumla ya uwezekano katika mzunguko wa umeme uliokusanywa kulingana na muundo sawa wa elektrodi ya membrane. Utando uliotengenezwa kwa nyenzo za elektrodi-amilifu Elektrodi za kumbukumbu mV 1 2 Elektrodi ya utando

Slaidi ya 20

Aina za electrodes katika potentiometry Vyumba 1 na 2 vina ufumbuzi na shughuli tofauti za ioni zinazoweza kuamua. Nyenzo inayofanya kazi kwa elektroni ni dutu iliyo na upitishaji wa ioni, kwenye kiolesura ambacho na suluhisho la ioni zinazoweza kuamua, kuruka kunaweza kutokea, kiutendaji kuhusiana na shughuli, na, kwa hivyo, kwa mkusanyiko wa ioni zinazoweza kuamua: E. M1 = f (a i) Ukubwa wa uwezo unaotokana unahusiana na shughuli ya ioni zinazoweza kubainisha ioni zenye utegemezi sawa wa Nernst: E M1 = Eo + (RT/nF)lna i (1)

Slaidi ya 21

Aina za electrodes katika potentiometry Mahitaji ya conductivity ya ionic ni sharti la utendaji wa electrode ya membrane. Ikiwa nyenzo ni dielectri, hatuwezi kupima tofauti inayowezekana katika seli kama hiyo. Ikiwa nyenzo ina conductivity ya elektroniki, hii itasababisha kuruka kwa uwezo usioweza kuzaa wakati wa mpito kutoka kwa conductivity ya elektroniki hadi ionic. Tofauti kamili inayoweza kutokea ya seli E. sawa = E.S.1 – E M 1 + E M 2 – E.S.2 (2)

Slaidi ya 22

Aina za elektroni katika potentiometry Ikiwa muundo wa suluhisho katika chumba cha 2 cha seli ni fasta, na katika chumba cha kwanza tunaweka ufumbuzi na mkusanyiko wa kutofautiana wa ioni zinazoweza kuamua, basi katika equation iliyotolewa kwa seli za E, tofauti pekee. thamani itakuwa E M 1. Kubadilisha E hadi (2) M 1 kutoka kwa usawa (1), tunapata usemi ufuatao: seli E = (E E.S.1 + E M2 - E E.S.2 - E o M1) - (RT / nF ) lna i = const - (RT / nF) lna i Hapa const ni jumla ya thamani ya vipengele vya mara kwa mara.

Slaidi ya 23

Aina za elektroni katika potentiometri Baada ya kuandaa ufumbuzi kadhaa na shughuli zinazojulikana, na katika kesi ya ufumbuzi wa dilute na viwango vya i-dutu, grafu ya calibration inaweza kujengwa. Cell lna i Kwa kutumia grafu hii ya urekebishaji, unaweza kuamua mkusanyiko wa dutu i-th katika suluhisho.

Slaidi ya 24

Aina za electrodes katika potentiometry Kiini kinachozingatiwa kinaweza kugawanywa katika nusu mbili kando ya mpaka wa membrane kwenye upande wa ufumbuzi 1. Sehemu yake ya kulia, ambayo inajumuisha electrode ya kumbukumbu, suluhisho na mkusanyiko wa mara kwa mara wa dutu inayoweza kuamua na membrane iliyofanywa. ya nyenzo inayofanya kazi ya elektroni, inaitwa elektrodi ya membrane. Eme = const – (RT/nF)ln ai = const – (0.059/n)lg ai Sifa kuu za elektrodi za kuchagua ion ni: eneo (mbalimbali) ya mstari wa kazi ya electrode, kuchagua, wakati wa kukabiliana.

Slaidi ya 25

Kazi ya electrode Kwa kuzingatia kwamba electrodes ya kuchagua ion kawaida hutumiwa kuamua mkusanyiko wa ions katika ufumbuzi wa kuondokana, kazi ya electrode hujengwa katika kuratibu E - lgCi, na si lgai. Badala ya logCi, thamani p i = - logCi hutumiwa mara nyingi. E p i 5 4 3 2 1 Msururu wa safu Kitendaji cha elektrodi, ambacho pia ni grafu ya urekebishaji, inaonekana kama mstari ulionyooka katika safu ya uendeshaji ya elektrodi na kujipinda kwenye kingo za masafa.

Slaidi ya 26

Kitendaji cha elektrodi Kupotoka kutoka kwa usawa wa kazi ya elektrodi katika eneo la viwango vya chini mara nyingi huhusishwa na kufutwa kwa dutu inayotumika ya elektrodi ya membrane, kama matokeo ambayo mkusanyiko wa ioni inayoweza kuamua huundwa. safu ya suluhisho iliyo karibu na membrane, inayolingana na ile iliyopimwa. Kadiri mkusanyiko wa ioni zinazolingana katika suluhu unavyopungua, athari za kufutwa kwa membrane huonekana zaidi na uwezo wa elektrodi huja kwa thamani inayolingana na mkusanyiko huu wa ioni zinazoweza kuamua. Kazi ya elektrodi iliyotolewa inalingana na elektrodi ya kuchagua kloridi yenye utando wa msingi wa AgCl. Kama inavyojulikana, PR AgCl = 1.8. 10 -10.

Slaidi ya 27

Ushawishi unaoingilia Ushawishi wa kuingilia kati wa bidhaa za kufutwa kwa membrane kwa kawaida huanza kuonekana katika safu ya mkusanyiko kutoka 10 -5 hadi 10 -4 Mol / l. Sababu kuu ya kupotoka kwa kazi ya electrode kutoka kwa mstari katika eneo la viwango vya juu ni tofauti kubwa katika mkusanyiko na shughuli za ions. Lakini michakato ngumu zaidi inaweza pia kutokea. Kwa mfano, kwa elektroni za kuchagua kloridi - ongezeko la umumunyifu wa AgCl katika ufumbuzi wa kloridi uliojilimbikizia kutokana na kuundwa kwa complexes za kloridi za mumunyifu -.

Slaidi ya 28

Uteuzi Uteuzi wa ISE una sifa ya uteuzi wa mgawo kwa heshima na ioni, ambayo inaweza kuathiri thamani ya uwezo wa elektrodi wa usawa. Mgawo wa kuchagua ni sawa na uwiano wa viwango vya ioni zinazoweza kuamua na kuingilia kati, ambazo zinalingana na thamani sawa ya uwezo wa electrode: K i / j = C i / C j chini ya hali E i = E j ambapo E. i ni thamani ya uwezo wa electrode katika eneo la mstari wa kazi ya electrode, katika mkusanyiko wa ion C i ya uwezo wa kuamua; E j ni thamani ya uwezo wa elektrodi iliyoamuliwa na uwepo wa ioni inayoingilia na mkusanyiko C j.

Slaidi ya 29

Uteuzi p i E -lgC i 5 4 3 2 1 E j at C j A Cj = const Ci - variable Ki/j = Ci/Cj Ufafanuzi wa Ki / j kimchoro. Mfululizo wa ufumbuzi huandaliwa kwa mkusanyiko wa mara kwa mara wa ion inayoingilia C j na mkusanyiko wa kutofautiana wa uwezo wa kuamua. Wakati C i inapungua, uwepo wa wakala wa kuingilia huanza kuathiri yenyewe zaidi na zaidi. Ikiwa thamani ya tofauti inayoweza kupimwa inafikia uwanda, inaonyesha kuwa elektrodi imekoma kuhisi i-ions.

Slaidi ya 30

Uteuzi wa abscissa ya hatua ya makutano E = f (p i) na E saa C j inafanana na p i = - logC i. Kutoka hapa tunapata C i na thamani inayofanana ya mgawo wa kuchagua Ki / j = C i / C j, kwani thamani ya Cj inajulikana kutokana na hali ya majaribio. Ikiwa Ki/j< 1, то электрод более селективен к i -ионам и наоборот, при Ki / j >Electrodi 1 humenyuka kwa nguvu zaidi kwa uwepo wa ioni inayoingilia. Mfano ni uwepo wa bromidi na iodidi wakati wa kuamua kloridi kwa kutumia electrode ya kuchagua kloridi.

Slaidi ya 31

Uteuzi Ushawishi wa jumla wa ioni kadhaa zinazoingilia huzingatiwa na equation iliyopendekezwa na B.P Nikolsky: E me = const - (0.059/n) logi Mlinganyo huu ni halali ikiwa ushawishi unaoingilia unahusishwa na ushindani wa ioni wakati wa kuanzisha usawa wa ionic. kati ya membrane na suluhisho.

Slaidi ya 32

Uteuzi Uteuzi uliopunguzwa, i.e. udhihirisho wa ushawishi wa kuingilia kati wa ioni za kigeni hauhusiani kila wakati na michakato ya kubadilishana ioni kati ya uso wa membrane na suluhisho, kama ilivyo kwa ushawishi wa pande zote wa ioni za halide. Mara nyingi sana, usawa wa ioni wa ioni ya uwezo wa kuamua huathiriwa na michakato ya malezi tata katika suluhisho. Kwa mfano, kazi ya ioni ya electrode ya kuchagua floridi huathiriwa sana na uwepo wa ions Fe (III) na Al (III), ambayo huunda complexes kali na ioni za fluoride. Juu ya kazi za electrode ya electrodes kuchagua kwa cations mara mbili kushtakiwa Cu II, Cd II, Pb II, nk. ioni yoyote yenye uwezo wa malezi tata pamoja nao ina athari.

Slaidi ya 33

Wakati wa kujibu Tabia ya tatu muhimu zaidi ni wakati wa majibu ya electrode ya kuchagua ion, ambayo inaashiria muda unaohitajika kwa electrode kufikia thamani ya uwezekano wa mara kwa mara baada ya mabadiliko ya ghafla katika mkusanyiko. Thamani ya t off inategemea sifa za kibinafsi za electrodes na kwa hali ya kipimo. Kadiri mkusanyiko unavyoruka, ndivyo muda wa kujibu unavyoongezeka.

Slaidi ya 34

Muda wa kujibu Unaposonga kutoka viwango vya chini hadi vya juu, kama sheria, muda wa kujibu ni mfupi kuliko wakati wa mpito wa kinyume: 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.

Slaidi ya 35

Nyenzo za utando wa elektrodi Sifa kuu za uchanganuzi za ISE zinaamuliwa kimsingi na mali ya vitu ambavyo utando hufanywa. Kulingana na hali ya awamu ya vitu vinavyotumika kwa elektroni, kuna aina tatu kuu za membrane zinazotumiwa katika elektroni za kuchagua-ioni: fuwele, glasi na kioevu. Aina ya kwanza na bado muhimu zaidi ya utando wa electrode ni electrodes ya kioo, utando ambao hutengenezwa kwa glasi za silicate. Glasi zote za silicate zinaweza kuzingatiwa kama chumvi za asidi ya silicic ya polima. Wana uteuzi wa kipekee kwa ioni za hidronium. Hakuna elektrodi nyingine hata safu ya safu ya kazi ya elektroni ambayo iko karibu kwa upana: karibu maagizo 14 ya ukubwa wa mabadiliko katika shughuli za ioni za hidrojeni.

Slaidi ya 36

Vifaa vya utando wa electrode Kemia ya kisasa ya uchambuzi ni vigumu hata kufikiria bila kipimo cha pH kwa kutumia electrodes ya kioo. Kwa kurekebisha muundo wa glasi, iliwezekana kutatua shida za kuunda elektroni zinazochagua ioni za sodiamu. Kwa upande wa safu ya utendakazi wa elektrodi na uteuzi, ni duni sana kwa elektrodi za pH na daima huchagua ioni za hidrojeni ikilinganishwa na ioni za sodiamu zinazoweza kuamua. Changamoto kuu kwa electrodes ya kioo ni kuundwa kwa glasi na conductivity ya juu ya ionic. Wakati huo huo, utafutaji wa nyimbo za kioo ambazo huchaguliwa kwa ions nyingine huendelea. Suluhu kadhaa za asili zimepatikana, haswa, kwa kutumia glasi za chalcogenide kama nyenzo zinazofanya kazi kwa elektroni.

Slaidi ya 37

Nyenzo za utando wa electrode Utando wa fuwele umegawanywa katika mono- na polycrystalline, na mwisho, kwa upande wake, katika homogeneous na tofauti. Na muundo sawa wa kemikali, tofauti kati ya marekebisho ya elektroni za fuwele huonekana, kwanza kabisa, katika tabia ya uchambuzi wa elektroni kama wakati wa majibu. Wakati mwingine tofauti katika mkusanyiko wa ion ya uwezo wa kuamua, sambamba na kikomo cha chini cha eneo la mstari wa kazi ya electrode inayohusishwa na umumunyifu tofauti wa nyenzo za membrane, inaweza kuonekana kwa kiasi kidogo. utando wa monocrystalline daima hauna mumunyifu kuliko utando wa polycrystalline. Uwezekano wa kuchagua vifaa vya utando wa darasa hili ni mdogo kabisa na kwa kiasi kikubwa umechoka. Suluhisho zilizofanikiwa zaidi kwa kutumia utando wa fuwele zimepatikana kwa uamuzi wa ionometri ya ioni za halide: F -, Cl -, Br -, I - na S 2-

Slaidi ya 38

Nyenzo za membrane ya electrode Aina ya tatu ya membrane ni kioevu au plastiki. Kwa kuwa ni ngumu sana kuunda seli ya kupimia na safu ya kioevu isiyolipishwa kama utando, sehemu ndogo iliyotengenezwa na polima ambayo huvimba kwenye kioevu hiki kawaida huwekwa na nyenzo ya umeme ya kioevu. Kwa hivyo jina - utando wa plastiki. Utando wa aina hii sio rahisi sana kwa matumizi ya vitendo. Vimiminika, kwa mfano, huwa na kuyeyuka. Kwa hiyo, maisha ya utando wa plastiki ni kidogo sana kuliko ile ya membrane imara. Lakini kuna faida moja muhimu - idadi kubwa zaidi ya chaguzi za kuchagua vifaa ambavyo vinakidhi vigezo vya kuchagua na conductivity ya ionic. Hasa, shida kubwa kama vile uamuzi wa nitrati, amonia, potasiamu na ioni za kalsiamu hutatuliwa kwa msingi wa utando wa plastiki.

Slaidi ya 39

Hali ya tatizo Jambo muhimu sana katika maendeleo ya ionometri, pamoja na mbinu nyingi za uchambuzi, ni kiwango cha ufumbuzi wa teknolojia na kiufundi. Hadi sasa, miundo mingi ya ISE imetengenezwa, iliyoundwa kwa ajili ya matumizi yake katika mipango ya kawaida ya uchambuzi wa kawaida na kutatua matatizo maalum ya uchambuzi, kama vile uchambuzi wa mtiririko na uchambuzi wa vitu vya kibaolojia, ikiwa ni pamoja na vipimo vya situ moja kwa moja katika maji ya kibaolojia ya viumbe hai. Kubadilisha miundo na miniaturization haiathiri kanuni za jumla za njia. Baadhi ya matatizo ya istilahi yametokea.

Slaidi ya 40

Masharti Miongo mitatu iliyopita imekuwa na sifa ya kuibuka kwa neno jipya katika maisha ya kila siku ya wachambuzi - sensorer za kemikali. Ningefafanua kihisi cha kemikali kama kigeuzi cha habari kuhusu mabadiliko katika muundo wa kemikali wa chombo kilichochanganuliwa kuwa mawimbi ya umeme. Hakuna tafsiri inayokubalika kwa ujumla ya neno hili. Maana ya takriban ni njia ndogo ya kupima moja kwa moja mkusanyiko wa kemikali katika vyombo vya habari vya kioevu na gesi. Kanuni za kipimo zinaweza kuwa yoyote. ISE inafaa vizuri katika maudhui ya kisemantiki ya neno hili. Kwa hivyo, katika miaka ya hivi karibuni kumekuwa na tabia ya kuzingatia ISE kama moja ya chaguzi za vitambuzi vya kemikali. Maudhui hayajabadilika na neno jipya.

Slaidi ya 41

Masharti ya utumiaji Tathmini ya jukumu la ionometri katika uchanganuzi wa kemikali ni ngumu sana. Amateurs kawaida huzidisha uwezo wa njia, wakati wachambuzi wanaofanya mazoezi huidharau. Kwa lengo, inaweza kusema kuwa ionometri ni njia bora ya uchambuzi wa kuendelea katika mtiririko wa mazingira yaliyodhibitiwa, wakati ni muhimu kufuatilia mabadiliko katika mkusanyiko wa mchambuzi anayejulikana wa priori. Hii inaweza kuwa ufuatiliaji wa mazingira au ufuatiliaji endelevu wa michakato ya kiteknolojia. Kwa lag fulani kutoka kwa wakati halisi, tunapokea habari kuhusu mabadiliko katika mkusanyiko wa sehemu fulani katika kitu cha uchambuzi. Katika mazoezi ya maabara, njia ya pH-metry inakubaliwa bila masharti.

Slaidi ya 42

Masharti ya utumiaji Njia hiyo pia hutumiwa sana kwa uamuzi wa anions ya mtu binafsi: F -, Cl -, Br -, I -, S 2-. Hali ni ngumu zaidi na uamuzi wa ioni za chuma nzito. Uwezo wa ISE yoyote ni kazi ya mkusanyiko wa ioni zinazoweza kuamua katika suluhisho. Kwa hiyo, mchakato wowote wa kemikali unaosababisha mabadiliko katika usawa wa ionic utaathiri ukubwa wa ishara ya uchambuzi. Tu chini ya hali nzuri (ufumbuzi wa tindikali, kutokuwepo kwa mawakala wa magumu) ni metali nzito zilizopo katika suluhisho kwa namna ya cations zinazofanana: Cu 2+, Cd 2+, Pb 2+, nk. Katika mazingira halisi ya maji, kama vile maji asilia na taka, michakato ya hidrolisisi na uundaji tata na ligandi za isokaboni na za kikaboni hufanyika.

Slaidi ya 44

Titration Katika titration-msingi asidi, kioo pH electrode ni kawaida kutumika kama kiashirio. Faida juu ya potentiometry ya moja kwa moja: badala ya mkusanyiko wa jumla wa H + ions, viwango vya asidi ya mtu binafsi na vipengele tofauti vya kujitenga vinaweza kuamua. pH 10 8 6 4 2 0 Ka=10 -10 Ka=10 -8 Ka=10 -6 Ka=10 -4 Asidi kali HNO 3 V (NaOH)

Slaidi ya 45

Njia za kuamua pH 11 9 7 5 3 0 Vt.e. V(NaOH), ml V(NaOH), ml Vt.e.  E /  V Tangu mwanzo, takriban pata kiasi cha titranti kinachohitajika ili kudhihirisha mabadiliko makali katika uwezo (titration jump). Kisha kiasi kidogo kidogo cha titrant huletwa katika sehemu mpya ya suluhisho inayochambuliwa, na kisha titration sahihi inafanywa na kuruka kwa uwezo  V kunarekodiwa kwa kila nyongeza ya titrant  E na utegemezi hujengwa: Kupata mwisho. hatua ya titration

Vipengele wakati wa titration Katika titration redox, electrode kiashiria ni alikutana. Pt (electrode ya chuma ya inert - carrier wa elektroni kutoka kwa fomu iliyopunguzwa hadi iliyooksidishwa). Katika njia ya mvua (chaguo ambalo halijatumika sana), elektrodi ya Ag ya chuma hutumiwa wakati wa kuweka Cl - ions na Ag + ions.

Shirika la Shirikisho la Elimu

USTU - UPI

Idara ya "Nadharia ya Michakato ya Metallurgical"

L.A. Zhukova, A.A. Zhukov

KEMIA YA MWILI

Uchapishaji wa maandishi ya kielimu ya kielimu Imetayarishwa na Idara ya "Nadharia ya Michakato ya Metallurgical"

Maelezo ya mihadhara juu ya taaluma "Kemia ya Kimwili" kwa wanafunzi katika maeneo 150100 - Metallurgy, 150600 - Sayansi ya Nyenzo na Teknolojia ya Vifaa.

Ekaterinburg


Sehemu ya 1. Utangulizi na maneno ya kimsingi ………………			…………….…………………………
Somo la 1 ………………………	……………………………		……………………………
Sehemu ya 2. Matumizi ya sheria ya kwanza ya thermodynamics kwa hesabu ya athari za joto
taratibu …………………………………	………………………………………………………
Somo la 2……………………………………		……………………………………………………
Sehemu ya 3. Matumizi ya sheria ya pili ya thermodynamics kuamua mwelekeo wa taratibu
na hali ya usawa ………………………………………………………………………………………
Somo la 3 ……………………………	……………………………………………………………
Somo la 4……………	…………………………………………………………………………
Somo la 5……	………………………………………………………………………………
Sehemu ya 4. Thermodynamics ya ufumbuzi ………………			……………………………………………….44
Somo la 6…………………………………………………………………………………………
Somo la 7 …………	……………………………………………………………………………
Somo la 8……	……………………………………………………………………………
Sehemu ya 5. Awamu ya usawa na michoro ya awamu ………				…………………………..……59
Somo la 9…………………………………………………………				……………………………
Somo la 10………………………………………………………………………………………
Somo la 11…………………………………………………………………………………………
Somo la 12………………………………………………………………………………………
Sehemu ya 6. Matukio ya uso ……………………………………………………………………
Somo la 13………………………………………………………………………………………
Somo la 14………………………………………………………………………………………
Sehemu ya 7. Kinetiki za athari za kemikali zenye usawa ……………………				...…………………
Somo la 15………………………………………………………………………………………………
Sehemu ya 8. Kinetiki za athari za kemikali tofauti……………………………………………………………
Somo la 16………………………………………………………………			…………………………………
Somo la 17……………………………………………………………………………………
Sehemu ya 9. Muundo na sifa za metali kioevu na amofasi ……………………………………….147
Mhadhara wa 18………………………………………………………………………………………

Sehemu ya 1. Utangulizi na masharti ya msingi

Kutoka kwa jina la taaluma inafuata kwamba ni sayansi ya mpaka kati ya kemia na fizikia. Kazi kuu ya kemia ya kimwili ni kusoma uhusiano kati ya matukio mbalimbali ya kimwili na kemikali. Kwa kuwa kila jambo la kweli ni ngumu, kitambulisho cha vipengele vya mtu binafsi ndani yake - kimwili au kemikali - ni kiholela. Kwa hiyo, wakati mwingine ni vigumu kuteka mstari kati ya masuala yaliyosomwa na kemia ya kimwili na matawi ya mtu binafsi ya fizikia na kemia. Kama sayansi, kemia ya kimwili ilianza kuchukua sura katika nusu ya pili ya karne ya 19, ingawa jina na ufafanuzi wa jumla wa maudhui ya kemia ya kimwili ulitolewa kwanza na M.V. Lomonosov (1752): "Kemia ya kimwili ni sayansi ambayo, kwa msingi wa kanuni za kimwili na majaribio, lazima ielezee sababu ya kile kinachotokea kupitia operesheni za kemikali katika miili tata."

Kemia ya kimwili inahusika na utafiti wa aina nyingi wa michakato ya kemikali

Na matukio ya kimwili yanayoambatana nao, kwa kutumia mbinu za kinadharia na majaribio ya sayansi zote mbili, pamoja na yetu wenyewe. Hii inafanya uwezekano wa kutabiri mwendo wa mchakato wa kemikali na matokeo yake, na, kwa hiyo, kudhibiti ili kupata matokeo bora. Sehemu ya matumizi ya kemia ya kimwili inashughulikia masuala yote ya mabadiliko ya kemikali na awamu, ushawishi wa vigezo vya kimwili kwenye michakato ya kemikali, na muundo wa kemikali juu ya mali ya kimwili. Kwa msingi wa uchunguzi wa aina nyingi wa mali anuwai ya vitu na sifa za michakato mbali mbali na ushiriki wao, kemia ya mwili husuluhisha shida mbili muhimu zaidi - huweka uwezekano wa mchakato kutokea na kasi yake, na huamua sababu zinazoruhusu. kudhibitiwa.

Metallurgy kwa muda mrefu ilitegemea mafanikio ya kemia ya kimwili, ambayo ilifanya iwezekanavyo kuendeleza nadharia ya michakato inayotokea katika vitengo vya metallurgiska. Kwa kuhalalisha uwezekano wa michakato mbalimbali chini ya hali fulani, mbinu ya kisayansi inatuwezesha kutambua hali ya kutokea kwao kamili zaidi, kuhesabu viwango vya michakato hii, kuzingatia kiasi cha joto kufyonzwa au kutolewa wakati wa kutokea kwao na, kama matokeo yake, boresha mifumo ya kiteknolojia ya kutengeneza chuma cha hali ya juu.

Uzalishaji wa metali na aloi ni mchakato mgumu na wa hatua nyingi, katika kila hatua ambayo, ikiwa ni pamoja na hali ya kioevu, muundo muhimu na mali zinazohitajika za nyenzo za kimuundo za baadaye zinaundwa. Njia za kemia ya mwili hutumiwa kudhibitisha muundo wa kemikali wa aloi iliyo na mali iliyopewa na kuamua njia za kuipata, kuboresha michakato inayotokea wakati wa fuwele, kuamua kiwango cha baridi cha ingot, ambayo inachangia uundaji wa muundo wa awamu fulani. na muundo, na katika uchambuzi wa michakato mingine mingi katika madini. Kwa hivyo, kemia ya kimwili ni msingi wa kinadharia wa uzalishaji wa metali, aloi na vifaa vingine vilivyo na mali maalum.

KATIKA Hivi sasa, kemia ya mwili ni taaluma inayojitegemea na mbinu zake za utafiti na ndio msingi wa kinadharia wa taaluma kadhaa zinazotumika.

Kemia ya Kimwili ina jukumu kubwa katika malezi ya mtazamo wa ulimwengu wa kisayansi wa mtaalamu wa metallurgist, ikiruhusu kutoka kwa nafasi za jumla kuchambua na kutabiri mwendo wa michakato ya kupata na kusindika metali na aloi.

Madhumuni ya kusoma kemia ya mwili ni kufahamisha wanafunzi na sheria za kimsingi za taaluma hii ya kisayansi na matokeo yao, baadhi ya kinadharia.

Na njia za majaribio za kusoma vigezo vya hali ya usawa ya mifumo na kinetics ya michakato inayoendelea, kukuza ujuzi na uwezo. uchambuzi wa kimwili na kemikali muhimu kwa ajili ya utafiti wa kina wa michakato ya metallurgiska na teknolojia katika kozi maalum.

Tofauti ya matukio yaliyochunguzwa na kemia ya kimwili imesababisha kutambuliwa

Ina idadi ya sehemu, ambazo kuu ni pamoja na zifuatazo.

Kemikali thermodynamics inahusika na mizani ya nishati, masuala ya usawa wa kemikali na awamu, pamoja na kufafanua mwelekeo wa michakato katika mifumo ambapo hakuna usawa.

Muundo wa jambo inajumuisha utafiti wa muundo wa atomi, molekuli na mwingiliano wao katika hali mbalimbali za suala.

Nadharia ya suluhisho inalenga kueleza na kutabiri mali ya ufumbuzi na vipengele vyao kulingana na mali ya vitu safi ambayo ufumbuzi huundwa.

Kinetics ya kemikali husoma kiwango na utaratibu wa athari za kemikali, utegemezi wao juu ya hali.

Matukio ya uso fikiria mali maalum ya tabaka za uso za kioevu na yabisi na athari zao kwa sifa za mfumo kwa ujumla.

Electrochemistry inasoma michakato ya kemikali ambayo chembe za kushtakiwa - ioni - hushiriki.

Hakuna mipaka iliyo wazi kati ya sehemu zilizoorodheshwa. Wakati wa kusoma jambo lolote, mtu anapaswa kutumia mawazo kutoka kwa sehemu mbalimbali.

Utafiti katika uwanja wa kemia ya mwili unategemea njia tatu kuu, ambayo kila moja ina anuwai yake ya dhana, sheria na njia za majaribio za utafiti.

Mbinu za kemia ya kimwili

Njia ya Thermodynamic. Dhana zote na sheria zilizopatikana kwa msaada wake zimeundwa kama matokeo ya maelezo ya uzoefu, bila kupenya ndani ya utaratibu wa molekuli ya michakato. Kwa sababu ya hili, njia hii ni rasmi, ambayo kwa kiasi fulani hupunguza upeo wake wa matumizi. Walakini, hii pia hufanya mahesabu ya vitendo kuwa rahisi.

Mbinu ya takwimu. Msingi ni kuzingatiwa kwa miili kama ensembles kubwa za chembe, ambayo inafanya uwezekano wa kudhibitisha dhana na sheria za thermodynamics na kupanua anuwai ya matukio yaliyoelezewa. Njia hii inahusiana na mali ya macroscopic ya vitu na mali ya microscopic ya molekuli.

Kinetiki ya molekuli njia. Inakuruhusu kuelezea mali ya dutu na sifa za michakato inayowahusisha, ikiwa ni pamoja na kasi, kwa kuzingatia sheria za mwendo na mwingiliano wa chembe zinazounda dutu hizi.

Asili ya matukio yaliyosomwa na kemia ya mwili ni ngumu, kwa hivyo maelezo yao ya kinadharia, licha ya uboreshaji thabiti wa mbinu za utafiti wa kinadharia na majaribio, hayawezi kuzingatiwa kuwa kamili. Uelewa wa kina wa kiini cha matukio hufuata njia ya kuunda uwakilishi wa mfano pamoja na matatizo yao ya taratibu na maelezo kadri ukweli mpya wa majaribio unavyojilimbikiza. Muundo wowote ni taswira iliyorahisishwa zaidi au kidogo, iliyoboreshwa ya ukweli. Vidokezo rahisi zaidi, vinavyotumiwa sana katika kemia ya kimwili, ni mifano ya gesi bora, kioo bora, suluhisho bora, nk. Maneno ya hisabati ambayo yanaelezea matukio na michakato kulingana na mifano rahisi haina ugumu wa kufafanua. kiasi, ambayo hurahisisha mahesabu. Kama sheria, mahesabu kulingana nao haitoi makubaliano ya kuridhisha na maadili yaliyopimwa kwa majaribio ya mali ya mifumo halisi. Hata hivyo, hata kulinganisha vile ni muhimu. Inamruhusu mtu kutambua sifa za kitu halisi ambazo hazizingatiwi katika modeli iliyoboreshwa na kuanzisha vigezo vya ziada katika matoleo ya juu zaidi ya nadharia ya mfano kwa asili na ukubwa wa kupotoka kwa utabiri wa kinadharia kutoka kwa data ya majaribio.

Dhana za kimsingi na ufafanuzi

Tawi la msingi la kemia ya kimwili ni kemikali thermodynamics. Kifaa cha dhana kilicholetwa ndani ya mfumo wake pia kinatumika katika matawi mengine ya kemia ya kimwili

Mfumo wa Thermodynamic- hii ni mwili au seti ya miili, iliyotengwa na nafasi inayozunguka kupitia interface ya kufikiria au halisi. Misa ya mfumo wa thermodynamic ni mara kwa mara, na mwingiliano wake na mazingira hutokea tu kwa njia ya kubadilishana nishati kwa namna ya joto na kazi. Ikiwa mfumo unabadilishana jambo na mazingira yake, inaitwa wazi. Tutazingatia tu mifumo ya thermodynamic inayobadilishana nishati na mazingira, lakini haibadilishana jambo (iliyofungwa), na kuwaita tu "mfumo".

Nishati ni tabia ya harakati ya suala, wote kutoka kwa mtazamo wa kiasi na ubora, i.e. kipimo cha harakati hii. Mfumo wowote una nishati, na aina zake ni tofauti, kama vile aina za mwendo wa jambo.

Mfumo unaitwa kufungwa au kutengwa ikiwa haubadilishana nishati na mazingira ama kwa njia ya joto au kwa namna ya kazi. Ikiwa kubadilishana nishati hutokea tu kwa namna ya kazi, basi mfumo unaitwa imefungwa kwa njia ya adiabatically. Mfumo unaitwa homogeneous ikiwa kila moja ya sifa zake ina thamani sawa katika sehemu tofauti za mfumo au inabadilika mfululizo kutoka kwa uhakika hadi hatua. Mfumo ni tofauti ikiwa una sehemu kadhaa zilizotenganishwa kutoka kwa kila mmoja na miingiliano ya kimwili, wakati wa mpito ambao mali na muundo unaweza kubadilika ghafla. Sehemu ya homogeneous ya mfumo, iliyotengwa na sehemu zilizobaki na interface ya kimwili, inaitwa awamu. Mfano wa mfumo tofauti ni kioevu na mvuke juu yake katika chombo kilichofungwa. Mfumo huu una sehemu mbili (awamu), na wakati wa kuvuka mpaka kati yao, kwa mfano, wiani hubadilika kwa ghafla.

Jumla ya mali zote za kimwili na kemikali za mfumo ni sifa ya hali yake. Kubadilisha mali yoyote husababisha mabadiliko katika hali yake. Walakini, sio mali yote ya mfumo ni huru. Baadhi yao yanaweza kuonyeshwa kupitia wengine. Kwa mfano, hali ya gesi bora inaweza kutajwa na tatu ya mali zake: joto T, kiasi cha V na shinikizo P. Inatosha kuchagua wawili kati yao kuamua ya tatu kutoka kwa equation inayojulikana ya hali ya gesi bora - equation ya Mendeleev-Clapeyron:

ambapo R ni gesi ya mara kwa mara ya ulimwengu wote (R = 8.314 J/(mol× K)), n ni idadi ya moles ya gesi.

Hata hivyo, kwa mifumo mingi halisi, milinganyo ya jumla ya hali f(P,V,T) = 0 haijulikani, au ni ngumu sana na si sahihi vya kutosha, ambayo inalazimisha matumizi ya mahusiano ya sehemu ya mali ya mtu binafsi wakati wengine ni mara kwa mara.

Kwa kawaida, vigezo vya kujitegemea ni wale ambao maadili yao chini ya hali fulani ni rahisi kuamua na kubadilisha. Mara nyingi hizi ni joto na shinikizo. Katika mifumo ya multicomponent, viwango vya vipengele huongezwa kwao.

Kuna mali nyingi, i.e. kulingana na kiasi cha dutu, au wingi wa mfumo (kwa mfano, kiasi), na kubwa, huru ya molekuli (kwa mfano, joto). Sifa nyingi za kina hupatikana kwa urahisi kutoka kwa zile za kina. Kwa hivyo, molar (au molar) kiasi cha V m, ambayo ni mali kubwa, inaweza kupatikana kwa kugawanya jumla ya kiasi cha mfumo (mali kubwa) na idadi ya moles ya vitu vyake vinavyohusika. Msongamano - wingi kwa kila kitengo cha kiasi cha dutu - pia ni mali kubwa. Katika thermodynamics, wao hasa hufanya kazi kwenye mali ya molar, kwa sababu maadili yao katika usawa ni sawa kwa mfumo mzima na kwa sehemu yake yoyote.

Sifa za kina za mfumo huitwa vigezo vya serikali. Sifa zingine zinazingatiwa kama kazi za vigezo hivi.

Thamani ya mali yoyote ya mfumo haitegemei majimbo ambayo ilikuwa hapo awali, i.e. haitegemei njia ya thermodynamic ambayo mfumo ulikuja kwa hali hii. Mabadiliko yoyote yanayotokea katika mfumo na kuhusishwa na mabadiliko katika mali zake huitwa mchakato. Hivyo, mabadiliko katika mali haitegemei njia ya mchakato, lakini imedhamiriwa tu na majimbo ya awali na ya mwisho ya mfumo. KATIKA

Katika kile kinachofuata, tutatumia herufi ya Kigiriki (kwa mfano, V) kuwakilisha badiliko lenye kikomo katika sifa, na herufi za Kilatini d au (katika baadhi ya derivatives) kuwakilisha badiliko lisilo na kikomo katika sifa hii.

Mchakato ambao mfumo, baada ya kuacha hali ya awali na kuwa na mabadiliko kadhaa, hurudi kwake, inaitwa mviringo. Ni dhahiri kwamba mabadiliko katika mali ya mfumo katika mchakato wa mviringo ni sawa na sifuri. Taratibu zinazotokea kwa joto la kawaida (T = const) huitwa isothermal, kwa shinikizo la mara kwa mara (P = const) - isobaric, au isobaric, kwa kiasi cha mara kwa mara cha mfumo (V = const) -

isochoric, au isochoric. Michakato ambayo kubadilishana nishati kati ya mfumo na mazingira hutokea tu kwa namna ya kazi inaitwa

adiabatic.

Hali ya mfumo ambayo vigezo vyake vyote kwa wakati wowote vimechukua maadili ya mara kwa mara na haibadilika kwa wakati inaitwa usawa. Mchakato ambao mfumo hupitia mfululizo wa majimbo ya usawa huitwa mchakato wa usawa. Inaweza tu kuwa mchakato wa polepole sana. Dhana ya "usawa" katika kesi hii inafanana na dhana ya "kubadilishwa". Reversible ni mchakato wa thermodynamic ambayo inaruhusu mfumo kurudi katika hali yake ya awali bila mabadiliko yoyote iliyobaki katika mazingira. Mchakato wowote wa usawa unaweza kutenduliwa na, kinyume chake, wakati wa mchakato unaoweza kubadilishwa mfumo hupitia mfululizo wa majimbo ya usawa. Baada ya kuvuja mchakato usioweza kutenduliwa mfumo hauwezi kujitegemea, i.e. bila ushawishi wa nje, kurudi kwenye hali yake ya awali. Michakato yote halisi, ya hiari haiwezi kutenduliwa na inaweza tu kwa kiwango kimoja au nyingine kukaribia dhana ya mchakato unaoweza kutenduliwa.

Kama ilivyoelezwa hapo juu, mfumo wa thermodynamic unaweza kubadilishana nishati na mazingira yake katika aina mbili: kazi (fomu ya macrophysical) na joto (fomu ya microphysical).

Kazi ni kipimo cha kiasi cha aina hii ya uhamisho wa mwendo (nishati), ambayo hufanyika kwa kusonga raia wa mwisho, i.e. mfumo kwa ujumla au sehemu zake chini ya ushawishi wa nguvu yoyote.

Vitengo vinavyotumika sana vya nishati na kazi, haswa katika thermodynamics, ni joule ya SI (J) na kalori ya kitengo kisicho cha kimfumo (1).

cal = 4.18 J).

Kama mfano wa mchakato unaoambatana na kazi, fikiria upanuzi wa gesi iliyo kwenye silinda chini ya bastola, ambayo inakabiliwa na shinikizo P (Mchoro 1).

Ikiwa gesi chini ya pistoni (kusonga bila msuguano) hupanua kutoka kwa hali yenye kiasi cha V 1 hadi hali yenye kiasi cha V 2, inafanya kazi A dhidi ya shinikizo la nje. Lazimisha F ambayo gesi hutenda kwenye bastola

F = PS,

ambapo S ni eneo la sehemu ya silinda. Kazi isiyo na kikomo δA iliyofanywa wakati wa kupaa

Kielelezo 1 - Kazi iliyofanywa na gesi chini ya shinikizo wakati wa upanuzi

urefu wa pistoni dh ni

δ A = F dh = PS dh,

δ A = P dV.

Kwa mabadiliko ya mwisho katika kiasi cha gesi, kuunganisha equation inayosababisha, tunapata:

A = ∫ PdV .

Mfano unaozingatiwa unaweza kuonyeshwa kwa michoro kwa njia mbili tofauti (a na b) za mpito wa mfumo kutoka hali ya 1 hadi jimbo la 2 (Mchoro 2).

Kielelezo 2 - Tofauti katika kiasi cha kazi inayofanywa na gesi inayopanuka kutoka kiasi cha V 1 hadi kiasi cha V 2 katika michakato inayotokea kwenye njia a na kando ya njia b.

Kwa kuwa kazi ni nambari sawa na eneo chini ya curve, ambayo ni grafu ya integrand (P), ni dhahiri kwamba A a A b, ingawa majimbo ya awali na ya mwisho ya mfumo katika matukio yote mawili, pamoja na mabadiliko. katika mali (P na V), ni sawa.

Kwa hiyo, kazi inategemea njia ya mchakato, na kwa hiyo si mali ya mfumo. Kazi ni tabia ya mchakato. Kwa hivyo, tofauti na mabadiliko ya mali (, d na) kwa kazi na ukomo wake kiasi nukuu imekubaliwa A na δ A mtawalia.

Ikiwa gesi hupanuka kwa shinikizo la nje la mara kwa mara (P = const), basi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3, kazi hiyo inahesabiwa kwa kuzidisha shinikizo kwa mabadiliko ya kiasi kama matokeo ya mpito wa mfumo kutoka kwa hali ya awali hadi. hali ya mwisho.

		3 - Kazi ya upanuzi wa gesi ndani
		mchakato wa isobaric

A = P(V2 – V1)

Joto ni kipimo cha kiasi cha aina hii ya uhamisho wa mwendo (nishati), ambayo hufanyika kwa njia ya mgongano wa machafuko wa molekuli ya miili miwili inayowasiliana.

Joto, kama kazi, sio mali ya mfumo, lakini ni tabia ya mchakato na inategemea njia yake. Kwa hiyo, hatuwezi kuzungumza juu ya hifadhi ya joto katika mfumo. Majina ya joto - Q au kwa kiasi kisicho na kikomo - δ Q . Mfumo unaweza kunyonya na kutolewa joto kwa sababu ya michakato inayotokea ndani yake. Kunyonya joto, ambayo kawaida huchukuliwa kuwa chanya ( Q > 0), hutokea katika endothermictaratibu. Joto linalotokana na mfumo huzingatiwa na ishara ya minus ( Q< 0), inayohusishwa na uvujajiexothermictaratibu (Kielelezo 4). Kazi inayofanywa na mfumo inachukuliwa kuwa chanya ( A> 0). Kazi iliyofanywa kwenye mfumo chini ya ushawishi wa nguvu za nje inachukuliwa kuwa mbaya ( A< 0).

A< 0

Thermodynamic

Q > 0
Endo ya joto	Exo ya joto
taratibu	taratibu

Kielelezo 4 - Sheria ya ishara iliyopitishwa katika thermodynamics kwa joto na kazi

Moja ya kiasi muhimu zaidi katika thermodynamics inachukuliwa nishati ya ndani(U) ya mfumo, ambayo ni mali yake. Inabainisha hifadhi ya nishati ya mfumo, ikiwa ni pamoja na nishati ya mwendo wa kutafsiri na wa mzunguko wa molekuli, nishati ya mwendo wa vibrational wa intramolecular ya atomi, nishati ya mwendo wa elektroni, na nishati ya intramolecular. Nishati ya ndani haijumuishi nishati ya kinetic ya mwendo wa mfumo kwa ujumla na nishati inayowezekana ya msimamo wake.

Nishati ya ndani ni kazi ya joto na kiasi cha mfumo. Uraibu

U juu ya halijoto ni kutokana na utegemezi wa nishati ya kinetic ya mwendo wa Masi juu yake. Ushawishi wa kiasi kinachochukuliwa na mfumo juu ya thamani ya nishati ya ndani ni kutokana na ukweli kwamba nishati inayowezekana ya mwingiliano wa molekuli inategemea umbali kati yao.

Thamani kamili ya nishati ya ndani ya mfumo haiwezi sasa kuhesabiwa au kupimwa, kwa kuwa hakuna taarifa kuhusu thamani ya nishati ya intranuclear. Walakini, inawezekana kuhesabu mabadiliko katika nishati ya ndani katika michakato mbalimbali:

U = U2 - U1.

Sehemu ya 2. Utumiaji wa sheria ya kwanza ya thermodynamics kwa hesabu ya athari za joto za michakato.

Sheria ya kwanza ya thermodynamics

Sheria hii ni kesi maalum ya sheria ya jumla ya uhifadhi wa nishati kama inavyotumika kwa matukio ya joto. Haijathibitishwa kinadharia, lakini ni matokeo ya jumla ya ukweli wa majaribio. Uhalali wake unathibitishwa na ukweli kwamba hakuna matokeo yoyote ya sheria yanayopinga uzoefu. Imeundwa kama ifuatavyo.

Sheria ya kwanza: katika mchakato wowote, ongezeko la nishati ya ndani ya mfumo ni sawa na kiasi cha joto kilichotolewa kwa mfumo bila kiasi cha kazi iliyofanywa na mfumo.

Nukuu ya hisabati ya sheria ya kwanza ya thermodynamics ni usemi

ikiwa kazi iliyofanywa na mfumo inahusishwa tu na upanuzi wake. Katika hali ya jumla, wakati kazi inaweza kufanywa sio tu dhidi ya shinikizo la nje, lakini pia dhidi ya nguvu za umeme, sumaku na zingine, tunapaswa kuandika.

du = δ Q – PdV – δ A′ ,

ambapo thamani δA ′ inaitwa kazi "muhimu". Tutazingatia zaidi δA′ inapobidi tu.

Mifano ya kutumia sheria ya kwanza kwa michakato mbalimbali

1 Mchakato wa mzunguko ( U = const). Ni dhahiri kwamba kutokana na mchakato huo dU = 0, ambayo ina maana δQ = δA, au Q = A. Katika mchakato wa mviringo, kazi yote inafanywa na mfumo kutokana na ugavi wa joto kwake.

2 Mchakato wa isothermal ( T = const). Ili kurahisisha hitimisho, zingatia kutumia equation dU = δQ T - PdV kwa mchakato unaotokea katika gesi bora. Katika kesi hii, nishati ya ndani ya mfumo haitegemei kiasi, kwa hiyo U = f (T). Kwa joto la mara kwa mara dU = 0. Kwa hiyo, joto zote zinazotolewa kwa mfumo hutumiwa kufanya kazi:

δQ = δA = PdV.

Kazi zote kwa kuzingatia equation bora ya gesi ya hali PV = nRT ni sawa na

	A = V 2	PdV = V 2		dV = nRT ln
	A = V 2	PdV = V 2		dV = nRT ln




	Mchakato wa Isochoric (V = const). Kwa kuwa dV = 0, basi
	dU = δQV -		δ A = δ QV – PdV = δ QV ,
		au dU = δQV.
Joto zote zinazotolewa kwa mfumo huenda kuongeza nishati ya ndani: Q V = U.
	Mchakato wa Adiabatic (δ Q = 0). Equation dU = δQ - δA inabadilishwa kuwa fomu dU =
	δA, au δA = – dU. Mfumo hufanya kazi kutokana na kupoteza nishati yake ya ndani.
	Mchakato wa Isobaric ( P = const). Hebu tufikirie equation ya sheria ya kwanza dU = δQ P - PdV
		δQP = dU + PdV,
		δQP = dU + PdV,

ambapo, kwa kutumia mali ya kutofautisha, tunafanya mabadiliko yafuatayo:

δ QP = dU + d(PV) = d(U + PV).

Thamani katika mabano U + PV inaonyeshwa na herufi H na inaitwa enthalpy ya mfumo. Kisha

δQP = dH; Q = H = H2 - H1.

Kwa hivyo, joto lililopokelewa na mfumo katika mchakato wa isobaric hutumiwa kwa kuongezeka kwa enthalpy. Enthalpy ni mali, au kazi ya hali ya mfumo, na mabadiliko yake hayategemei njia ya mchakato, kwa sababu. mabadiliko katika idadi zote tatu U, P na V imedhamiriwa tu na majimbo ya awali na ya mwisho ya mfumo. Thamani kamili ya enthalpy, kama nishati ya ndani, haiwezi kuamua. Kwa msingi wa data ya majaribio, mabadiliko tu katika enthalpy H ya dutu inayozingatiwa imedhamiriwa wakati hali ya nje au H ya mfumo unaozingatiwa inabadilika wakati mchakato unatokea ndani yake.

Tunaona kwamba katika kesi mbili maalum, yaani kwa V = const na P = const, joto lililopokelewa na mfumo huenda kuongeza maadili ya kazi za serikali, kwa mtiririko huo U.

Nyaraka zinazofanana

Ushawishi wa joto juu ya kiwango cha mmenyuko wa kemikali. Athari za nchi mbili na za upande mmoja, molekuli zao, utaratibu, uainishaji wa kinetic. Nadharia za migongano hai. Athari za mnyororo, mlipuko wa joto. Aina za michakato ya photochemical, mavuno ya quantum.

kozi ya mihadhara, imeongezwa 12/10/2015

Tabia ya somo na kitu, malengo na malengo ya kemia ya kimwili na colloidal. Maelezo ya dhana ya msingi ya thermodynamics. Kinetiki za kemikali: kiwango cha mmenyuko wa kemikali, mlinganyo wa Arrhenius, michakato ya kichocheo, kichocheo cha homogeneous na catalysis otomatiki.

mwongozo wa mafunzo, umeongezwa 05/02/2014

Matatizo ya thermodynamics ya kemikali. Awamu ya usawa na ufumbuzi. Nadharia ya thermodynamic na umemetuamo ya elektroliti. Kinetics ya athari za kemikali. Kanuni zinazohusiana na mabadiliko ya pamoja ya aina za kemikali na electrochemical za nishati.

mwongozo wa mafunzo, umeongezwa 11/21/2016

Catalysis ni mchakato unaohusisha kubadilisha kiwango cha athari za kemikali mbele ya vitu vinavyoitwa vichocheo. Taarifa kuhusu kichocheo cha viwanda na jukumu lake katika ikolojia. Kupitia kizuizi cha nishati, kichocheo cha homogeneous na tofauti.

muhtasari, imeongezwa 11/07/2009

Kiwango cha mmenyuko wa kemikali. Athari za homogeneous na tofauti. Sheria ya hatua ya wingi. Nishati ya uanzishaji. Ushawishi wa kichocheo. Usawa wa kemikali mara kwa mara. Kiini cha kanuni ya Le Chatelier. Wazo la molekuli na mpangilio wa athari katika kinetiki za kemikali.

wasilisho, limeongezwa 04/23/2013

Wazo la kinetiki za kemikali. Mambo ni pamoja na mkusanyiko wa vinyunyuzi, kiwango cha kusaga, halijoto, na uwepo wa kichocheo au kizuia. Ufafanuzi wa dhana ya "molekuli ya majibu". Kiini cha kichocheo na hatua yake katika athari za kemikali.

mwongozo, umeongezwa 04/27/2016

Utafiti wa sheria ya usawa tofauti wa mfumo wa fizikia katika usawa thabiti wa thermodynamic. Mapitio ya maji ya multicomponent. Uchambuzi wa kinetics na catalysis. Insha juu ya mkusanyiko wa dutu na uainishaji wa athari za kemikali.

wasilisho, limeongezwa 09.29.2013

Uchambuzi wa kiini, sifa na hali ya athari za kemikali. Uainishaji wa athari za kemikali kulingana na vigezo mbalimbali. Uamuzi wa kiwango cha mmenyuko wa kemikali. Ufafanuzi wa dhana ya kichocheo, pamoja na maelezo ya athari zake kwa kiwango cha mmenyuko wa kemikali.

muhtasari, imeongezwa 06/28/2017

Wazo la kinetiki za kemikali, kiwango cha mmenyuko wa kemikali. Sheria ya msingi ya kinetics ya kemikali. Ushawishi wa joto juu ya kiwango cha athari za kemikali. Dhana na kiini cha kichocheo, kanuni ya uendeshaji wa kichocheo. Hali ya hisabati kwa usawa wa kemikali.

mwongozo wa mafunzo, umeongezwa 09/18/2015

Ushawishi wa mkusanyiko wa vitu, shinikizo, uso wa mawasiliano wa vitendanishi, joto juu ya kiwango cha mmenyuko wa kemikali. Sheria ya hatua ya wingi. Wazo la kichocheo ni kupungua kwa nishati ya uanzishaji wa mmenyuko, na kizuizi ni ongezeko la nishati yake ya uanzishaji.

D. x. n. , Profesa, Mkuu wa Idara ya Kemia ya Kimwili, Chuo Kikuu cha Ufundi cha Kemikali cha Urusi kilichoitwa baada. D. I. Mendeleev Konyukhov Valery Yuryevich volkon_1@mail. ru vkontakte. ru

Fasihi Vishnyakov A.V., Kizim N.F. M.: Kemia, 2012 Kemia ya Kimwili//Mh. K. S. Krasnova. M.: Shule ya Juu, 2001 Stromberg A. G., Semchenko D. P. Kemia ya kimwili. M.: Shule ya Juu, 1999. Misingi ya kemia ya kimwili. Nadharia na kazi: Proc. Mwongozo kwa vyuo vikuu/V. V. Eremin et al.: 2005.

Fasihi Atkins P. Kemia ya Kimwili. M.: Mir. 1980. Karapetyants M. Kh. M.: Kemia, 1975.

LOMONOSOV Mikhail Vasilyevich (1711-65), mwanasayansi wa kwanza wa asili wa Kirusi wa umuhimu wa ulimwengu, mshairi ambaye aliweka misingi ya lugha ya kisasa ya fasihi ya Kirusi, msanii, mwanahistoria, bingwa wa maendeleo ya elimu ya ndani, sayansi na uchumi. Alizaliwa mnamo Novemba 8 (19) katika kijiji cha Denisovka (sasa kijiji cha Lomonosovo) katika familia ya Pomor. Akiwa na umri wa miaka 19 alikwenda kusoma (kutoka 1731 katika Chuo cha Slavic-Kigiriki-Kilatini huko Moscow, kutoka 1735 katika Chuo Kikuu cha Academic huko St. Petersburg, mwaka wa 1736-41 huko Ujerumani). Kutoka 1742 adjunct, kutoka 1745 msomi wa Chuo cha Sayansi cha St.

Mnamo 1748 alianzisha maabara ya kwanza ya kemikali nchini Urusi katika Chuo cha Sayansi. Kwa mpango wa Lomonosov, Chuo Kikuu cha Moscow kilianzishwa (1755). Alianzisha dhana za atomiki na molekuli kuhusu muundo wa maada. Katika kipindi cha utawala wa nadharia ya caloric, alisema kuwa joto ni kutokana na harakati za corpuscles. Iliunda kanuni ya uhifadhi wa jambo na mwendo. Haijumuishi phlogiston kutoka kwenye orodha ya mawakala wa kemikali. Kuweka misingi ya kemia ya kimwili.

Kuchunguza umeme wa anga na mvuto. Aliweka mbele nadharia ya rangi. Iliunda idadi ya zana za macho. Aligundua anga kwenye Zuhura. Alielezea muundo wa Dunia, alielezea asili ya madini na madini mengi. Ilichapishwa mwongozo juu ya madini. Alisisitiza umuhimu wa kuchunguza Njia ya Bahari ya Kaskazini na kuendeleza Siberia. Alifufua sanaa ya mosaic na utengenezaji wa smalt, na akaunda picha za kuchora na wanafunzi wake. Mwanachama wa Chuo cha Sanaa (1763). Alizikwa huko St. Petersburg katika Necropolis ya karne ya 18.

Ufafanuzi wa Lomonosov: "Kemia ya Kimwili ni sayansi ambayo inasoma, kwa msingi wa kanuni na majaribio ya fizikia, kile kinachotokea katika miili ngumu wakati wa operesheni ya kemikali .... Kemia ya kimwili inaweza kuitwa falsafa ya kemikali."

Katika Ulaya Magharibi, inakubaliwa kwa ujumla kuwa 1888 ilikuwa mwaka wa kuundwa kwa kemia ya kimwili, wakati W. Ostwald alianza kufundisha kozi hii, akifuatana na mazoezi ya vitendo, na kuanza kuchapisha jarida "Zeitschtift fur physikalische Chemie". Katika mwaka huo huo, Idara ya Kemia ya Kimwili iliandaliwa katika Chuo Kikuu cha Leipzig chini ya uongozi wa W. Ostwald.

Alizaliwa na kuishi kwa muda mrefu katika Dola ya Kirusi, akiwa na umri wa miaka 35 alibadilisha uraia wa Kirusi kwa Ujerumani. Alitumia muda mwingi wa maisha yake huko Leipzig, ambapo aliitwa "profesa wa Urusi." Akiwa na umri wa miaka 25, alitetea tasnifu yake ya udaktari juu ya mada "Utafiti wa kiasi-kemikali na kemikali ya macho."

Mnamo 1887, alikubali ombi la kuhamia Leipzig, ambapo alianzisha Taasisi ya Fizikia katika chuo kikuu, ambayo aliielekeza hadi 1905. Mnamo 1888, alichukua idara ya kifahari sana ya kemia ya mwili na isokaboni katika Chuo Kikuu cha Leipzig. Alifanya kazi katika nafasi hii kwa miaka 12.

Kutoka kwa “Shule ya Leipzig” ya W. Ostwald walikuja: Washindi wa Tuzo ya Nobel S. Arrhenius, J. Van't Hoff, W. Nernst, wanakemia mashuhuri wa kimwili G. Tammann na F. Donnan, mwanakemia hai J. Wislicens, mwanakemia maarufu wa Marekani G. N. Lewis. Kwa miaka mingi, wanakemia wa Kirusi waliofunzwa chini ya Ostwald: I. A. Kablukov, V. A. Kistyakovsky, L. V. Pisarzhevsky, A. V. Rakovsky, N. A. Shilov na wengine.

Mojawapo ya sifa za kipekee za Ostwald ilikuwa miaka yake mingi ya kutoitambua nadharia ya atomiki-molekuli (ingawa alipendekeza neno "mole"). “Mkemia haoni atomi yoyote. "Anasoma tu sheria rahisi na zinazoeleweka ambazo zinasimamia uwiano wa wingi na kiasi cha vitendanishi."

V. Ostwald aliweza kuandika kitabu cha kiada cha kemia yenye wingi ambapo neno “atomu” halijatajwa kamwe. Akizungumza mnamo Aprili 19, 1904 huko London akiwa na ripoti kubwa kwa washiriki wa Jumuiya ya Kemikali, Ostwald alijaribu kuthibitisha kwamba atomi hazipo, na “kile tunachokiita maada ni mkusanyiko wa nishati zilizokusanywa pamoja mahali fulani.”

Kwa heshima ya V. Ostwald, plaque ya ukumbusho yenye maandishi katika Kiestonia, Kijerumani na Kiingereza iliwekwa kwenye eneo la Chuo Kikuu cha Tartu.

kutabiri kama majibu yanaweza kuendelea moja kwa moja; ikiwa mmenyuko hutokea, basi ni kina gani (ni viwango gani vya usawa vya bidhaa za majibu); Ikiwa majibu hutokea, basi kwa kasi gani?

1. MUUNDO WA MAMBO Katika sehemu hii, kwa misingi ya mechanics ya quantum (mlinganyo wa Schrodinger), muundo wa atomi na molekuli (obiti za elektroni za atomi na molekuli), lati za kioo za yabisi, n.k. zimefafanuliwa, na hali ya jumla ya jambo linazingatiwa.

2. CHEMICAL THERMODYNAMICS kulingana na sheria (kanuni) za thermodynamics inakuwezesha: kuhesabu athari za joto za athari za kemikali na michakato ya kimwili na kemikali, kutabiri mwelekeo wa athari za kemikali, kuhesabu viwango vya usawa wa reagents na bidhaa za majibu.

3. THERMODYNAMICS OF PHASE EQUILIBRIA Inachunguza mifumo ya mabadiliko ya awamu katika mifumo ya kipengele kimoja na multicomponent (suluhisho). Kusudi lake kuu ni kuunda michoro za usawa za mifumo hii.

4. ELECTROCHEMISTRY Inachunguza mali ya ufumbuzi wa electrolyte, sifa za tabia zao kwa kulinganisha na ufumbuzi wa Masi, inachunguza mifumo ya ubadilishaji wa nishati ya athari za kemikali na nishati ya umeme wakati wa uendeshaji wa seli za electrochemical (galvanic) na electrolyzers.

5. KINETIKI ZA KIKEMIKALI NA CATALYSIS Inachunguza mifumo ya athari za kemikali kwa muda, inasoma ushawishi wa vigezo vya thermodynamic (shinikizo, joto, nk), uwepo wa vichocheo na vizuizi juu ya kiwango na utaratibu wa athari.

Sayansi tofauti, COLLOID CHEMISTRY, inajumuisha sehemu ya kemia ya kimwili - kemia ya kimwili ya matukio ya uso na mifumo iliyotawanywa.

Classical thermodynamics ni tawi la fizikia ya kinadharia na inasoma mifumo ya mabadiliko ya pamoja ya aina mbalimbali za mabadiliko ya nishati na nishati kati ya mifumo katika mfumo wa joto na kazi (termo - joto, dynamo - mwendo).

Vifupisho vya Thermodynamics kutoka kwa sababu zinazosababisha mchakato wowote na wakati ambapo mchakato huu hutokea, lakini hufanya kazi tu na vigezo vya awali na vya mwisho vya mfumo unaoshiriki katika mchakato wowote wa kimwili na kemikali. Sifa za molekuli ya mtu binafsi hazizingatiwi, lakini sifa za wastani za mifumo inayojumuisha molekuli nyingi hutumiwa.

Kazi za thermodynamics ya kemikali ni: kipimo na hesabu ya athari za joto za athari za kemikali na michakato ya physicochemical, utabiri wa mwelekeo na kina cha athari, uchambuzi wa usawa wa kemikali na awamu, nk.

1. 1. Dhana za msingi na ufafanuzi wa TD Katika thermodynamics, taratibu zote za maslahi kwetu hutokea katika mifumo ya thermodynamics. Mfumo ni mwili au kikundi cha miili kwa kweli au kiakili kinachotambuliwa na mwangalizi katika mazingira.

Mfumo ni sehemu ya ulimwengu unaotuzunguka ambayo inatuvutia sana. Kila kitu kingine katika ulimwengu ni mazingira (mazingira). Inakubaliwa kwa ujumla kuwa mazingira ni makubwa sana (yana kiasi kisicho na kipimo) kwamba ubadilishaji wa nishati na mfumo wa thermodynamic haubadilishi joto lake.

Kulingana na asili ya ubadilishanaji wa nishati na maada na mazingira, mifumo imeainishwa: kutengwa - haiwezi kubadilishana ama jambo au nishati; imefungwa - wanaweza kubadilishana nishati, lakini hawawezi kubadilishana jambo; wazi - inaweza kubadilishana vitu na nishati.

Kulingana na idadi ya awamu, mifumo imegawanywa katika: homogeneous - inajumuisha awamu moja (suluhisho la Na. Cl katika maji); tofauti - mfumo unajumuisha awamu kadhaa, zilizotengwa kutoka kwa kila mmoja na miingiliano. Mfano wa mifumo tofauti ni barafu inayoelea ndani ya maji, maziwa (matone ya mafuta ni awamu moja, kati ya maji ni nyingine).

Awamu ni mkusanyiko wa sehemu zenye usawa za mfumo ambazo zina sifa sawa za kemikali na kimwili na zimetenganishwa na sehemu nyingine za mfumo kwa miingiliano ya awamu. Kila awamu ni sehemu ya homogeneous ya mfumo tofauti

Kulingana na idadi ya vipengele, mifumo imegawanywa katika: moja-, mbili-, sehemu tatu na sehemu nyingi. Vipengele ni dutu za kemikali za kibinafsi zinazounda mfumo ambao unaweza kutengwa na mfumo na kuwepo nje yake.

Mfumo wowote wa thermodynamic unaweza kuwa na sifa ya seti ya idadi kubwa ya mali ya kimwili na kemikali ambayo huchukua maadili fulani: joto, shinikizo, conductivity ya mafuta, uwezo wa joto, viwango vya vipengele, mara kwa mara ya dielectric, nk.

Thermodynamics ya kemikali hushughulikia sifa hizo ambazo zinaweza kuonyeshwa bila utata kama kazi za joto, shinikizo, kiasi au mkusanyiko wa dutu katika mfumo. Tabia hizi huitwa sifa za thermodynamic.

Hali ya mfumo wa thermodynamic inazingatiwa ikiwa muundo wake wa kemikali, muundo wa awamu na maadili ya vigezo vya kujitegemea vya thermodynamic vinaonyeshwa. Vigezo vya kujitegemea ni pamoja na: shinikizo (P), kiasi (V), joto (T), kiasi cha dutu n kwa namna ya idadi ya moles au kwa namna ya viwango (C). Hizi huitwa vigezo vya hali.

Kwa mujibu wa mfumo wa sasa wa vitengo (SI), vigezo kuu vya thermodynamic vinatajwa katika vitengo vifuatavyo: [m 3] (kiasi); [Pa] (shinikizo); [mol] (n); [K] (joto). Kwa ubaguzi, katika thermodynamics ya kemikali inaruhusiwa kutumia kitengo cha shinikizo la nje ya mfumo, anga ya kawaida ya kimwili (atm), sawa na 101.325 kPa.

Vigezo na mali za thermodynamic zinaweza kuwa: Intensive - hazitegemei wingi (kiasi) cha mfumo. Hizi ni joto, shinikizo, uwezo wa kemikali, nk Kina - hutegemea wingi (kiasi) cha mfumo. Hizi ni nishati, entropy, enthalpy, nk Wakati mfumo changamano unapoundwa, mali kubwa hutolewa nje, na mali nyingi zinafupishwa.

Mabadiliko yoyote yanayotokea katika mfumo na yanafuatana na mabadiliko katika angalau parameter moja ya hali ya thermodynamic (mali ya mfumo) inaitwa mchakato wa thermodynamic. Ikiwa mchakato unabadilisha muundo wa kemikali wa mfumo, basi mchakato kama huo unaitwa mmenyuko wa kemikali.

Kwa kawaida, wakati wa mchakato, vigezo moja (au zaidi) vinawekwa mara kwa mara. Ipasavyo, wanafautisha: mchakato wa isothermal kwa joto la kawaida (T = const); mchakato wa isobaric - kwa shinikizo la mara kwa mara (P = const); mchakato wa isochoric - kwa kiasi cha mara kwa mara (V = const); mchakato wa adiabatic kwa kutokuwepo kwa kubadilishana joto na mazingira (Q = 0).

Wakati michakato inatokea katika mifumo isiyo ya maboksi, joto linaweza kufyonzwa au kutolewa. Kwa mujibu wa kipengele hiki, taratibu zinagawanywa katika exothermic (joto hutolewa) na endothermic (joto huingizwa).

Wakati wa mchakato, mfumo hupita kutoka hali moja ya usawa hadi hali nyingine ya usawa ya Thermodynamic ni hali ya mfumo ambao usawa wa joto, mitambo na kemikali (electrochemical) huzingatiwa na mazingira na kati ya awamu za mfumo.

Majimbo ya usawa ni: imara; metastable. Mchakato unaitwa usawa (quasi-static) ikiwa unapita polepole sana kupitia mlolongo unaoendelea wa hali za usawa za mfumo.

Taratibu zinazotokea zenyewe na hazihitaji nishati ya nje kwa utekelezaji wao huitwa michakato ya hiari (chanya). wakati nishati inapotolewa kutoka kwa mazingira ili kutekeleza mchakato, yaani, kazi inafanywa kwenye mfumo, mchakato huo unaitwa usio wa kawaida (hasi).

Kazi za serikali Kazi za serikali ni mali ya mfumo (nishati ya ndani U, enthalpy H, entropy S, nk), zinaonyesha hali fulani ya mfumo. Mabadiliko yao wakati wa mchakato hayategemei njia yake na imedhamiriwa tu na majimbo ya awali na ya mwisho ya mfumo.

Badiliko lisilo na kikomo katika kitendakazi fulani ni jumla ya tofauti d. U, d. S nk:

Kazi za mchakato (mpito) Kazi za mchakato (joto Q, kazi W) - sio mali ya mfumo (haziko kwenye mfumo), zinatokea wakati wa mchakato ambao mfumo unashiriki.

Ikiwa hakuna joto na kazi katika mfumo, basi haina maana kuzungumza juu ya mabadiliko yao tu tunaweza kuzungumza juu ya wingi wao Q au W katika mchakato fulani. Idadi yao inategemea njia ya mchakato. Idadi isiyo na kikomo inaonyeshwa na Q, W.

Mwendo ni sifa ya jambo. Kipimo cha harakati, i.e. tabia ya upimaji na ubora, ni nishati. Nishati ni kazi ya hali ya mfumo. Mabadiliko yake katika mchakato fulani haitegemei njia ya mchakato na imedhamiriwa tu na majimbo ya awali na ya mwisho ya mfumo.

Aina nyingi za nishati zinajulikana: mitambo, umeme, kemikali, nk, lakini nishati inaweza kusonga kutoka kwa mfumo hadi mfumo kwa aina mbili tu: kwa namna ya joto au kazi.

Joto (Q) ni aina ya uhamishaji wa nishati kutoka kwa mfumo hadi mfumo kwa sababu ya harakati ya machafuko ya chembe (molekuli, atomi, ioni, nk) za mifumo inayowasiliana.

Katika thermodynamics, joto linalotolewa kwa mfumo linachukuliwa kuwa chanya (Kwa mfano, joto la mmenyuko wa mwisho wa joto), na joto lililoondolewa kwenye mfumo linachukuliwa kuwa hasi (joto la mmenyuko wa exothermic). Katika thermochemistry kinyume chake ni kweli.

Kazi ni aina ya uhamishaji wa nishati kutoka kwa mfumo hadi mfumo kwa sababu ya harakati iliyoelekezwa ya miili midogo au midogo. Katika fasihi, kazi imeteuliwa ama W (kutoka kwa "kazi" ya Kiingereza) au A (kutoka kwa "arbait" ya Kijerumani).

Kuna aina tofauti za kazi: mitambo, umeme, sumaku, mabadiliko ya uso, n.k. Kazi isiyo na kikomo ya aina yoyote inaweza kuwakilishwa kama bidhaa ya nguvu ya jumla na mabadiliko katika uratibu wa jumla, kwa mfano:

Jumla ya aina zote za kazi isipokuwa kazi dhidi ya nguvu za shinikizo la nje P - kazi ya upanuzi - compression inaitwa kazi muhimu W':

Katika thermodynamics, kazi inachukuliwa kuwa chanya ikiwa inafanywa na mfumo yenyewe na hasi ikiwa inafanywa kwenye mfumo. Kulingana na mapendekezo ya IUPAC, kazi inayofanywa kwenye mfumo inachukuliwa kuwa chanya (kanuni ya "ubinafsi" ni ile inayoongeza nishati ya ndani ni chanya)

Kazi ya upanuzi wa gesi bora katika michakato mbalimbali 1. Upanuzi katika utupu: W = 0. 2. Upanuzi unaoweza kurekebishwa wa Isochoric: d. V=0 W=0

Hitimisho na uhusiano wa thermodynamics hutengenezwa kwa misingi ya postulates mbili na sheria tatu. Mfumo wowote uliotengwa unakuja kwa hali ya usawa kwa wakati na hauwezi kuiacha kwa hiari (postulate ya kwanza) Hiyo ni, thermodynamics haielezi mifumo ya kiwango cha astronomical na microsystems yenye idadi ndogo ya chembe.

Mpito wa hiari kutoka hali isiyo na usawa hadi hali ya usawa inaitwa kupumzika. Hiyo ni, hali ya usawa itakuwa dhahiri kupatikana, lakini muda wa mchakato huo haujaamuliwa, nk hakuna dhana ya wakati.

Nakala ya pili Ikiwa mfumo A uko katika usawa wa joto na mfumo B, na mfumo huo uko katika usawa wa joto na mfumo C, basi mifumo A na C pia ziko katika usawa wa joto.

Nishati ya ndani ya mfumo wowote wa thermodynamic U inajumuisha kinetic (nishati ya mwendo) na uwezo (nishati ya mwingiliano) nguvu za chembe zote (molekuli, nuclei, elektroni, quarks, nk) zinazounda mfumo, pamoja na aina zisizojulikana za nishati.

Nishati ya ndani ya mfumo inategemea wingi wake (mali kubwa), juu ya asili ya dutu ya mfumo na vigezo vya thermodynamic: U = f (V, T) au U = (P, T) hupimwa kwa J/mol. au J/kg. U ni kazi ya serikali, kwa hivyo U haitegemei njia ya mchakato, lakini imedhamiriwa na hali ya awali na ya mwisho ya mfumo. d. U - tofauti kamili.

Nishati ya ndani ya mfumo inaweza kubadilika kama matokeo ya kubadilishana nishati na mazingira tu kwa njia ya joto au kazi.

Ukweli huu, ambao ni jumla ya uzoefu wa vitendo wa wanadamu, hutoa sheria ya kwanza (mwanzo) ya thermodynamics: U = Q - W Katika fomu tofauti (kwa sehemu isiyo na kikomo ya mchakato): d. U=QW

"Joto linalotolewa kwa mfumo huenda kuongeza nishati ya ndani ya mfumo na kufanya kazi kwenye mfumo."

Kwa mfumo wa pekee, Q = 0 na W = 0, yaani, U = 0 na U = const. Nishati ya ndani ya mfumo wa pekee ni mara kwa mara

Katika uundaji wa Clausius: "Nishati ya ulimwengu ni thabiti." Mashine ya mwendo wa kudumu ya aina ya kwanza (perpetum mobile) haiwezekani. Aina tofauti za nishati hubadilika kuwa kila mmoja kwa viwango sawa kabisa. Nishati haionekani wala kuharibiwa, lakini inasonga tu kutoka kwa mfumo hadi mfumo.

Chaguo za kukokotoa U ni nyongeza. Hii inamaanisha kwamba ikiwa mifumo miwili inayoonyeshwa na maadili ya U 1 na U 2 imejumuishwa katika mfumo mmoja, basi nishati ya ndani inayotokana U 1 + 2 itakuwa sawa na jumla ya nguvu za sehemu zake za msingi: U 1. + 2 = U 1 + U 2

Katika hali ya jumla, joto Q ni kazi ya mchakato, yaani, wingi wake inategemea njia ya mchakato, lakini katika matukio mawili ambayo ni muhimu kwa mazoezi, joto hupata mali ya kazi ya serikali, yaani, thamani ya Q huacha kutegemea njia ya mchakato, lakini imedhamiriwa tu majimbo ya awali na ya mwisho ya mfumo.

Tutafikiri kwamba wakati wa mchakato tu kazi inaweza kufanyika dhidi ya nguvu za shinikizo la nje, na kazi muhimu ni W = 0: Q = d. U+P d. V, na tangu V = const, basi P d. V = 0: QV = d. U au katika fomu muhimu: QV = Uк - Un

Tena tunadhani kwamba kazi muhimu ni W = 0, basi: Q = d. U+P d. V, Kwa kuwa P = const, tunaweza kuandika: QP = d. U + d (РV), QР = d (U + P V). Hebu tuonyeshe: H U + P V (enthalpy) QР = d. H au: QP = Hk - Hn

Kwa hivyo, athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali hupata mali kama kazi ya serikali katika P = const: QP = H; kwa V = const: QV = U.

Kwa kuwa athari za kemikali na michakato ya physicochemical mara nyingi hufanyika kwa shinikizo la mara kwa mara (katika hewa ya wazi, yaani saa P = const = 1 atm), katika mazoezi dhana ya enthalpy badala ya nishati ya ndani hutumiwa mara nyingi kwa mahesabu. Wakati mwingine neno "joto" la mchakato hubadilishwa bila maelezo zaidi na "enthalpy", na kinyume chake. Kwa mfano, wanasema "joto la malezi", lakini andika f. N.

Lakini ikiwa mchakato tunaopendezwa nao unatokea kwa V = const (kwenye kiotomatiki), basi usemi unapaswa kutumika: QV = U.

Hebu tutofautishe usemi: H = U + P V d. H = d. U+Pd. V+Vd. P, kwa shinikizo la mara kwa mara V d. P = 0 na d. H = d. U+P d. V Katika fomu muhimu: H = U + P V

Kwa gesi bora, equation ya Clapeyron-Mendeleev ni halali: Р V = n R T, ambapo n ni idadi ya moles ya gesi, R 8, 314 J / mol K ni mara kwa mara ya gesi ya ulimwengu wote. Kisha (saa T = const) P V = n R T. Hatimaye tuna: H = U + n R T n - mabadiliko katika idadi ya moles ya vitu vya gesi wakati wa majibu.

Kwa mfano, kwa majibu: N 2 (g) + 3 H 2 (g) = 2 NH 3 (g) n = -2, na kwa majibu: 2 H 2 O (l) 2 H 2 (g) + O 2( d) n = 3.

Tofauti kati ya QV na QP ni muhimu tu wakati dutu za gesi zinahusika katika majibu. Ikiwa hakuna, au ikiwa n = 0, basi QV = QP.

Athari ya joto ya mmenyuko inaeleweka kama kiasi cha nishati iliyotolewa au kufyonzwa wakati wa majibu katika mfumo wa joto, mradi tu: P = const au V = const; kwamba joto la vitu vya kuanzia ni sawa na joto la bidhaa za mmenyuko; kwamba hakuna kazi nyingine (muhimu) inafanywa katika mfumo isipokuwa kazi ya upanuzi na ukandamizaji.

Mabadiliko ya enthalpy wakati wa michakato mbalimbali Hali ya Kipimo cha Mchakato 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 Joto la kujitenga: H 2 O (l) → H + + OH- P = 1 atm T = 298 K +57. 26 Joto la kutoweka: H+ + OH- → H 2 O (l) P = 1 atm T = 298 K - 57. 26 Joto la uvukizi: H 2 O (l) → H 2 O (g) P = 1 atm T = 373 K +40. 67 Joto la mchanganyiko: H 2 O (cr) → H 2 O (l) P = 1 atm T = 273 K +6. 02

Ukweli wa kudumu kwa QV au QP, muda mrefu kabla ya kurasimishwa kwa thermodynamics ya kemikali kama sayansi, ilianzishwa kwa majaribio na G. I. Hess (sheria ya kudumu kwa kiasi cha joto au sheria ya Hess): Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali inategemea aina na hali ya vitu vya kuanzia na bidhaa za majibu na haitegemei njia za mabadiliko yao kwa kila mmoja.

German Ivanovich Hess (1802 - 1850) - mmoja wa wanasayansi wakubwa wa Kirusi, profesa katika Taasisi ya Teknolojia huko St. Mzaliwa wa Geneva, na kukulia kutoka umri mdogo huko St. Alipata elimu yake ya matibabu huko Yuryev, baada ya kuhitimu kutoka chuo kikuu alifanya kazi huko Stockholm na J. Berzelius. Katika majaribio yake, Hess alijaribu kuanzisha sheria ya uwiano wa joto nyingi (sawa na sheria ya D. Dalton ya uwiano nyingi). Alishindwa kufanya hivi (hakuna sheria kama hiyo kwa asili), lakini kama matokeo ya masomo ya majaribio, Hess alipata sheria ya kudumu kwa viwango vya joto (sheria ya Hess). Kazi hii, iliyochapishwa mwaka wa 1842, ni matarajio ya sheria ya kwanza ya thermodynamics.

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

Joto la malezi - athari ya joto ya malezi ya mole 1 ya dutu fulani kutoka kwa vitu rahisi: f. H. Dutu zinazojumuisha atomi za aina moja huitwa sahili. Hii ni, kwa mfano, nitrojeni N2, oksijeni O2, grafiti C, nk.

Kutoka kwa ufafanuzi inafuata kwamba joto la malezi ya maji ni sawa na ukubwa wa athari ya joto ya mmenyuko: H 2 + 1/2 O 2 = H 2 O QP = f. N

Ikiwa mmenyuko unafanywa kwa P = 1 atm, basi joto lililopimwa la majibu litakuwa sawa na f. Ho - kiwango cha joto cha malezi ya maji. Kwa kawaida maadili ya f. Lakini imeorodheshwa kuwa 298 K kwa karibu vitu vyote vinavyotumika katika shughuli za vitendo: f. Ho 298(H 2 O).

Bidhaa za mmenyuko H prod f r H Dutu za awali H Ref. in-c f Dutu rahisi

Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali: 1 A 1 + a 2 A 2 + = b 1 B 1 + b 2 B 2 + ni sawa na jumla ya joto la malezi ya bidhaa za mmenyuko ukiondoa jumla ya joto la uundaji wa vitu vya kuanzia (kwa kuzingatia mgawo wa stoichiometric ai na bj):

Mfano wa 1: Kuhesabu athari ya joto ya mmenyuko wa hidrojeni ya mvuke wa benzini (mmenyuko huu unafanywa juu ya uso wa vichocheo tofauti - metali ya platinamu): C 6 H 6 + 3 H 2 = C 6 H 12 kwa 298 K na P = atm 1:

C 6 H 6(g) f. Ho 298, k. J/mol 82.93 C 6 H 6(g) 49.04 C 6 H 12(g) H 2 -123.10 0 Dutu r. N 0298 = -123.10 - (82.93 +3 0) = -206.03 k. N 0298 = -123.10–(49.04 + 3 0) = -72.14 k J kutumika. H 0 = 82.93 - 49.04 = +33.89 kJ/mol

Joto la mwako ni athari ya joto ya mmenyuko wa oxidation ya kina (mwako) wa dutu (kwa oksidi za juu). Katika kesi ya hidrokaboni, oksidi za juu ni H 2 O (l) na CO 2. Katika kesi hiyo, joto la mwako, kwa mfano, methane ni sawa na athari ya joto ya mmenyuko: CH 4 + 2 O 2 = CO 2 + 2 H 2 O (l) QP = ng'ombe. H

maadili ya ng'ombe. Ho 298 inaitwa joto la kawaida la mwako, zimeorodheshwa kwa 298 K. Hapa index "o" inaonyesha kuwa joto limedhamiriwa kwa hali ya kawaida (P = 1 atm), index "oh" inatoka kwa Kiingereza - oxidation - oxidation.

Bidhaa za mwako (CO 2, H 2 O) oh. H Ref. uh oh. N prod Reaction bidhaa r. H Nyenzo za kuanzia

Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali: 1 A 1 + a 2 A 2 + = b 1 B 1 + b 2 B 2 + ni sawa na jumla ya joto la mwako wa vitu vinavyoanza ukiondoa jumla ya joto la mwako wa bidhaa za athari (kwa kuzingatia coefficients ya stoichiometric ai na bj):

Mfano wa 2: Kwa kutumia joto la mwako wa vitu, hesabu athari ya joto ya mmenyuko wa kuzalisha ethanol (pombe ya divai) kwa kuchacha kwa glukosi. 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 kJ Joto la mwako wa CO 2 ni sifuri.

Uwezo wa joto hutegemea joto. Kwa hivyo, tofauti hufanywa kati ya uwezo wa wastani na wa kweli wa joto. Kiwango cha wastani cha joto cha mfumo katika safu ya joto T 1 - T 2 ni sawa na uwiano wa kiasi cha joto kinachotolewa kwa mfumo Q kwa thamani ya muda huu:

Uwezo wa kweli wa joto huamuliwa na mlingano: Uhusiano kati ya uwezo wa kweli na wastani wa joto unaonyeshwa na mlingano:

Uwezo wa joto wa mfumo hutegemea wingi wake (au kiasi cha dutu), i.e. ni mali kubwa ya mfumo. Ikiwa uwezo wa joto unahusiana na kitengo cha wingi, basi thamani kubwa hupatikana - uwezo maalum wa joto [J/kg K]. Ikiwa tunahusiana C na kiasi cha dutu katika mfumo, tunapata uwezo wa joto wa molar cm [J/mol K].

Wanajulikana: uwezo wa joto kwa shinikizo la mara kwa mara Cp, uwezo wa joto kwa kiasi cha mara kwa mara Cv. Katika kesi ya gesi bora, uwezo wa joto ulioonyeshwa unahusiana na kila mmoja kwa equation: Ср = С v + R

Uwezo wa joto wa vitu hutegemea joto. Kwa mfano, uwezo wa joto wa barafu hutofautiana kutoka 34.70 J/mol K katika 250 K hadi 37.78 J/mol K katika 273 K. Kwa vitu vikali, Debye alipata mlinganyo ambao kwa halijoto iliyo karibu na 0 K inatoa: CV= a T 3 ( Sheria ya Debye ya T-cubes), na kwa zile za juu: CV=3 R.

Kwa kawaida, utegemezi wa uwezo wa joto kwenye joto hupitishwa kwa kutumia equations za majaribio ya fomu: ambapo a, b na c ni const, hutolewa katika vitabu vya kumbukumbu vya mali ya kimwili na kemikali ya dutu.

Ikiwa utegemezi wa hisabati r. CP dhidi ya T haijulikani, lakini kuna maadili ya majaribio ya uwezo wa joto wa washiriki wa mmenyuko kwa joto tofauti, kisha grafu imepangwa katika kuratibu r. Co. P = f (T) na kuhesabu kwa picha eneo chini ya curve ndani ya 298 - T 2, ni sawa na muhimu:

Ikiwa mabadiliko ya awamu moja au zaidi hutokea katika kiwango cha joto kinachozingatiwa, basi athari zao za joto zinapaswa kuzingatiwa wakati wa kuhesabu r. H:

Mpango wa kuhesabu r. Majibu kwa joto la kiholela T ni kama ifuatavyo. Kwanza, r huhesabiwa kwa kutumia joto la kawaida la malezi au joto la mwako wa vitu. H 298 athari (kama ilivyoelezwa hapo juu). Ifuatayo, kwa kutumia equation ya Kirchhoff, athari ya joto huhesabiwa kwa joto lolote la T:

Majedwali yanaonyesha viwango vya joto (enthalpies) vya malezi f kwa karibu vitu vyote. Ho 0 kwa 0 K na maadili: kwa joto T (hupewa na muda wa 100 K).

Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali huhesabiwa kwa kutumia equation: r. H 0 T = r. H00+

r. H 00 imehesabiwa kwa njia sawa na r. H 0298 i.e. kama tofauti katika hesabu za joto la malezi ya bidhaa na vitu vya kuanzia (lakini kwa 0 K):

Thamani zimehesabiwa: = cont ref. c-c kwa kuzingatia mgawo wa majibu ya stoichiometric.

Hatua muhimu katika historia ya kemia ya kimwili Neno "kemia ya kimwili" ni ya M.V. Lomonosov, ambaye mwaka wa 1752 alifundisha kwanza kozi "Kemia ya Kimwili" kwa wanafunzi wa Chuo Kikuu cha St. Anamiliki njia. ufafanuzi: "Kemia ya kimwili ni sayansi ambayo inaelezea, kwa msingi wa kanuni na majaribio ya fizikia, kile kinachotokea katika miili iliyochanganywa wakati wa operesheni ya kemikali."

Mafanikio katika historia ya kemia ya kimwili Mnamo mwaka wa 1887, Ostwald aliteuliwa kuwa profesa wa kwanza wa kemia ya kimwili katika Chuo Kikuu cha Leipzig, ambapo wasaidizi wake na wafanyakazi wenzake walijumuisha Jacob van't Hoff, Svante Arrhenius na Walter Nernst. Katika mwaka huo huo, Ostwald alianzisha Jarida la Kemia ya Kimwili ("Zeitschrift für physikalische Chemie").

Shughuli za mfamasia Sehemu zinazohusika za kemia ya kimwili au mbinu za physicochemical za uchambuzi Uzalishaji wa viwanda wa dutu za dawa Utafiti wa usawa wa kemikali, kinetiki za kemikali na kichocheo Uchimbaji wa vitu vya dawa kutoka kwa malighafi ya mimea na wanyama Utafiti wa usawa wa awamu (uchimbaji), utafiti wa ufumbuzi, utafiti wa kueneza Dawa za maandalizi na fomu za kipimo Mali ya mifumo iliyotawanywa, usawa wa awamu, matukio ya uso, mali ya ufumbuzi, nk. Uamuzi wa utangamano wa kimwili wa madawa ya kulevya Awamu na usawa wa kemikali, ufumbuzi, uchambuzi wa joto Uchambuzi wa madawa ya kulevya katika dutu, katika fomu za kipimo. , katika vitu vya asili, katika dondoo Mbinu za Physico-kemikali za uchambuzi: macho - spectrophotometry, photocolorimetry, nephelometry, turbidimetry, nk; electrochemical - potentiometric, conductometric, titration amperometric, polarography, nk. kromatografia - adsorption, kizigeu chromatography, safu, safu nyembamba, karatasi, electrophoretic kromatografia, nk. Uamuzi na upanuzi wa maisha ya rafu ya madawa ya kulevya Kinetics, catalysis, photochemistry Kuchagua njia ya kuanzisha madawa ya kulevya katika mwili wa binadamu Nadharia ya ufumbuzi (osmosis, umumunyifu wa pande zote. ya dutu), mafundisho juu ya usawa wa awamu (uchimbaji, usambazaji, uenezaji), kichocheo cha asidi-msingi, kinetics, mali ya mifumo iliyotawanywa Utafiti wa tabia ya dutu za dawa katika mwili Usambazaji, mali ya gel, mali ya surfactants na uzito mkubwa wa Masi. dutu, kinetics, utafiti wa ufumbuzi, utafiti wa usawa wa kemia, nk.

DHANA ZA MSINGI ZA THERMODYNAMICS Mfumo ni seti ya vitu (vipengele) katika hali maalum ya awamu, kuingiliana na kutengwa na mazingira kwa uso wa mpaka ni mfumo wa homogeneous, ndani ambayo hakuna interface kati ya sehemu za mfumo na tofauti mali (ufumbuzi wa kioevu au imara, mchanganyiko wa gesi kavu) Heterogeneous p. kuwa na miingiliano kati ya sehemu zilizo na sifa tofauti na inajumuisha awamu mbili au zaidi.

DHANA ZA MSINGI ZA Awamu ya THERMODYNAMICS - seti ya sehemu zote zenye homogeneous za mfumo, zinazofanana katika muundo wa kemikali, muundo na mali zote za kina na kutengwa na sehemu zingine na Sehemu ya kiolesura - kiwanja cha kemikali kinachojitegemea kilichojumuishwa katika awamu Mfumo wa Fungua Mfumo uliofungwa. mfumo

DHANA ZA MSINGI ZA THERMODYNAMICS Sifa kubwa hutegemea kiasi cha dutu (kiasi, uwezo wa joto, entropy) Sifa kubwa hazitegemei kiasi cha dutu (wiani, joto) Kazi za serikali - mali zinazotegemea hali ya awali na ya mwisho na haitegemei. hutegemea njia ya mpito.

DHANA ZA MSINGI ZA THERMODYNAMICS Nishati ya ndani (U) ni chaguo la kukokotoa la hali inayobainisha hifadhi ya jumla ya nishati ya mfumo wa Kazi (W) ni aina ya uhamishaji wa nishati (katika mfumo wa nishati ya kinetic ya mwendo ulioelekezwa wa chembe) Joto (Q). ) ni uhamishaji wa nishati kupitia migongano ya molekuli (kubadilishana joto). Njia ya Microscopic (iliyoharibika) ya uhamishaji wa nishati. JOTO NA KAZI NI KAZI ZA MCHAKATO!

ZERH SHERIA YA THERMODYNAMICS 1931 Fowler IKIWA MIFUMO "A" NA "B" KILA MSAWAZI WA THERMAL NA MFUMO "C", BASI INAWEZA KUSEMA KWAMBA "A" NA "B" ZIKO KATIKA USAWA WA JOTO KATIKA MAFUPISHO haya. kulingana na vipimo vya joto

SHERIA YA KWANZA YA THERMODYNAMICS (SHERIA YA UHIFADHI WA NISHATI) Ikiwa mfumo haufanyi kazi, basi mabadiliko yoyote katika nishati ya ndani hutokea tu kutokana na kunyonya au kutolewa kwa joto, i.e. saa w = 0 U = Q Ikiwa mfumo haupokea au kutoa joto, basi kazi inayofanya inazalishwa tu kutokana na kupoteza nishati ya ndani, i.e. saa Q = 0 U = w au w = U - inafuata kwamba haiwezekani kuunda mashine ya kudumu ya mwendo (utaratibu) ambayo hutoa kazi kwa muda usiojulikana bila kuingia kwa nishati kutoka nje.

THERMOCHEMISTRY (dhana za msingi) Joto la uundaji H f (kutoka kwa uundaji) Joto la mwako H c (kutoka kwa mwako) Hali ya kawaida (1 atm = Pa), 298 K (25 o C) IKIWA thamani ya thermochemical au thermodynamic imetolewa kwa kiwango. hali , basi hii imewekwa na ishara "o": H o f; H o s; U o

UHITAJI WA PILI WA SHERIA YA HESS Ikiwa athari mbili zitatokea, zinazoongoza kutoka kwa majimbo tofauti ya awali hadi majimbo sawa ya mwisho, basi tofauti kati ya athari zao za joto ni sawa na athari ya joto ya mmenyuko wa mpito kutoka hali moja ya awali hadi hali nyingine ya awali C. gr) + O 2 = CO 2 393.51 k J/mol C (alm) + O 2 = CO 2 395.39 k J/mol

UHITAJI WA TATU WA SHERIA YA HESS Ikiwa athari mbili zitatokea, zinazoongoza kutoka kwa hali sawa za mwanzo hadi majimbo tofauti ya mwisho, basi tofauti kati ya athari zao za joto ni sawa na athari ya joto ya mmenyuko wa mpito kutoka hali moja ya mwisho hadi jimbo lingine la mwisho C (g. ) + O 2 CO 2 393.505 kJ/mol CO + 1/2 O 2 CO 2 282.964 k J/mol C (g) + 1/2 O 2 CO + H r H r = 393.505 (282.964) = 110.541 k J/ mol.

SHERIA YA PILI YA THERMODYNAMICS Joto haliwezi kuhamishwa kwa hiari kutoka kwa mwili baridi hadi kwenye joto kali Nishati ya aina mbalimbali huelekea kugeuka kuwa joto, na joto huelekea kutoweka Hata hivyo, utawanyiko wa nishati kati ya vipengele vya mfumo unaweza kuhesabiwa na mbinu za thermodynamics ya takwimu

SHERIA YA TATU YA THERMODYNAMICS kwa fuwele iliyoagizwa vyema kwa joto la sifuri kabisa, wakati hakuna mwendo wa joto wa chembe, uwezekano wa thermodynamic W ni sawa na 1. Hii ina maana, kwa mujibu wa equation ya Boltzmann, entropy yake ni sifuri: S 0 = k 1 = 0

- -

USAWAZI WA KIKEMIKALI 1. Ishara ya thermodynamic ya usawa (nishati za Gibbs na Helmholtz hazibadiliki) 2. Ishara ya kinetic ya usawa (viwango vya athari za mbele na za nyuma ni sawa) KAZI: uboreshaji wa utungaji wa mchanganyiko wa usawa wa dutu; hesabu ya mavuno ya usawa wa bidhaa za mmenyuko wa kemikali

Kanuni ya Le Chatelier IKIWA MFUMO ULIPO KATIKA HALI YA USAWA, BASI CHINI YA ATHARI ZA VIKOSI VINAVYOSABABISHA KUTOKUWA NA USAWA, MFUMO HUHAMISHIA HALI AMBAYO ATHARI YA USHAWISHI WA NJE HUDHAIFU Le Chatelier inapoamua kanuni ya awamu ya utenganishaji na usawazishaji wa kemikali. kubadilisha joto, shinikizo au muundo wa mfumo

Milinganyo ya isothermu ya mmenyuko wa kemikali Jacob van't Hoff () (mwanafunzi wa Friedrich Kekule) "FANTASTIC NON SANE!" Adolf Kolbe "Subiri uone..."

DHANA ZA MSINGI Awamu - seti ya sehemu zote za mfumo zinazofanana, zinazofanana katika muundo wa kemikali, muundo na mali zote kubwa na kutengwa na sehemu zingine na Sehemu ya kiolesura - kiwanja cha kemikali kilichopo kwa kujitegemea ambacho ni sehemu ya Kiolesura cha awamu (mpaka wa interphase)

GIBBS PHASE RULE C = 0 - mfumo unaitwa nonvariant; kubadilisha parameter yoyote ya serikali husababisha mabadiliko katika idadi ya awamu. C = 1 - mfumo unaitwa monovariant; moja tu ya vigezo inaweza kubadilishwa bila kubadilisha idadi ya awamu. C = 2 - mfumo unaitwa bivariant.

Kwa sehemu za awamu C = K F + 2 = = 2 Kwa mistari ya usawa C = K F + 2 = = 1 Kwa nukta tatu C = K F + 2 = = 0

SULUHISHO 1. Mifumo ya kutawanya ya molekuli-ya kutawanya ya thermodynamically 2. Mifumo ya awamu moja ya muundo wa kutofautiana au tofauti, unaojumuisha vipengele viwili au zaidi. Kwa kawaida, kutengenezea na solute hutengwa. Aina kuu ni ufumbuzi wa mashirika yasiyo ya electrolytes na ufumbuzi wa electrolytes.

Sheria ya kwanza ya Konovalov: Vimiminika huchemka wakati shinikizo la mvuke juu yao inakuwa sawa na shinikizo la anga. Vimiminiko safi huchemka kwa joto la kawaida (T kip) katika suluhisho ni tofauti: Mvuke iliyojaa, ikilinganishwa na suluhisho la usawa, ni tajiri zaidi katika sehemu hiyo, ambayo kuongeza kwa mfumo huongeza shinikizo la mvuke. Mvuke katika mfumo wa binary wa msawazo hutajirishwa katika kipengele cha kuchemsha kidogo ikilinganishwa na kioevu.
Sheria ya pili ya Konovalov Uliokithiri kwenye mchoro wa kuchemsha unafanana na usawa huo wa suluhisho na mvuke iliyojaa, ambayo nyimbo za awamu zote mbili ni ufumbuzi wa Azeotropic ambao, kwa uwiano fulani wa vipengele, una muundo sawa wa mvuke kama muundo wa kioevu (yaani, mchanganyiko hufanya kama dutu safi).