นำเสนอรายวิชาบรรยายเคมีเชิงฟิสิกส์ การบรรยายวิชาเคมีฟิสิกส์ง

คุณสมบัติลักษณะ เคมีวิเคราะห์มีความสนใจในความสัมพันธ์ในระบบ: องค์ประกอบทางเคมี - คุณสมบัติลักษณะเฉพาะเพื่อสร้างวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีตามเงื่อนไขที่พบสำหรับการสำแดงอย่างหลังและการพึ่งพาการทำงานของขนาดของสัญญาณการวิเคราะห์บน ความเข้มข้นหรือปริมาณสัมบูรณ์ของสาร (สารวิเคราะห์) ที่กำหนด: A = f (C) เคมีวิเคราะห์จากผลการศึกษารูปแบบการสำแดงคุณสมบัติเฉพาะของสาร มุ่งมั่นที่จะวัดองค์ประกอบทางเคมีของวัตถุใด ๆ ในโลกวัตถุ ซึ่งเราไม่สามารถวัดได้ในปัจจุบัน

สไลด์ 3

แนวคิดทั่วไปของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ E 1 E 2 ให้เราพิจารณาโดยทั่วไปเกี่ยวกับวงจรไฟฟ้าเคมี ในกรณีนี้ อิเล็กโทรดถือเป็นระบบที่ประกอบด้วยเฟสการนำไอออนและอิเล็กตรอนตั้งแต่สองเฟสขึ้นไป ที่ขอบเขตที่เกิดการเปลี่ยนจากการนำไฟฟ้าไปเป็นไอออนิกหรือในทางกลับกัน ในทางเทคนิค อิเล็กโทรดมักถูกเข้าใจว่าเป็นเพียงส่วนที่นำอิเล็กตรอนของระบบนี้เท่านั้น

สไลด์ 4: วงจรไฟฟ้าเคมีประกอบด้วยอิเล็กโทรดสองตัวที่จุ่มอยู่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรดแต่ละตัวจะมีลักษณะเฉพาะภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ด้วยค่าหนึ่งของศักย์อิเล็กโทรด ซึ่งเป็นความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดกับสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่สัมผัสกับอิเล็กโทรด สิ่งนี้ทำให้เกิดทิศทางแรกในการใช้กระบวนการเคมีไฟฟ้าเพื่อการวิเคราะห์ - การสร้างรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าสมดุลตามหน้าที่ขององค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ อี = ฉ(ซีไอ)

แนวคิดทั่วไป วงจรไฟฟ้าเคมีประกอบด้วยอิเล็กโทรดสองตัวที่จุ่มอยู่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรดแต่ละตัวจะมีลักษณะเฉพาะภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ด้วยค่าหนึ่งของศักย์อิเล็กโทรด ซึ่งเป็นความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดกับสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่สัมผัสกับอิเล็กโทรด สิ่งนี้ทำให้เกิดทิศทางแรกในการใช้กระบวนการเคมีไฟฟ้าเพื่อการวิเคราะห์ - การสร้างรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าสมดุลตามหน้าที่ขององค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ อี = ฉ(ซีไอ)

สไลด์ 5

หลักการ mV ในการวัดสัญญาณการวิเคราะห์ จำเป็นต้องใช้วงจรไฟฟ้าอย่างง่าย เงื่อนไขบังคับเพียงอย่างเดียวสำหรับวงจรภายนอกคือความต้านทานไฟฟ้าภายในสูงสุดที่เป็นไปได้ของอุปกรณ์วัด ข้อกำหนดนี้เกิดจากการที่เราสนใจในค่าของศักย์ไฟฟ้าสมดุล ซึ่งสามารถวัดได้เฉพาะในกรณีที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าในวงจร เมื่อไม่มีกระบวนการถ่ายโอนประจุที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ เนื่องจากอุปกรณ์มีความต้านทานภายในสูง เราจึงเข้าใกล้การปฏิบัติตามเงื่อนไขนี้ ความแรงของกระแสในวงจรมีแนวโน้มเป็นศูนย์

สไลด์ 6

หลักการ mV I=0 mA \/\/\/\/\/\/\/\ ในกรณีที่เหมาะจะใช้ "วงจรชดเชย" เพื่อการวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้น: ในกรณีนี้ด้วยความช่วยเหลือของกระแสภายนอก แหล่งกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่มีทิศทางตรงข้าม E k ถูกสร้างขึ้น เท่ากับความแตกต่างในศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด ซึ่งจะชดเชยผลลัพธ์ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรด: E 1 – E 2 = E k หลักฐานการชดเชยในระบบคือค่าปัจจุบันในวงจร เท่ากับ 0

สไลด์ 7: วิธีการวิเคราะห์โดยอิงจากการวัดศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดสมดุลที่กระแสเป็นศูนย์เรียกว่าสมดุลหรือโพเทนชิโอเมตริก

วิธีการวิเคราะห์โดยอิงจากการวัดศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดสมดุลที่กระแสเป็นศูนย์เรียกว่าสมดุลหรือโพเทนชิโอเมตริก

สไลด์ 8

หลักการ กรณีทั่วไปที่สองของการใช้กระบวนการไฟฟ้าเคมีเพื่อให้ได้ข้อมูลการวิเคราะห์จะสอดคล้องกับสภาวะที่กระแสไฟฟ้าจากแหล่งภายนอกถูกส่งผ่านวงจรไฟฟ้าเคมี mA \/\/\/\/\/\/\/\ mV ในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงกระบวนการที่ไม่สมดุลอยู่แล้ว และเกี่ยวกับวิธีการที่ไม่สมดุล วงจรไฟฟ้าทั่วไปจะมีรูปแบบคล้ายกับวงจรชดเชย แต่มีความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือ EMF ภายนอก  E1-E2 และตามลำดับ I  0

สไลด์ 9

สไลด์ 10: เราสามารถดำเนินการกระบวนการแยกสารด้วยไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่ง และวัดมวลของสารที่ปล่อยออกมาหรือปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ในการปล่อยออกมา ดังนั้น จึงสามารถใช้วิธีอิเล็กโทรกราวิเมทรีและคูลอมเมตริกได้ ข้อมูลการวิเคราะห์สูงสุดสามารถรับได้จากการพึ่งพากระแสในวงจรกับแรงดันไฟฟ้าภายนอกที่ใช้ โดยทั่วไปวิธีที่อิงจากการวัด I = f (E) เรียกว่า โวลแทมเมทรี ซึ่งเป็นวิธีที่มีหลายแบบ

หลักการ เราสามารถดำเนินการกระบวนการแยกสารด้วยไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่งและวัดมวลของสารที่ปล่อยออกมาหรือปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ในการปล่อยออกมา ด้วยเหตุนี้ จึงสามารถใช้วิธีอิเล็กโทรกราวิเมทรีและคูลอมเมทรีได้ ข้อมูลการวิเคราะห์สูงสุดสามารถรับได้จากการพึ่งพากระแสในวงจรกับแรงดันไฟฟ้าภายนอกที่ใช้ โดยทั่วไป วิธีการที่ใช้การวัด I = f (E) เป็นหลัก เรียกว่า โวลแทมเมทรี ซึ่งเป็นวิธีที่มีหลายรูปแบบ

สไลด์ 11

วิธีการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริก วิธีการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริกขึ้นอยู่กับการวัดความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดสองขั้ว ก่อนอื่นจำเป็นต้องชี้แจงว่าอิเล็กโทรดใดที่น่าสนใจจากมุมมองเชิงวิเคราะห์ เพื่อวัตถุประสงค์ในการวิเคราะห์ ศักยภาพของอิเล็กโทรดซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้จำเป็นจะต้องมีความสัมพันธ์เชิงหน้าที่บางอย่างกับความเข้มข้นของไอออนหนึ่งประเภทขึ้นไป: E = f (C i) อิเล็กโทรดดังกล่าวเรียกว่าอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ ในทางกลับกัน อิเล็กโทรดที่สองภายใต้เงื่อนไขการวัดเชิงวิเคราะห์ควรมีค่าศักย์คงที่ เช่น เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง

สไลด์ 12

ประเภทของอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอเมทรี อิเล็กโทรดประเภทแรกคือระบบของโลหะที่แช่อยู่ในสารละลายที่มีไอออนของโลหะนี้ ศักย์สมดุลของอิเล็กโทรดประเภทแรกนั้นถูกสร้างขึ้นขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของสมดุลในระบบ: Me  Me n + + ne ตามสมการของ Nernst ศักย์สมดุลของอิเล็กโทรดดังกล่าวคือ E = E o + (RT /nF) ln a(Me n+) โดยที่ R คือค่าคงที่ของก๊าซ , Т – อุณหภูมิ, F – เลขฟาราเดย์, a(Me n+) – กิจกรรมของไอออนของโลหะ, Eo – ศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดมาตรฐานที่สอดคล้องกับกรณีเมื่อ a(Me n+ ) = 1.

สไลด์ 13

ประเภทของอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอเมทรี ปัญหาของการใช้อิเล็กโทรดเชิงวิเคราะห์ประเภทที่ 1 คือสำหรับอิเล็กโทรดโลหะแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะรับประกันการปฏิบัติตามเงื่อนไขหลัก - การสร้างสมดุลที่กำหนดศักยภาพ ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดได้รับผลกระทบจากกระบวนการข้างเคียงหลายอย่าง ซึ่งมักจะช้าในเวลา ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่างการละลายของไอออนของโลหะกับตัวทำละลายหรือสารอื่นๆ ที่มีอยู่ในสารละลาย ในกรณีทั่วไปส่วนใหญ่ของสารละลายที่เป็นน้ำ นั่นก็คือกระบวนการให้น้ำและการไฮโดรไลซิส ดังนั้นตามกฎแล้วอิเล็กโทรดประเภทแรกจึงไม่น่าดึงดูดไม่ว่าจะเป็นตัวบ่งชี้หรืออิเล็กโทรดอ้างอิง มีข้อยกเว้นสองประการสำหรับกฎทั่วไป: อิเล็กโทรดเงินและไฮโดรเจน

สไลด์ 14

ประเภทของอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอเมทรี ข้อยกเว้นที่สำคัญที่สุดคืออิเล็กโทรดไฮโดรเจน ซึ่งศักย์ไฟฟ้าจะถูกเลือกให้เป็นจุดอ้างอิงในระดับศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด อิเล็กโทรดไฮโดรเจนเป็นท่อแพลทินัมที่มีผนังบางเคลือบด้านนอกด้วยแพลทินัมที่เป็นรูพรุน ภายในหลอดจะมีแรงดันไฮโดรเจนอยู่ที่ 1.01105 Pa (1 atm) เป็นที่ทราบกันว่าไฮโดรเจนมีความสามารถในการละลายสูงในแพลตตินัมและมีค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายสูงผ่านมัน นอกจากนี้แพลตตินัมยังเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่กำจัดสิ่งกีดขวางในการกระตุ้นในปฏิกิริยาการแยกตัวของโมเลกุลไฮโดรเจนออกเป็นอะตอมและการแตกตัวเป็นไอออน: H 2 (Pt)  2 H + + 2 e

สไลด์ 15

ประเภทของอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอเมทรี ดังนั้น ระบบดังกล่าวจะทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดไฮโดรเจน ซึ่งมีศักยภาพคือ E = E o + (RT/F)lna (H +) เมื่อ a(H +) = 1, E o คือมาตรฐาน ศักย์ไฟฟ้า ซึ่งถือเป็น 0 ในระดับไฮโดรเจน

สไลด์ 16

ประเภทของอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอเมทรี อิเล็กโทรดประเภทที่สอง - อิเล็กโทรดประเภทที่สอง - เป็นระบบของโลหะและเกลือที่ละลายได้น้อย ตัวอย่างคลาสสิกคืออิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์ Ag/AgCl ศักยภาพของอิเล็กโทรดดังกล่าวขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออนที่สอดคล้องกัน: 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( ซีแอล -)

สไลด์ 17

ประเภทของอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอเมทรี ตามสมการข้างต้น ที่ความเข้มข้นคงที่ของไอออนในสารละลาย ค่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดจะคงที่ ดังนั้นอิเล็กโทรดประเภท II จึงมีความน่าสนใจมากที่สุดในฐานะอิเล็กโทรดอ้างอิง ตัวอย่างเช่น ใส่ Ag/AgCl หรือ Hg/Hg 2 Cl 2 ลงในสารละลาย KCl ที่อิ่มตัว แต่มีตัวอย่างการใช้อิเล็กโทรดประเภทที่ 2 เป็นอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้เพื่อกำหนดความเข้มข้นของคลอไรด์ไอออน

สไลด์ 18

ประเภทของอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอเมทรี อิเล็กโทรดประเภทที่สามที่พบมากที่สุดคือเมมเบรน บางครั้งแนวคิดของอิเล็กโทรดเมมเบรนจะระบุด้วยแนวคิดของอิเล็กโทรดคัดเลือกไอออน ชื่อเฉพาะเจาะจงไอออนบ่งบอกว่าเรากำลังเข้าใกล้อิเล็กโทรดประเภทที่น่าสนใจที่สุดสำหรับเคมีวิเคราะห์

สไลด์ 19

ประเภทของอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอเมทรี เพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานของอิเล็กโทรดเมมเบรน ให้เราพิจารณาหลักการทั่วไปของการก่อตัวของความต่างศักย์ทั้งหมดในวงจรไฟฟ้าเคมีที่ประกอบขึ้นโดยใช้การออกแบบอิเล็กโทรดเมมเบรนที่เทียบเท่ากัน เมมเบรนที่ทำจากวัสดุอิเล็กโทรดแอคทีฟ อิเล็กโทรดอ้างอิง mV 1 2 อิเล็กโทรดเมมเบรน

สไลด์ 20

ประเภทของอิเล็กโทรดในห้องโพเทนชิโอเมทรี 1 และ 2 มีสารละลายที่มีกิจกรรมที่แตกต่างกันของไอออนที่กำหนดศักยภาพ วัสดุที่มีฤทธิ์เป็นอิเล็กโทรดคือสารที่มีความนำไฟฟ้าแบบไอออนิก ที่บริเวณส่วนต่อประสานกับสารละลายของไอออนที่กำหนดศักย์ ศักยภาพในการกระโดดจะเกิดขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับกิจกรรมเชิงหน้าที่ และผลที่ตามมาคือความเข้มข้นของไอออนที่กำหนดความเป็นศักย์: E M1 = f (a i) ขนาดของศักย์ไฟฟ้าผลลัพธ์สัมพันธ์กับกิจกรรมของไอออนที่ใช้กำหนดศักยภาพของไอออนที่มีการพึ่งพา Nernst เท่ากัน: E M1 = Eo + (RT/nF)lna i (1)

สไลด์ 21

ประเภทของอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอเมทรี ข้อกำหนดของการนำไฟฟ้าอิออนเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการทำงานของอิเล็กโทรดเมมเบรน ถ้าวัสดุนั้นเป็นไดอิเล็กตริก เราก็ไม่สามารถวัดความต่างศักย์ในเซลล์ดังกล่าวได้ หากวัสดุมีค่าการนำไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์ สิ่งนี้จะนำไปสู่การกระโดดที่อาจเกิดขึ้นอย่างไม่อาจทำซ้ำได้ในระหว่างการเปลี่ยนจากการนำแบบอิเล็กทรอนิกส์ไปเป็นไอออนิก ความต่างศักย์รวมของเซลล์ที่คล้ายกัน E เซลล์ = E E.S.1 – E M 1 + E M 2 – E E.S.2 (2)

สไลด์ 22

ประเภทของอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอเมทรี หากองค์ประกอบของสารละลายในห้องที่ 2 ของเซลล์ได้รับการแก้ไขและในห้องแรกเราวางสารละลายด้วยความเข้มข้นที่แปรผันของไอออนที่กำหนดศักยภาพ จากนั้นในสมการที่กำหนดสำหรับเซลล์ E ตัวแปรเดียว ค่าจะเป็น E M 1 การแทนที่ E เป็น (2) M 1 จากความเท่าเทียมกัน (1) เราได้นิพจน์ต่อไปนี้: เซลล์ E = (E E.S.1 + E M2 – E E.S.2 - E o M1) – (RT / nF ) lna i = const – (RT / nF) lna i โดยที่ const คือมูลค่ารวมของส่วนประกอบคงที่

สไลด์ 23

ประเภทของอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอเมทรี หลังจากเตรียมสารละลายหลายอย่างพร้อมกิจกรรมที่ทราบแล้ว และในกรณีของสารละลายเจือจางที่มีความเข้มข้นของสาร i ก็สามารถสร้างกราฟการสอบเทียบได้ เซลล์ lna i การใช้กราฟสอบเทียบนี้ทำให้คุณสามารถกำหนดความเข้มข้นของสาร i ในสารละลายได้

สไลด์ 24

ประเภทของอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอเมทรี เซลล์ที่พิจารณาสามารถแบ่งออกเป็นสองซีกตามแนวขอบเขตเมมเบรนที่ด้านสารละลาย 1 ส่วนที่ถูกต้องซึ่งรวมถึงอิเล็กโทรดอ้างอิงซึ่งเป็นสารละลายที่มีความเข้มข้นคงที่ของสารกำหนดศักยภาพและเมมเบรนที่ทำขึ้น ของวัสดุที่มีฤทธิ์เป็นอิเล็กโทรดเรียกว่าอิเล็กโทรดเมมเบรน Eme = const – (RT/nF)ln ai = const – (0.059/n)lg ai ลักษณะสำคัญของอิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนคือ พื้นที่ (ช่วง) ของความเป็นเชิงเส้นของฟังก์ชันอิเล็กโทรด การเลือกสรร เวลาตอบสนอง

สไลด์ 25

ฟังก์ชันอิเล็กโทรด เมื่อพิจารณาว่ามักใช้อิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนเพื่อกำหนดความเข้มข้นของไอออนในสารละลายเจือจาง ฟังก์ชันอิเล็กโทรดจะถูกพล็อตในพิกัด E - lgCi ไม่ใช่ lgai แทนที่จะเป็น logCi มักใช้ค่า p i = - logCi E p i 5 4 3 2 1 ช่วงเชิงเส้น ฟังก์ชันอิเล็กโทรดซึ่งเป็นกราฟการสอบเทียบ มีลักษณะเป็นเส้นตรงในช่วงการทำงานของอิเล็กโทรดและโค้งงอที่ขอบของช่วง

สไลด์ 26

ฟังก์ชันอิเล็กโทรด การเบี่ยงเบนจากความเป็นเชิงเส้นของฟังก์ชันอิเล็กโทรดในบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำมักเกี่ยวข้องกับการละลายของสารออกฤทธิ์ของอิเล็กโทรดของเมมเบรน ซึ่งเป็นผลมาจากความเข้มข้นของไอออนที่กำหนดศักยภาพถูกสร้างขึ้นใน ชั้นสารละลายที่อยู่ติดกับเมมเบรนให้สมส่วนกับชั้นที่วัดได้ เมื่อความเข้มข้นของไอออนที่สอดคล้องกันในสารละลายลดลง ผลของการละลายของเมมเบรนจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น และศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดจะเป็นค่าที่สอดคล้องกับความเข้มข้นของไอออนที่กำหนดศักยภาพนี้ ฟังก์ชันอิเล็กโทรดที่กำหนดสอดคล้องกับอิเล็กโทรดคัดเลือกคลอไรด์ที่มีเมมเบรนที่มี AgCl ดังที่ทราบ PR AgCl = 1.8 10 –10.

สไลด์ 27

อิทธิพลของการรบกวน อิทธิพลของการรบกวนของผลิตภัณฑ์การละลายของเมมเบรนเริ่มปรากฏในช่วงความเข้มข้นตั้งแต่ 10 -5 ถึง 10 -4 โมล/ลิตร สาเหตุหลักสำหรับการเบี่ยงเบนของฟังก์ชันอิเล็กโทรดจากความเป็นเส้นตรงในบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงคือความเข้มข้นและกิจกรรมของไอออนมีความคลาดเคลื่อนอย่างมีนัยสำคัญ แต่กระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้นก็อาจเกิดขึ้นได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่นสำหรับอิเล็กโทรดคัดเลือกคลอไรด์ - ความสามารถในการละลายของ AgCl เพิ่มขึ้นในสารละลายคลอไรด์เข้มข้นเนื่องจากการก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อนคลอไรด์ที่ละลายน้ำได้ -

สไลด์ 28

การเลือกค่า ISE มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมประสิทธิ์การเลือกเทียบกับไอออน ซึ่งสามารถส่งผลต่อค่าศักย์ไฟฟ้าสมดุลได้ ค่าสัมประสิทธิ์การเลือกเท่ากับอัตราส่วนของความเข้มข้นของไอออนที่กำหนดและรบกวนซึ่งสอดคล้องกับค่าเดียวกันของศักย์ไฟฟ้า: K i / j = C i / C j ภายใต้เงื่อนไข E i = E j โดยที่ E i คือค่าของศักย์อิเล็กโทรดในพื้นที่ความเป็นเส้นตรงของฟังก์ชันอิเล็กโทรด ที่ความเข้มข้นของไอออนที่กำหนดศักย์ไฟฟ้า C i ; E j คือค่าของศักย์อิเล็กโทรดที่กำหนดโดยการมีอยู่ของไอออนรบกวนที่มีความเข้มข้น C j

สไลด์ 29

หัวกะทิ p i E -lgC i 5 4 3 2 1 E j ที่ C j A Cj = const Ci - ตัวแปร Ki/j = Ci/Cj คำจำกัดความของ Ki / j แบบกราฟิก ชุดสารละลายถูกเตรียมโดยมีความเข้มข้นคงที่ของไอออน C j ที่รบกวนและความเข้มข้นที่แปรผันของความเข้มข้นที่กำหนด เมื่อ C i ลดลง การมีอยู่ของสารรบกวนจะเริ่มส่งผลต่อตัวมันเองมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อค่าของความต่างศักย์ที่วัดได้ถึงจุดราบสูง แสดงว่าอิเล็กโทรดหยุดตรวจจับไอออนแล้ว

สไลด์ 30

การเลือกของ abscissa ของจุดตัด E = f (p i) และ E ที่ C j สอดคล้องกับ p i = - logC i จากที่นี่เราจะพบ C i และค่าที่สอดคล้องกันของสัมประสิทธิ์การเลือก Ki / j = C i / C j เนื่องจากค่าของ Cj เป็นที่รู้จักจากเงื่อนไขการทดลอง ถ้ากี/เจ< 1, то электрод более селективен к i -ионам и наоборот, при Ki / j >อิเล็กโทรด 1 ตัวจะทำปฏิกิริยารุนแรงยิ่งขึ้นเมื่อมีไอออนรบกวน ตัวอย่างคือการมีอยู่ของโบรไมด์และไอโอไดด์เมื่อตรวจวัดคลอไรด์โดยใช้อิเล็กโทรดคัดเลือกคลอไรด์

สไลด์ 31

หัวกะทิ สมการที่เสนอโดย B.P. Nikolsky คำนึงถึงอิทธิพลรวมของไอออนที่รบกวนหลายตัว: E me = const – (0.059/n)log สมการนี้จะใช้ได้หากอิทธิพลของการรบกวนนั้นสัมพันธ์กับการแข่งขันของไอออนเมื่อสร้างสมดุลไอออนิก ระหว่างเมมเบรนกับสารละลาย

สไลด์ 32

หัวกะทิ ลดหัวกะทิ เช่น การปรากฏตัวของอิทธิพลของการรบกวนของไอออนแปลกปลอมนั้นไม่ได้เกี่ยวข้องกับกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนระหว่างพื้นผิวเมมเบรนและสารละลายเสมอไป เช่นเดียวกับในกรณีของอิทธิพลร่วมกันของไอออนเฮไลด์ บ่อยครั้ง ความสมดุลของไอออนิกของไอออนที่กำหนดศักยภาพจะได้รับผลกระทบจากกระบวนการก่อตัวที่ซับซ้อนในสารละลาย ตัวอย่างเช่น ฟังก์ชันไอออนิกของอิเล็กโทรดคัดเลือกฟลูออไรด์ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการมีอยู่ของไอออน Fe(III) และ Al(III) ซึ่งก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนรุนแรงด้วยไอออนฟลูออไรด์ เกี่ยวกับฟังก์ชันอิเล็กโทรดของอิเล็กโทรดที่เลือกสำหรับแคตไอออนที่มีประจุสองเท่า Cu II, Cd II, Pb II เป็นต้น ไอออนใด ๆ ที่มีความสามารถในการก่อตัวที่ซับซ้อนจะมีผล

สไลด์ 33

เวลาตอบสนอง คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดประการที่สามคือเวลาตอบสนองของอิเล็กโทรดคัดเลือกอิออน ซึ่งระบุลักษณะเฉพาะของเวลาที่ต้องใช้เพื่อให้อิเล็กโทรดไปถึงค่าศักย์คงที่หลังจากความเข้มข้นเปลี่ยนแปลงกะทันหัน ค่า t off ขึ้นอยู่กับทั้งคุณลักษณะเฉพาะของอิเล็กโทรดและเงื่อนไขการวัด ยิ่งความเข้มข้นพุ่งสูงขึ้น เวลาตอบสนองก็จะนานขึ้น

สไลด์ 34

เวลาตอบสนอง เมื่อเปลี่ยนจากความเข้มข้นต่ำไปสูงขึ้น ตามกฎแล้ว เวลาตอบสนองจะสั้นกว่าระหว่างการเปลี่ยนกลับ: 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.

สไลด์ 35

วัสดุเมมเบรนของอิเล็กโทรด ลักษณะการวิเคราะห์หลักของ ISE นั้นถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของสารที่ใช้สร้างเมมเบรนเป็นหลัก เมมเบรนมีสามประเภทหลักที่ใช้ในอิเล็กโทรดคัดเลือกไอออน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสถานะเฟสของสารที่ออกฤทธิ์กับอิเล็กโทรด: ผลึก แก้ว และของเหลว เมมเบรนอิเล็กโทรดชนิดแรกและที่สำคัญที่สุดคืออิเล็กโทรดแก้วซึ่งเมมเบรนทำจากแก้วซิลิเกต แก้วซิลิเกตทั้งหมดถือได้ว่าเป็นเกลือของกรดโพลีเมอร์ซิลิซิก พวกมันมีความสามารถในการเลือกเฉพาะของไฮโดรเนียมไอออน ไม่มีอิเล็กโทรดอื่นใดที่มีช่วงความเป็นเชิงเส้นของฟังก์ชันอิเล็กโทรดซึ่งมีความกว้างใกล้เคียงกันด้วยซ้ำ: เกือบ 14 ขนาดของการเปลี่ยนแปลงในกิจกรรมของไฮโดรเจนไอออน

สไลด์ 36

วัสดุของเมมเบรนอิเล็กโทรด เคมีเชิงวิเคราะห์สมัยใหม่เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการได้หากไม่มีการวัดค่า pH โดยใช้อิเล็กโทรดแก้ว ด้วยการปรับเปลี่ยนองค์ประกอบของแก้ว จึงสามารถแก้ไขปัญหาในการสร้างอิเล็กโทรดที่คัดเลือกไอออนโซเดียมได้ ในแง่ของช่วงความเป็นเชิงเส้นของฟังก์ชันอิเล็กโทรดและการเลือกสภาพ พวกมันด้อยกว่าอิเล็กโทรด pH อย่างมาก และจะคัดเลือกไอออนไฮโดรเจนได้มากกว่าเสมอ เมื่อเปรียบเทียบกับโซเดียมไอออนที่จะกำหนดศักยภาพ ความท้าทายหลักสำหรับอิเล็กโทรดแก้วคือการสร้างแก้วที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูง ในขณะเดียวกัน การค้นหาองค์ประกอบของแก้วที่คัดเลือกไอออนอื่นๆ ยังคงดำเนินต่อไป พบวิธีแก้ปัญหาดั้งเดิมจำนวนหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้แก้วชาลโคโคไนด์เป็นวัสดุที่ออกฤทธิ์กับอิเล็กโทรด

สไลด์ 37

วัสดุของเมมเบรนอิเล็กโทรด เมมเบรนแบบผลึกแบ่งออกเป็นแบบโมโนและโพลีคริสตัลไลน์ และแบบหลังเป็นแบบเนื้อเดียวกันและต่างกัน ด้วยองค์ประกอบทางเคมีที่เหมือนกัน ความแตกต่างระหว่างการปรับเปลี่ยนอิเล็กโทรดแบบผลึกจะปรากฏขึ้นเป็นอันดับแรกในลักษณะการวิเคราะห์ของอิเล็กโทรดเป็นเวลาตอบสนอง บางครั้งความแตกต่างในความเข้มข้นของไอออนที่กำหนดศักยภาพ ซึ่งสอดคล้องกับขีดจำกัดล่างของขอบเขตความเป็นเชิงเส้นของฟังก์ชันอิเล็กโทรดที่เกี่ยวข้องกับความสามารถในการละลายที่แตกต่างกันของวัสดุเมมเบรน อาจปรากฏในระดับเล็กน้อย เยื่อโมโนคริสตัลไลน์มักจะละลายได้น้อยกว่าเยื่อโพลีคริสตัลไลน์เสมอ ความเป็นไปได้ในการเลือกวัสดุเมมเบรนในคลาสนี้ค่อนข้างจำกัดและหมดไปมาก พบวิธีแก้ปัญหาที่ประสบความสำเร็จสูงสุดโดยใช้เมมเบรนผลึกสำหรับการกำหนดไอออนิกของไอออนเฮไลด์: F -, Cl -, Br -, I - และ S 2-

สไลด์ 38

วัสดุเมมเบรนอิเล็กโทรด เมมเบรนประเภทที่สามเป็นของเหลวหรือพลาสติก เนื่องจากเป็นเรื่องยากที่จะสร้างเซลล์ตรวจวัดที่มีชั้นของเหลวอิสระเป็นเมมเบรน พื้นผิวที่ทำจากโพลีเมอร์ที่พองตัวในของเหลวนี้จึงมักจะถูกชุบด้วยวัสดุอิเล็กโทรแอคทีฟของเหลว ดังนั้นชื่อ - เมมเบรนพลาสติก เมมเบรนประเภทนี้ไม่สะดวกในการใช้งานจริงอย่างมาก ตัวอย่างเช่น ของเหลวมีแนวโน้มที่จะระเหย ดังนั้นอายุการใช้งานของเมมเบรนแบบพลาสติกจึงน้อยกว่าเมมเบรนแบบแข็งอย่างมาก แต่มีข้อได้เปรียบที่สำคัญอย่างหนึ่ง - มีตัวเลือกจำนวนมากขึ้นอย่างมากในการเลือกวัสดุที่ตรงตามเกณฑ์การคัดเลือกและการนำไอออนิก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปัญหาเร่งด่วน เช่น การระบุไนเตรต แอมโมเนียม โพแทสเซียม และแคลเซียมไอออน ได้รับการแก้ไขโดยใช้เมมเบรนที่กลายเป็นพลาสติก

สไลด์ 39

สถานะของปัญหา ปัจจัยที่สำคัญมากในการพัฒนาไอโอโนเมตรีตลอดจนวิธีการวิเคราะห์ส่วนใหญ่คือระดับของการแก้ปัญหาทางเทคโนโลยีและทางเทคนิค จนถึงปัจจุบัน การออกแบบ ISE จำนวนมากได้รับการพัฒนา ซึ่งออกแบบมาเพื่อใช้ในแผนการวิเคราะห์ตามปกติตามปกติ และสำหรับการแก้ปัญหาการวิเคราะห์เฉพาะ เช่น การวิเคราะห์การไหลและการวิเคราะห์วัตถุทางชีววิทยา รวมถึงการวัดในแหล่งกำเนิดโดยตรงในของเหลวทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิต การเปลี่ยนแปลงการออกแบบและการย่อขนาดไม่ส่งผลกระทบต่อหลักการทั่วไปของวิธีการ มีปัญหาคำศัพท์บางประการเกิดขึ้น

สไลด์ 40

เงื่อนไข ในช่วงสามทศวรรษที่ผ่านมามีลักษณะเฉพาะจากการเกิดขึ้นของคำศัพท์ใหม่ในชีวิตประจำวันของนักวิเคราะห์ - เซ็นเซอร์เคมี ฉันจะกำหนดให้เซ็นเซอร์เคมีเป็นตัวแปลงข้อมูลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของตัวกลางที่วิเคราะห์ไปเป็นสัญญาณไฟฟ้า ไม่มีการตีความคำนี้ที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป ความหมายโดยประมาณคือวิธีการขนาดเล็กในการวัดความเข้มข้นของสารเคมีในตัวกลางที่เป็นของเหลวและก๊าซโดยตรง หลักการวัดสามารถเป็นอะไรก็ได้ ISE เข้ากันได้ดีกับเนื้อหาเชิงความหมายของคำนี้ ดังนั้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จึงมีแนวโน้มที่จะถือว่า ISE เป็นหนึ่งในตัวเลือกสำหรับเซ็นเซอร์เคมี เนื้อหาไม่มีการเปลี่ยนแปลงกับคำใหม่

สไลด์ 41

เงื่อนไขการบังคับใช้ การประเมินบทบาทของไอโอโนเมตรีในการวิเคราะห์ทางเคมีมีความคลุมเครือมาก มือสมัครเล่นมักจะพูดเกินจริงถึงความสามารถของวิธีการนี้ ในขณะที่นักวิเคราะห์ฝึกหัดก็ดูถูกดูแคลน เป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าไอโอโนเมทรีเป็นวิธีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการวิเคราะห์อย่างต่อเนื่องในการไหลของสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม เมื่อจำเป็นต้องติดตามการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของสารวิเคราะห์ที่รู้จักในนิรนัย นี่อาจเป็นการตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อมหรือการตรวจสอบกระบวนการทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง ด้วยความล่าช้าจากเรียลไทม์ เราได้รับข้อมูลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นขององค์ประกอบเฉพาะในวัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์ ในทางปฏิบัติในห้องปฏิบัติการ วิธี pH-metry เป็นที่ยอมรับโดยไม่มีเงื่อนไข

สไลด์ 42

เงื่อนไขการบังคับใช้ วิธีการนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการกำหนดแอนไอออนแต่ละตัว: F -, Cl -, Br -, I -, S 2- สถานการณ์จะซับซ้อนมากขึ้นด้วยการระบุไอออนของโลหะหนัก ศักยภาพของ ISE ใดๆ ก็ตามขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออนที่กำหนดศักยภาพในสารละลาย ดังนั้น กระบวนการทางเคมีใดๆ ที่ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสมดุลของไอออนิกจะส่งผลต่อขนาดของสัญญาณการวิเคราะห์ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมเท่านั้น (สารละลายที่เป็นกรด, ไม่มีสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อน) จะมีโลหะหนักอยู่ในสารละลายในรูปแบบของแคตไอออนที่เกี่ยวข้อง: Cu 2+, Cd 2+, Pb 2+ เป็นต้น ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำจริง เช่น น้ำธรรมชาติและน้ำเสีย กระบวนการไฮโดรไลซิสและการก่อตัวที่ซับซ้อนด้วยลิแกนด์อนินทรีย์และอินทรีย์เกิดขึ้น

สไลด์ 44

การไทเทรต ในการไทเทรตกรด-เบส อิเล็กโทรด pH แบบแก้วมักจะใช้เป็นตัวบ่งชี้ ข้อได้เปรียบเหนือโพเทนชิโอเมทรีโดยตรง: แทนที่จะพิจารณาความเข้มข้นรวมของ H + ไอออน ความเข้มข้นของกรดแต่ละตัวที่มีค่าคงที่การแยกตัวต่างกันสามารถกำหนดได้ pH 10 8 6 4 2 0 Ka=10 -10 Ka=10 -8 Ka=10 -6 Ka=10 -4 กรดแก่ HNO 3 V (NaOH)

สไลด์ 45

วิธีการหาค่า pH 11 9 7 5 3 0 Vt.e. V(NaOH), มล. V(NaOH), มล. Vt.e.  E /  V ขั้นแรก หาปริมาตรของไทแทรนต์โดยประมาณที่จำเป็นต่อการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว (การไทเทรตแบบกระโดด) จากนั้นใส่ไทแทรนต์ที่มีปริมาตรน้อยกว่าเล็กน้อยลงในสารละลายที่กำลังวิเคราะห์ ส่วนใหม่ จากนั้นจึงดำเนินการไทเทรตที่แม่นยำ และศักยภาพการกระโดด  V จะถูกบันทึกสำหรับการเติมไทแทรนต์แต่ละครั้ง  E และสร้างการขึ้นต่อกัน: การค้นหาจุดสิ้นสุด จุดของการไตเตรท

คุณลักษณะในระหว่างการไตเตรท ในการไตเตรทรีดอกซ์ จะต้องตรงตามอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ Pt (อิเล็กโทรดโลหะเฉื่อย - พาหะของอิเล็กตรอนจากรูปแบบรีดิวซ์ไปเป็นอิเล็กโทรดที่ถูกออกซิไดซ์) ในวิธีการตกตะกอน (ตัวเลือกที่ค่อนข้างไม่ค่อยได้ใช้) อิเล็กโทรด Ag โลหะจะใช้สำหรับการไทเทรต Cl - ไอออนด้วย Ag + ไอออน

หน่วยงานกลางเพื่อการศึกษา

USTU-UPI

ภาควิชา “ทฤษฎีกระบวนการทางโลหการ”

แอลเอ Zhukova, A.A. จูคอฟ

เคมีกายภาพ

สิ่งพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อการศึกษา จัดทำโดย ภาควิชา “ทฤษฎีกระบวนการโลหการ”

บันทึกการบรรยายเรื่องวินัย “เคมีเชิงฟิสิกส์” สำหรับนักศึกษาสาขาวิชา 150100 – โลหะวิทยา 150600 – วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีวัสดุ

เอคาเทรินเบิร์ก


ส่วนที่ 1 บทนำและเงื่อนไขพื้นฐาน……			…………….…………………………
การบรรยายครั้งที่ 1…………………	……………………………		……………………………
หมวดที่ 2 การประยุกต์กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ในการคำนวณผลกระทบทางความร้อน
กระบวนการ……………………	………………………………………………………
การบรรยายครั้งที่ 2……………………		……………………………………………………
หมวดที่ 3 การใช้กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เพื่อกำหนดทิศทางของกระบวนการ
และสภาวะสมดุล…………………………………………………………………………
การบรรยายครั้งที่ 3 ……………………	……………………………………………………………
การบรรยายครั้งที่ 4 …………	…………………………………………………………………………
การบรรยายครั้งที่ 5……	………………………………………………………………………………
หมวดที่ 4 อุณหพลศาสตร์ของการแก้ปัญหา……			……………………………………………….44
การบรรยายครั้งที่ 6…………………………………………………………………………
การบรรยายครั้งที่ 7………	……………………………………………………………………………
บรรยายครั้งที่ 8……	……………………………………………………………………………
ส่วนที่ 5 สมดุลเฟสและไดอะแกรมเฟส………				…………………………..……59
การบรรยายครั้งที่ 9………………………………………………………				……………………………
การบรรยายครั้งที่ 10 …………………………………………………………………………………
การบรรยายครั้งที่ 11 ……………………………………………………………………………
การบรรยายครั้งที่ 12 …………………………………………………………………………………
หมวดที่ 6 ปรากฏการณ์พื้นผิว……………………………………………………………
การบรรยายครั้งที่ 13…………………………………………………………………………
การบรรยายครั้งที่ 14 …………………………………………………………………………………
หมวดที่ 7 จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมีที่เป็นเนื้อเดียวกัน………				...…………………
บรรยายครั้งที่ 15………………………………………………………………………………………
หมวดที่ 8 จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมีต่างกัน………………………………………………………
บรรยายครั้งที่ 16 ………………………………………………………………			…………………………………
การบรรยายครั้งที่ 17 ……………………………………………………………………
หมวดที่ 9 โครงสร้างและคุณสมบัติของโลหะเหลวและโลหะอสัณฐาน…………………………………….147
การบรรยายครั้งที่ 18…………………………………………………………………………

ส่วนที่ 1 บทนำและคำศัพท์พื้นฐาน

จากชื่อของสาขาวิชานี้ จึงเป็นวิทยาศาสตร์แนวชายแดนระหว่างเคมีและฟิสิกส์ ภารกิจหลักของเคมีเชิงฟิสิกส์คือการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์ทางกายภาพและเคมีต่างๆ เนื่องจากปรากฏการณ์จริงทุกปรากฏการณ์มีความซับซ้อน การระบุแต่ละแง่มุมในนั้น - ทางกายภาพหรือทางเคมี - ค่อนข้างจะเป็นไปตามอำเภอใจ ดังนั้นบางครั้งจึงเป็นเรื่องยากที่จะลากเส้นระหว่างประเด็นที่ศึกษาโดยเคมีเชิงฟิสิกส์กับสาขาฟิสิกส์และเคมีแต่ละสาขา ตามหลักวิทยาศาสตร์ เคมีเชิงฟิสิกส์เริ่มเป็นรูปเป็นร่างในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 แม้ว่า M.V. Lomonosov (1752): “เคมีเชิงฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่อาศัยหลักการทางกายภาพและการทดลอง จะต้องอธิบายเหตุผลของสิ่งที่เกิดขึ้นจากการดำเนินการทางเคมีในร่างกายที่ซับซ้อน”

เคมีเชิงฟิสิกส์เกี่ยวข้องกับการศึกษากระบวนการทางเคมีหลายแง่มุม

และ ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่มาพร้อมกับพวกเขาโดยใช้วิธีทางทฤษฎีและการทดลองของวิทยาศาสตร์ทั้งสองเช่นเดียวกับของเราเอง ทำให้สามารถคาดการณ์ขั้นตอนของกระบวนการทางเคมีและผลลัพธ์ได้ และสามารถควบคุมเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด สาขาวิชาเคมีเชิงฟิสิกส์ครอบคลุมทุกประเด็นเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและเฟส อิทธิพลของพารามิเตอร์ทางกายภาพต่อกระบวนการทางเคมี และองค์ประกอบทางเคมีต่อคุณสมบัติทางกายภาพ จากการศึกษาหลายแง่มุมเกี่ยวกับคุณสมบัติต่างๆ ของสารและลักษณะของกระบวนการต่างๆ ที่มีส่วนร่วม เคมีฟิสิกส์ช่วยแก้ปัญหาที่สำคัญที่สุดสองประการ - กำหนดความเป็นไปได้ของกระบวนการที่เกิดขึ้นและความเร็วของกระบวนการ และกำหนดปัจจัยที่ทำให้เกิดกระบวนการดังกล่าว ควบคุม

โลหะวิทยาอาศัยความสำเร็จของเคมีฟิสิกส์มาเป็นเวลานาน ซึ่งทำให้สามารถพัฒนาทฤษฎีกระบวนการที่เกิดขึ้นในหน่วยโลหะวิทยาได้ ด้วยการพิสูจน์ความเป็นไปได้ของกระบวนการต่างๆ ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด วิธีการทางวิทยาศาสตร์ช่วยให้เราสามารถระบุเงื่อนไขสำหรับการเกิดขึ้นที่สมบูรณ์ที่สุด คำนวณอัตราของกระบวนการเหล่านี้ คำนึงถึงปริมาณความร้อนที่ถูกดูดซับหรือปล่อยออกมาระหว่างการเกิดขึ้น และในฐานะ ส่งผลให้มีการปรับระบบเทคโนโลยีให้เหมาะสมเพื่อการผลิตโลหะคุณภาพสูง

การผลิตโลหะและโลหะผสมเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและหลายขั้นตอน ในแต่ละขั้นตอนซึ่งรวมถึงสถานะของเหลว โครงสร้างที่จำเป็นและคุณสมบัติที่ต้องการของวัสดุโครงสร้างในอนาคตจะเกิดขึ้น วิธีการทางเคมีกายภาพใช้เพื่อยืนยันองค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสมด้วยคุณสมบัติที่กำหนดและกำหนดวิธีการเพื่อให้ได้มา ปรับกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการตกผลึกให้เหมาะสม กำหนดอัตราการเย็นตัวของแท่งโลหะ ซึ่งก่อให้เกิดการก่อตัวขององค์ประกอบเฟสที่กำหนด และโครงสร้าง และในการวิเคราะห์กระบวนการอื่นๆ มากมายในโลหะวิทยา ดังนั้นเคมีฟิสิกส์จึงเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการผลิตโลหะ โลหะผสม และวัสดุอื่นๆ ที่มีคุณสมบัติตามที่กำหนด

ใน ปัจจุบัน เคมีเชิงฟิสิกส์เป็นสาขาวิชาอิสระที่มีวิธีการวิจัยเป็นของตัวเองและเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับสาขาวิชาที่ประยุกต์หลายสาขาวิชา

เคมีเชิงฟิสิกส์มีบทบาทสำคัญในการสร้างโลกทัศน์ทางวิทยาศาสตร์ของนักโลหะวิทยา ซึ่งช่วยให้สามารถวิเคราะห์และทำนายกระบวนการในการผลิตและแปรรูปโลหะและโลหะผสมจากตำแหน่งทั่วไปที่สุดได้

วัตถุประสงค์ของการศึกษาเคมีเชิงฟิสิกส์คือเพื่อให้นักเรียนคุ้นเคยกับกฎพื้นฐานของระเบียบวินัยทางวิทยาศาสตร์นี้และผลที่ตามมาทฤษฎีบางข้อ

และ วิธีการทดลองเพื่อศึกษาพารามิเตอร์ของสภาวะสมดุลของระบบและจลนศาสตร์ของกระบวนการที่กำลังดำเนินอยู่ การพัฒนาทักษะและความสามารถการวิเคราะห์ทางกายภาพและเคมีที่จำเป็นสำหรับการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับกระบวนการและเทคโนโลยีทางโลหะวิทยาในรายวิชาพิเศษ

ความหลากหลายของปรากฏการณ์ที่ศึกษาโดยเคมีฟิสิกส์ได้นำไปสู่การระบุ

มีหลายส่วน โดยส่วนหลักๆ มีดังต่อไปนี้

อุณหพลศาสตร์เคมีเกี่ยวข้องกับความสมดุลของพลังงาน ปัญหาความสมดุลทางเคมีและเฟส ตลอดจนการชี้แจงทิศทางของกระบวนการในระบบที่ไม่มีความสมดุล

โครงสร้างของสสารรวมถึงการศึกษาโครงสร้างของอะตอม โมเลกุล และปฏิสัมพันธ์ของพวกมันในสถานะต่างๆ ของสสาร

ทฤษฎีการแก้ปัญหามีวัตถุประสงค์เพื่ออธิบายและทำนายคุณสมบัติของสารละลายและส่วนประกอบต่างๆ โดยพิจารณาจากคุณสมบัติของสารบริสุทธิ์ที่ใช้ประกอบสารละลาย

จลนพลศาสตร์เคมีศึกษาอัตราและกลไกของปฏิกิริยาเคมีโดยขึ้นอยู่กับเงื่อนไข

ปรากฏการณ์พื้นผิวพิจารณาคุณสมบัติเฉพาะของชั้นผิวของของเหลวและของแข็งและผลกระทบต่อคุณลักษณะของระบบโดยรวม

เคมีไฟฟ้าศึกษากระบวนการทางเคมีที่มีอนุภาคที่มีประจุ - ไอออนเข้าร่วม

ไม่มีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างส่วนต่างๆ ที่ระบุไว้ เมื่อศึกษาปรากฏการณ์ใด ๆ จะต้องอาศัยแนวคิดจากส่วนต่างๆ

การวิจัยในสาขาเคมีฟิสิกส์ขึ้นอยู่กับวิธีการหลักสามวิธี ซึ่งแต่ละวิธีมีแนวคิด กฎเกณฑ์ และวิธีการวิจัยเชิงทดลองที่แตกต่างกันออกไป

วิธีเคมีฟิสิกส์

วิธีทางอุณหพลศาสตร์- แนวคิดและกฎหมายทั้งหมดที่ได้รับด้วยความช่วยเหลือนั้นได้รับการจัดทำขึ้นโดยเป็นผลมาจากคำอธิบายของประสบการณ์โดยไม่ต้องเจาะเข้าไปในกลไกระดับโมเลกุลของกระบวนการ ด้วยเหตุนี้ วิธีการนี้จึงเป็นทางการ ซึ่งค่อนข้างจำกัดขอบเขตการใช้งาน อย่างไรก็ตาม ยังทำให้การคำนวณเชิงปฏิบัติง่ายขึ้นอีกด้วย

วิธีการทางสถิติพื้นฐานคือการพิจารณาวัตถุว่าเป็นอนุภาคขนาดใหญ่ซึ่งทำให้สามารถยืนยันแนวคิดและกฎของอุณหพลศาสตร์และขยายช่วงของปรากฏการณ์ที่อธิบายไว้ได้ วิธีนี้เชื่อมโยงคุณสมบัติมหภาคของสารกับคุณสมบัติระดับจุลภาคของโมเลกุล

จลน์ศาสตร์ของโมเลกุลวิธี. ช่วยให้คุณอธิบายคุณสมบัติของสารและลักษณะของกระบวนการที่เกี่ยวข้อง รวมถึงความเร็ว ตามกฎการเคลื่อนที่และปฏิกิริยาของอนุภาคที่ประกอบเป็นสารเหล่านี้

ธรรมชาติของปรากฏการณ์ที่ศึกษาโดยเคมีฟิสิกส์นั้นซับซ้อนดังนั้นคำอธิบายทางทฤษฎีของพวกเขาแม้จะมีการปรับปรุงวิธีการวิจัยทางทฤษฎีและเชิงทดลองอย่างต่อเนื่อง แต่ก็ไม่สามารถพิจารณาได้ครบถ้วนสมบูรณ์ ความเข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงแก่นแท้ของปรากฏการณ์เป็นไปตามเส้นทางแห่งการสร้างสรรค์ การแสดงโมเดลด้วยความซับซ้อนและรายละเอียดที่ค่อยเป็นค่อยไปเมื่อมีข้อเท็จจริงเชิงทดลองใหม่ๆ สะสม โมเดลใดๆ ก็ตามนั้นเป็นภาพความเป็นจริงในอุดมคติที่ชัดเจนไม่มากก็น้อย นามธรรมที่ง่ายที่สุดที่มีชื่อเสียงที่สุดซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเคมีฟิสิกส์ ได้แก่ แบบจำลองของก๊าซในอุดมคติ ผลึกในอุดมคติ สารละลายในอุดมคติ ฯลฯ นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายปรากฏการณ์และกระบวนการตามแบบจำลองที่ง่ายที่สุดนั้นไม่มีคำจำกัดความที่ยาก ปริมาณซึ่งทำให้การคำนวณง่ายขึ้น ตามกฎแล้วการคำนวณตามการคำนวณเหล่านี้ไม่ได้ให้ข้อตกลงที่น่าพอใจกับค่าที่วัดได้จากการทดลองของคุณสมบัติของระบบจริง อย่างไรก็ตาม การเปรียบเทียบดังกล่าวก็ยังมีประโยชน์ ช่วยให้สามารถระบุคุณลักษณะของวัตถุจริงที่ไม่ได้นำมาพิจารณาในแบบจำลองอุดมคติและแนะนำพารามิเตอร์เพิ่มเติมในทฤษฎีแบบจำลองขั้นสูงยิ่งขึ้นโดยธรรมชาติและขนาดของการเบี่ยงเบนของการทำนายเชิงทฤษฎีจากข้อมูลการทดลอง

แนวคิดพื้นฐานและคำจำกัดความ

สาขาวิชาเคมีฟิสิกส์ขั้นพื้นฐานคือ อุณหพลศาสตร์เคมีเครื่องมือแนวความคิดที่นำมาใช้ภายในกรอบการทำงานยังใช้ในสาขาเคมีฟิสิกส์สาขาอื่นๆ อีกด้วย

ระบบอุณหพลศาสตร์- นี่คือร่างกายหรือชุดของร่างกายที่แยกออกจากพื้นที่โดยรอบผ่านส่วนต่อประสานจินตนาการหรือจริง มวลของระบบอุณหพลศาสตร์นั้นคงที่และการโต้ตอบกับสิ่งแวดล้อมนั้นเกิดขึ้นโดยการแลกเปลี่ยนพลังงานในรูปของความร้อนและงานเท่านั้น หากระบบแลกเปลี่ยนสสารกับสภาพแวดล้อม ระบบจะเรียกว่าเปิด เราจะพิจารณาเฉพาะระบบทางอุณหพลศาสตร์ที่แลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งแวดล้อม แต่ไม่แลกเปลี่ยนสสาร (ปิด) เรียกมันว่า "ระบบ"

พลังงานเป็นลักษณะของการเคลื่อนที่ของสสารทั้งจากมุมมองเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพเช่น การวัดความเคลื่อนไหวนี้ ระบบใดก็ตามต่างก็มีพลังงาน และรูปแบบของมันก็มีความหลากหลาย เช่นเดียวกับรูปแบบการเคลื่อนที่ของสสาร

ระบบเรียกว่าระบบปิดหรือแยกเดี่ยวหากไม่ได้แลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งแวดล้อมทั้งในรูปของความร้อนหรือในรูปของงาน หากการแลกเปลี่ยนพลังงานเกิดขึ้นเฉพาะในรูปของงานเท่านั้นจึงจะเรียกว่าระบบ ปิดแบบอะเดียแบติก- ระบบจะถูกเรียกว่าเป็นเนื้อเดียวกันหากคุณสมบัติแต่ละอย่างมีค่าเท่ากันในส่วนต่าง ๆ ของระบบหรือเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ระบบมีความแตกต่างกันหากประกอบด้วยหลายส่วนที่แยกจากกันด้วยอินเทอร์เฟซทางกายภาพ ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงซึ่งคุณสมบัติและโครงสร้างสามารถเปลี่ยนแปลงได้ทันที ส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของระบบซึ่งแยกออกจากส่วนที่เหลือด้วยอินเทอร์เฟซทางกายภาพเรียกว่าเฟส ตัวอย่างของระบบที่ต่างกันคือของเหลวที่มีไอน้ำอยู่เหนือของเหลวในภาชนะปิด ระบบนี้ประกอบด้วยสองส่วน (เฟส) และเมื่อข้ามขอบเขตระหว่างส่วนเหล่านั้น ความหนาแน่นจะเปลี่ยนไปอย่างกะทันหัน

ผลรวมของคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีทั้งหมดของระบบบ่งบอกถึงสถานะของระบบ การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติใด ๆ จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสถานะ อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าคุณสมบัติทั้งหมดของระบบจะมีความเป็นอิสระ บางส่วนสามารถแสดงออกผ่านผู้อื่นได้ ตัวอย่างเช่น สถานะของก๊าซในอุดมคติสามารถระบุได้ด้วยคุณสมบัติสามประการ ได้แก่ อุณหภูมิ T ปริมาตร V และความดัน P ก็เพียงพอที่จะเลือกสองคนเพื่อกำหนดสมการที่สามจากสมการสถานะของก๊าซในอุดมคติที่รู้จักกันดี - สมการ Mendeleev-Clapeyron:

โดยที่ R คือค่าคงที่ของก๊าซสากล (R = 8.314 J/(mol× K)) n คือจำนวนโมลของก๊าซ

อย่างไรก็ตาม สำหรับระบบจริงส่วนใหญ่ สมการทั่วไปของสถานะ f(P,V,T) = 0 ไม่เป็นที่รู้จัก หรือซับซ้อนเกินไปและไม่แม่นยำเพียงพอ ซึ่งบังคับให้ใช้ความสัมพันธ์บางส่วนของคุณสมบัติแต่ละรายการในขณะที่คุณสมบัติอื่นๆ คงที่

โดยทั่วไปแล้วตัวแปรอิสระคือตัวแปรที่มีค่าภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดซึ่งง่ายต่อการกำหนดและเปลี่ยนแปลง มักเป็นอุณหภูมิและความดัน ในระบบหลายองค์ประกอบ ความเข้มข้นของส่วนประกอบต่างๆ จะถูกเพิ่มเข้าไป

มีคุณสมบัติมากมายเช่น ขึ้นอยู่กับปริมาณของสาร หรือมวลของระบบ (เช่น ปริมาตร) และความเข้มข้น โดยไม่ขึ้นกับมวล (เช่น อุณหภูมิ) คุณสมบัติเข้มข้นหลายอย่างสามารถหาได้ง่ายจากคุณสมบัติที่เข้มข้น ดังนั้นปริมาตรฟันกราม (หรือฟันกราม) V m ซึ่งเป็นสมบัติเข้มข้นสามารถหาได้โดยการหารปริมาตรรวมของระบบ (สมบัติมากมาย) ด้วยจำนวนโมลของสารที่เป็นส่วนประกอบ ความหนาแน่น - มวลต่อหน่วยปริมาตรของสาร - ก็เป็นสมบัติความเข้มข้นเช่นกัน ในอุณหพลศาสตร์ส่วนใหญ่จะทำงานเกี่ยวกับคุณสมบัติของฟันกรามเพราะว่า ค่าของมันในสภาวะสมดุลจะเท่ากันสำหรับทั้งระบบและส่วนใดส่วนหนึ่งของมัน

เรียกว่าคุณสมบัติเข้มข้นที่เป็นอิสระของระบบ พารามิเตอร์ของรัฐ- คุณสมบัติอื่นๆ ถือเป็นฟังก์ชันของพารามิเตอร์เหล่านี้

มูลค่าของคุณสมบัติใด ๆ ของระบบไม่ได้ขึ้นอยู่กับสถานะที่เคยเป็นมาก่อนหน้านี้ เช่น ไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางทางอุณหพลศาสตร์ที่ระบบมาถึงสถานะนี้ การเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่เกิดขึ้นในระบบและเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเรียกว่ากระบวนการ ดังนั้น, การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ แต่จะถูกกำหนดโดยสถานะเริ่มต้นและสุดท้ายของระบบเท่านั้นใน

ต่อไปนี้ เราจะใช้ตัวอักษรกรีก (เช่น V) เพื่อแสดงการเปลี่ยนแปลงที่มีขอบเขตในคุณสมบัติ และตัวอักษรละติน d หรือ (ในอนุพันธ์บางส่วน) เพื่อแสดงการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในคุณสมบัตินี้

กระบวนการที่ระบบออกจากสถานะเริ่มต้นและผ่านการเปลี่ยนแปลงหลายประการกลับคืนสู่สภาพเดิมเรียกว่าวงกลม เห็นได้ชัดว่าการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของระบบในกระบวนการแบบวงกลมมีค่าเท่ากับศูนย์ เรียกว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่ (T = const) อุณหภูมิคงที่, ที่ความดันคงที่ (P = const) – ไอโซบาริกหรือไอโซบาริกที่ปริมาตรคงที่ของระบบ (V = const) –

isochoric หรือ isochoric- กระบวนการที่เรียกว่าการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อมเกิดขึ้นในรูปแบบของงานเท่านั้น

อะเดียแบติก

สถานะของระบบที่พารามิเตอร์ทั้งหมด ณ จุดใด ๆ ถือว่าค่าคงที่และไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปเรียกว่าสมดุล กระบวนการที่ระบบผ่านชุดสถานะสมดุลเรียกว่า กระบวนการสมดุล- อาจเป็นได้เพียงกระบวนการที่ช้าไม่สิ้นสุดเท่านั้น แนวคิดเรื่อง "ความสมดุล" ในกรณีนี้เกิดขึ้นพร้อมกับแนวคิดเรื่อง "การพลิกกลับได้" ย้อนกลับได้เป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่ช่วยให้ระบบกลับสู่สถานะเดิมโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ที่เหลืออยู่ในสิ่งแวดล้อม กระบวนการสมดุลใดๆ ก็ตามสามารถย้อนกลับได้ และในทางกลับกัน ในระหว่างกระบวนการที่ย้อนกลับได้ ระบบจะผ่านสภาวะสมดุลชุดหนึ่ง หลังการรั่วซึม กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ระบบไม่สามารถเป็นอิสระได้เช่น ปราศจากอิทธิพลจากภายนอก ให้กลับคืนสู่สภาพเดิม กระบวนการที่เกิดขึ้นเองและเกิดขึ้นจริงทั้งหมดไม่สามารถย้อนกลับได้และสามารถเข้าใกล้แนวคิดของกระบวนการที่สามารถย้อนกลับได้ในระดับหนึ่งหรืออีกทางหนึ่งเท่านั้น

ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ระบบอุณหพลศาสตร์สามารถแลกเปลี่ยนพลังงานกับสภาพแวดล้อมได้ในสองรูปแบบ: งาน (รูปแบบมหภาค) และความร้อน (รูปแบบจุลฟิสิกส์)

งานเป็นการวัดเชิงปริมาณของการถ่ายโอนการเคลื่อนที่ (พลังงาน) ประเภทนี้ซึ่งดำเนินการโดยการเคลื่อนย้ายมวลจำกัดเช่น ระบบทั้งหมดหรือบางส่วนภายใต้อิทธิพลของแรงใดๆ

หน่วยของพลังงานและงานที่ใช้บ่อยที่สุด โดยเฉพาะในอุณหพลศาสตร์ คือ SI จูล (J) และหน่วยแคลอรี่ที่ไม่เป็นระบบ (1

แคล = 4.18 เจ)

เป็นตัวอย่างของกระบวนการที่มาพร้อมกับงาน ให้พิจารณาการขยายตัวของก๊าซที่อยู่ในกระบอกสูบใต้ลูกสูบ ซึ่งอยู่ภายใต้แรงดัน P (รูปที่ 1)

ถ้าก๊าซใต้ลูกสูบ (เคลื่อนที่โดยไม่มีแรงเสียดทาน) ขยายตัวจากสถานะที่มีปริมาตร V 1 ไปเป็นสถานะที่มีปริมาตร V 2 ก๊าซจะทำงาน A ต่อแรงดันภายนอก แรง F ซึ่งก๊าซกระทำต่อลูกสูบ

เอฟ=ป.ล.

โดยที่ S คือพื้นที่หน้าตัดของทรงกระบอก งานเล็กๆ น้อยๆ δA ดำเนินการระหว่างการขึ้น

รูปที่ 1 - งานที่ทำโดยแก๊สภายใต้ความกดดันระหว่างการขยายตัว

ความสูงของลูกสูบ dh คือ

δ A = F dh = PS dh

δ A = P dV

สำหรับการเปลี่ยนแปลงปริมาณก๊าซอย่าง จำกัด เมื่อรวมสมการผลลัพธ์เข้าด้วยกันเราได้รับ:

A = ∫ PdV .

ตัวอย่างที่พิจารณาสามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกสำหรับสองเส้นทางที่แตกต่างกัน (a และ b) ของการเปลี่ยนระบบจากสถานะ 1 เป็นสถานะ 2 (รูปที่ 2)

รูปที่ 2 - ความแตกต่างของปริมาณงานที่ทำโดยก๊าซที่ขยายจากปริมาตร V 1 ถึงปริมาตร V 2 ในกระบวนการที่เกิดขึ้นตามเส้นทาง a และตามเส้นทาง b

เนื่องจากงานมีค่าเท่ากับพื้นที่ใต้เส้นโค้งซึ่งเป็นกราฟของปริพันธ์ (P) จึงเห็นได้ชัดว่า A a A b แม้ว่าสถานะเริ่มต้นและสุดท้ายของระบบในทั้งสองกรณีตลอดจนการเปลี่ยนแปลง ในคุณสมบัติ (P และ V) จะเท่ากัน

ดังนั้นงานจึงขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ และดังนั้นจึงไม่ใช่คุณสมบัติของระบบ งานเป็นคุณลักษณะหนึ่งของกระบวนการ จึงไม่เหมือนกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ (,ง และ ) สำหรับการทำงานและอันไม่สิ้นสุดปริมาณ ยอมรับสัญกรณ์แล้ว A และ δ A ตามลำดับ

หากก๊าซขยายตัวที่ความดันภายนอกคงที่ (P = const) ดังแสดงในรูปที่ 3 งานจะถูกคำนวณโดยการคูณความดันด้วยการเปลี่ยนแปลงปริมาตรอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของระบบจากสถานะเริ่มต้นเป็น สถานะสุดท้าย

		3 – งานขยายก๊าซใน
		กระบวนการไอโซบาริก

เอ = พี(V2 – V1)

ความร้อนเป็นการวัดเชิงปริมาณของการถ่ายโอนการเคลื่อนที่ (พลังงาน) ประเภทนี้ซึ่งเกิดจากการชนกันอย่างวุ่นวายของโมเลกุลของวัตถุทั้งสองที่สัมผัสกัน

ความร้อนก็เหมือนกับงาน ไม่ใช่คุณสมบัติของระบบ แต่เป็นลักษณะของกระบวนการและขึ้นอยู่กับเส้นทางของมัน ดังนั้นเราจึงไม่สามารถพูดถึงเรื่องความร้อนสำรองในระบบได้ การกำหนดความร้อน –ถาม หรือจำนวนเล็กน้อยอย่างไม่สิ้นสุด – δถาม - ระบบสามารถดูดซับและปล่อยความร้อนเนื่องจากกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในระบบ การดูดซับความร้อนซึ่งตามอัตภาพถือว่าเป็นบวก ( Q > 0) เกิดขึ้นใน ดูดความร้อนกระบวนการ ความร้อนที่เกิดจากระบบจะถูกนำมาพิจารณาด้วยเครื่องหมายลบ (ถาม< 0) เกี่ยวข้องกับการรั่วไหลคายความร้อนกระบวนการต่างๆ (รูปที่ 4) งานที่ทำโดยระบบถือว่าเป็นบวก (เอ> 0) งานที่ทำบนระบบภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอกถือเป็นงานลบ (ก< 0).

ก< 0

อุณหพลศาสตร์

ถาม > 0
เอนโดความร้อน	เอ็กโซเทอร์มอล
กระบวนการ	กระบวนการ

รูปที่ 4 – กฎสัญลักษณ์ที่ใช้ในอุณหพลศาสตร์สำหรับความร้อนและงาน

ถือเป็นปริมาณที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในอุณหพลศาสตร์ กำลังภายใน(U ) ของระบบซึ่งเป็นทรัพย์สินของมัน โดยแสดงลักษณะเฉพาะของพลังงานสำรองของระบบ รวมถึงพลังงานของการเคลื่อนที่แบบแปลนและแบบหมุนของโมเลกุล พลังงานของการเคลื่อนที่แบบสั่นภายในโมเลกุลของอะตอม พลังงานของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน และพลังงานในนิวเคลียร์ พลังงานภายในไม่รวมถึงพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ของระบบโดยรวมและพลังงานศักย์ของตำแหน่ง

กำลังภายในเป็นหน้าที่ของอุณหภูมิและปริมาตรของระบบ ติดยาเสพติด

U ที่อุณหภูมิเกิดจากการพึ่งพาพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล อิทธิพลของปริมาตรที่ระบบครอบครองต่อค่าของพลังงานภายในนั้นเกิดจากการที่พลังงานศักย์ของการปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างพวกมัน

ค่าสัมบูรณ์ของพลังงานภายในของระบบไม่สามารถคำนวณหรือวัดได้ในขณะนี้ เนื่องจากไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับมูลค่าของพลังงานภายในนิวเคลียร์ อย่างไรก็ตาม สามารถคำนวณการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในในกระบวนการต่างๆ ได้:

ยู = U2 – U1

หมวดที่ 2 การประยุกต์กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ในการคำนวณผลกระทบทางความร้อนของกระบวนการ

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

กฎนี้เป็นกรณีพิเศษของกฎทั่วไปว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงานที่ใช้กับปรากฏการณ์ทางความร้อน มันไม่ได้รับการพิสูจน์ในทางทฤษฎี แต่เป็นผลมาจากการสรุปข้อเท็จจริงเชิงทดลอง ความถูกต้องของมันได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่าไม่มีผลที่ตามมาของกฎหมายที่ขัดแย้งกับประสบการณ์ มันมีสูตรดังต่อไปนี้

กฎข้อที่หนึ่ง: ในกระบวนการใดๆ การเพิ่มขึ้นของพลังงานภายในของระบบจะเท่ากับปริมาณความร้อนที่ส่งให้กับระบบลบด้วยปริมาณงานที่ทำโดยระบบ

สัญกรณ์ทางคณิตศาสตร์ของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์คือนิพจน์

หากงานที่ระบบทำนั้นเกี่ยวข้องกับการขยายเท่านั้น ในกรณีทั่วไป เมื่องานสามารถทำได้ไม่เพียงแต่กับแรงกดดันภายนอกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแรงไฟฟ้า แม่เหล็ก และแรงอื่นๆ ด้วย เราควรเขียน

du = δ Q – PdV – δ A′ ,

โดยที่ค่า δA ′ เรียกว่างาน "มีประโยชน์" เราจะพิจารณาเพิ่มเติม δA ′ เฉพาะในกรณีที่จำเป็นเท่านั้น

ตัวอย่างการนำกฎข้อที่หนึ่งไปใช้กับกระบวนการต่างๆ

1 กระบวนการแบบวงกลม ( U = const ) เห็นได้ชัดว่าเป็นผลมาจากกระบวนการดังกล่าว dU = 0 ซึ่งหมายถึงδQ = δAหรือ Q = A ในกระบวนการแบบวงกลมงานทั้งหมดจะเสร็จสิ้นโดยระบบเนื่องจากการจ่ายความร้อนเข้าไป

2 กระบวนการไอโซเทอร์มอล ( T = ค่าคงที่) เพื่อให้สรุปง่ายขึ้น ให้ลองใช้สมการ dU = δQ T – PdV กับกระบวนการที่เกิดขึ้นในก๊าซอุดมคติ ในกรณีนี้ พลังงานภายในของระบบไม่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาตร ดังนั้น U = f (T) ที่อุณหภูมิคงที่ dU = 0 ดังนั้นความร้อนทั้งหมดที่จ่ายให้กับระบบจึงถูกใช้ไปในการทำงาน:

δQ = δA = PdV

งานทั้งหมดที่คำนึงถึงสมการก๊าซในอุดมคติของสถานะ PV = nRT มีค่าเท่ากับ

	ก = วี 2	PdV = V 2		dV = nRT ln
	ก = วี 2	PdV = V 2		dV = nRT ln




	กระบวนการไอโซคอริก (V = const) เนื่องจาก dV = 0 ดังนั้น
	dU = δQV –		δ A = δ QV – PdV = δ QV ,
		หรือ dU = δQV
ความร้อนทั้งหมดที่จ่ายให้กับระบบจะไปเพิ่มพลังงานภายใน: Q V = U
	กระบวนการอะเดียแบติก (δQ = 0) สมการ dU = δQ – δA ถูกแปลงเป็นรูปแบบ dU =
	δA หรือ δA = – dU ระบบทำงานเนื่องจากสูญเสียพลังงานภายใน
	กระบวนการไอโซบาริก ( P = ค่าคงที่) ลองจินตนาการถึงสมการของกฎข้อแรก dU = δQ P – PdV
		δQP = dU + PdV,
		δQP = dU + PdV,

โดยที่เราใช้คุณสมบัติของดิฟเฟอเรนเชียล เราทำการแปลงต่อไปนี้:

δ QP = dU + d(PV) = d(U + PV)

ค่าในวงเล็บ U + PV แสดงด้วยตัวอักษร H และเรียกว่าเอนทาลปีของระบบ แล้ว

δQP = dH; ถาม = H = H2 – H1

ดังนั้นความร้อนที่ระบบได้รับในกระบวนการไอโซบาริกจึงถูกใช้ไปในเอนทาลปีที่เพิ่มขึ้น เอนทัลปีเป็นคุณสมบัติหรือฟังก์ชันของสถานะของระบบ และการเปลี่ยนแปลงไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ เพราะ การเปลี่ยนแปลงในปริมาณทั้งสาม U, P และ V ถูกกำหนดโดยสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของระบบเท่านั้น ไม่สามารถระบุค่าสัมบูรณ์ของเอนทาลปีได้ เช่นเดียวกับพลังงานภายใน จากข้อมูลการทดลอง เฉพาะการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปี H ของสารที่อยู่ระหว่างการพิจารณาเท่านั้นที่จะได้รับการพิจารณา เมื่อเงื่อนไขภายนอกหรือ H ของระบบที่อยู่ระหว่างการพิจารณาเปลี่ยนแปลงเมื่อมีกระบวนการเกิดขึ้นในนั้น

เราจะเห็นว่าในสองกรณีพิเศษคือที่ V = const และ P = const ความร้อนที่ระบบได้รับจะไปเพิ่มค่าของฟังก์ชันสถานะตามลำดับ U

เอกสารที่คล้ายกัน

อิทธิพลของอุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาทวิภาคีและปฏิกิริยาข้างเดียว ความเป็นโมเลกุล ลำดับ การจำแนกจลน์ศาสตร์ ทฤษฎีการชนแบบแอคทีฟ ปฏิกิริยาลูกโซ่ การระเบิดด้วยความร้อน ประเภทของกระบวนการโฟโตเคมีคอล ผลผลิตควอนตัม

หลักสูตรการบรรยาย เพิ่มเมื่อ 12/10/2015

ลักษณะของวัตถุและวัตถุ เป้าหมายและวัตถุประสงค์ของเคมีฟิสิกส์และคอลลอยด์ คำอธิบายแนวคิดพื้นฐานของอุณหพลศาสตร์ จลนพลศาสตร์เคมี: อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สมการอาร์เรเนียส กระบวนการเร่งปฏิกิริยา การเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน และปฏิกิริยาอัตโนมัติ

คู่มือการฝึกอบรม เพิ่มเมื่อ 05/02/2014

ปัญหาอุณหพลศาสตร์เคมี สมดุลเฟสและสารละลาย ทฤษฎีอุณหพลศาสตร์และไฟฟ้าสถิตของอิเล็กโทรไลต์ จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมี ความสม่ำเสมอที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงร่วมกันของพลังงานรูปแบบเคมีและไฟฟ้าเคมี

คู่มือการฝึกอบรม เพิ่มเมื่อ 21/11/2559

การเร่งปฏิกิริยาเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเมื่อมีสารที่เรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยา ข้อมูลเกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมและบทบาทในระบบนิเวศ ทะลุผ่านกำแพงพลังงาน การเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 11/07/2009

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน กฎแห่งการกระทำของมวล พลังงานกระตุ้น. อิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยา ค่าคงที่สมดุลเคมี แก่นแท้ของหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ แนวคิดเรื่องโมเลกุลและลำดับปฏิกิริยาในจลนศาสตร์เคมี

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 23/04/2013

แนวคิดเรื่องจลนพลศาสตร์เคมี ปัจจัยต่างๆ ได้แก่ ความเข้มข้นของสารตั้งต้น ระดับการบด อุณหภูมิ และการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวยับยั้ง คำจำกัดความของแนวคิดของ "ปฏิกิริยาโมเลกุล" สาระสำคัญของตัวเร่งปฏิกิริยาและการกระทำของมันในปฏิกิริยาเคมี

คู่มือ เพิ่มเมื่อ 27/04/2016

ศึกษากฎสมดุลต่างกันของระบบเคมีกายภาพในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ที่เสถียร การตรวจสอบของไหลหลายองค์ประกอบ การวิเคราะห์จลนศาสตร์และการเร่งปฏิกิริยา เรียงความเกี่ยวกับความเข้มข้นของสารและการจำแนกประเภทของปฏิกิริยาเคมี

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 09.29.2013

การวิเคราะห์สาระสำคัญ คุณลักษณะ และสภาวะของปฏิกิริยาเคมี การจำแนกประเภทของปฏิกิริยาเคมีตามเกณฑ์ต่างๆ การกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี คำจำกัดความของแนวคิดของตัวเร่งปฏิกิริยา รวมถึงคำอธิบายผลกระทบต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 28/06/2017

แนวคิดเรื่องจลนพลศาสตร์เคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กฎพื้นฐานของจลนศาสตร์เคมี อิทธิพลของอุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี แนวคิดและสาระสำคัญของการเร่งปฏิกิริยา หลักการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา เงื่อนไขทางคณิตศาสตร์สำหรับสมดุลเคมี

คู่มือการฝึกอบรม เพิ่มเมื่อ 18/09/2558

อิทธิพลของความเข้มข้นของสาร ความดัน พื้นผิวสัมผัสของสารรีเอเจนต์ อุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กฎแห่งการกระทำของมวล แนวคิดของการเร่งปฏิกิริยาคือการลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา และการยับยั้งคือการเพิ่มพลังงานกระตุ้น

ดี.เอ็กซ์. n. ศาสตราจารย์หัวหน้าภาควิชาเคมีเชิงฟิสิกส์มหาวิทยาลัยเทคนิคเคมีรัสเซียตั้งชื่อตาม D.I. Mendeleev Konyukhov Valery Yuryevich volkon_1@mail. รู vkontakte. รุ

วรรณกรรม Vishnyakov A.V., Kizim N.F. เคมีกายภาพ อ.: เคมี, 2555 เคมีเชิงฟิสิกส์//เอ็ด. เค.เอส. คราสโนวา อ.: โรงเรียนมัธยมปลาย, 2544 Stromberg A. G., Semchenko D. P. เคมีกายภาพ. อ.: มัธยมปลาย, 2542. เคมีเชิงฟิสิกส์ขั้นพื้นฐาน. ทฤษฎีและงาน: Proc. คู่มือมหาวิทยาลัย/ว. V. Eremin และคณะ: 2005

วรรณคดีแอตกินส์พี. เคมีเชิงฟิสิกส์. ม.: มีร์. 2523 Karapetyants M. Kh. อุณหพลศาสตร์เคมี. อ.: เคมี, 2518.

LOMONOSOV มิคาอิล วาซิลิเยวิช (ค.ศ. 1711 - 65) นักวิทยาศาสตร์ธรรมชาติชาวรัสเซียคนแรกที่มีความสำคัญระดับโลก กวีผู้วางรากฐานของภาษาวรรณกรรมรัสเซียสมัยใหม่ ศิลปิน นักประวัติศาสตร์ แชมป์การพัฒนาการศึกษาภายในประเทศ วิทยาศาสตร์ และเศรษฐศาสตร์ เกิดเมื่อวันที่ 8 พฤศจิกายน (19) ในหมู่บ้าน Denisovka (ปัจจุบันคือหมู่บ้าน Lomonosovo) ในครอบครัว Pomor เมื่ออายุ 19 ปีเขาไปศึกษา (ตั้งแต่ปี 1731 ที่ Slavic-Greek-Latin Academy ในมอสโกตั้งแต่ปี 1735 ที่ Academic University ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กในปี 1736-41 ในเยอรมนี) ตั้งแต่ปี 1742 ผู้ช่วยจากนักวิชาการ 1745 ของ St. Petersburg Academy of Sciences

ในปี 1748 เขาได้ก่อตั้งห้องปฏิบัติการเคมีแห่งแรกในรัสเซียที่ Academy of Sciences ตามความคิดริเริ่มของ Lomonosov มหาวิทยาลัยมอสโกก่อตั้งขึ้น (1755) เขาได้พัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับอะตอมและโมเลกุลเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร ในช่วงที่ทฤษฎีแคลอรี่ครอบงำ เขาแย้งว่าความร้อนเกิดจากการเคลื่อนที่ของคอร์พัสเคิล กำหนดหลักการอนุรักษ์สสารและการเคลื่อนที่ ไม่รวม phlogiston ออกจากรายชื่อสารเคมี วางรากฐานของเคมีเชิงฟิสิกส์

ตรวจสอบไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วงของชั้นบรรยากาศ เขาหยิบยกทฤษฎีสีขึ้นมา ได้สร้างเครื่องมือทางแสงจำนวนหนึ่ง ค้นพบบรรยากาศบนดาวศุกร์ พระองค์ทรงบรรยายโครงสร้างของโลก อธิบายกำเนิดของแร่ธาตุและแร่ธาตุหลายชนิด เผยแพร่คู่มือเกี่ยวกับโลหะวิทยา เขาเน้นย้ำถึงความสำคัญของการสำรวจเส้นทางทะเลเหนือและการพัฒนาไซบีเรีย เขาฟื้นฟูศิลปะโมเสกและการผลิตสมอลต์ และสร้างภาพวาดโมเสกร่วมกับนักเรียนของเขา สมาชิกของ Academy of Arts (1763) ถูกฝังในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กในสุสานแห่งศตวรรษที่ 18

คำจำกัดความของ Lomonosov: "เคมีฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาบนพื้นฐานของหลักการและการทดลองทางฟิสิกส์ว่าเกิดอะไรขึ้นในร่างกายที่ซับซ้อนระหว่างปฏิบัติการทางเคมี…. เคมีเชิงฟิสิกส์สามารถเรียกได้ว่าเป็นปรัชญาเคมี"

ในยุโรปตะวันตก เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าปี 1888 เป็นปีแห่งการสร้างสรรค์เคมีเชิงฟิสิกส์ เมื่อ W. Ostwald เริ่มสอนหลักสูตรนี้พร้อมกับแบบฝึกหัดภาคปฏิบัติ และเริ่มตีพิมพ์วารสาร “Zeitschtift fur physikalische Chemie” ในปีเดียวกันนั้น ภาควิชาเคมีเชิงฟิสิกส์ได้จัดขึ้นที่มหาวิทยาลัยไลพ์ซิก ภายใต้การนำของ W. Ostwald

เกิดและอาศัยอยู่เป็นเวลานานในจักรวรรดิรัสเซีย เมื่ออายุ 35 ปี เขาแลกสัญชาติรัสเซียเป็นชาวเยอรมัน เขาใช้เวลาส่วนใหญ่ในชีวิตในเมืองไลพ์ซิก ซึ่งเขาถูกเรียกว่า "ศาสตราจารย์ชาวรัสเซีย" เมื่ออายุ 25 ปี เขาปกป้องวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกในหัวข้อ “การวิจัยเชิงปริมาณเคมีและเคมีเชิงแสง”

ในปี พ.ศ. 2430 เขายอมรับข้อเสนอที่จะย้ายไปเมืองไลพ์ซิก ซึ่งเขาก่อตั้งสถาบันฟิสิกส์และเคมีที่มหาวิทยาลัยซึ่งเขากำกับจนถึงปี พ.ศ. 2448 ในปี พ.ศ. 2431 เขาดำรงตำแหน่งภาควิชาเคมีกายภาพและอนินทรีย์อันทรงเกียรติที่มหาวิทยาลัยไลพ์ซิก . เขาทำงานในตำแหน่งนี้เป็นเวลา 12 ปี

จาก "โรงเรียนไลพ์ซิก" ของ W. Ostwald มาถึง: ผู้ได้รับรางวัลโนเบล S. Arrhenius, J. Van't Hoff, W. Nernst, นักเคมีกายภาพชื่อดัง G. Tammann และ F. Donnan, นักเคมีอินทรีย์ J. Wislicens, นักเคมีชาวอเมริกันที่มีชื่อเสียง G. N. ลูอิส. ในช่วงหลายปีที่ผ่านมานักเคมีชาวรัสเซียได้รับการฝึกฝนภายใต้ Ostwald: I. A. Kablukov, V. A. Kistyakovsky, L. V. Pisarzhevsky, A. V. Rakovsky, N. A. Shilov และคนอื่น ๆ

ลักษณะเฉพาะอย่างหนึ่งของ Ostwald คือการที่เขาไม่ยอมรับทฤษฎีอะตอม-โมเลกุลอย่างแข็งขันเป็นเวลาหลายปี (แม้ว่าเขาจะเสนอคำว่า "โมล") ก็ตาม “นักเคมีไม่เห็นอะตอมใดๆ “เขาศึกษาเฉพาะกฎที่เรียบง่ายและเข้าใจได้ซึ่งควบคุมอัตราส่วนมวลและปริมาตรของรีเอเจนต์”

V. Ostwald พยายามเขียนตำราเคมีเล่มใหญ่ซึ่งไม่เคยเอ่ยถึงคำว่า "อะตอม" เมื่อพูดถึงวันที่ 19 เมษายน พ.ศ. 2447 ในลอนดอนพร้อมกับรายงานจำนวนมากถึงสมาชิกของสมาคมเคมี ออสต์วัลด์พยายามพิสูจน์ว่าอะตอมไม่มีอยู่จริง และ "สิ่งที่เราเรียกว่าสสารเป็นเพียงกลุ่มของพลังงานที่รวมตัวกันในสถานที่ที่กำหนด"

เพื่อเป็นเกียรติแก่ V. Ostwald จึงมีการติดตั้งป้ายอนุสรณ์พร้อมคำจารึกเป็นภาษาเอสโตเนีย เยอรมัน และอังกฤษในอาณาเขตของมหาวิทยาลัย Tartu

ทำนายว่าปฏิกิริยาสามารถเกิดขึ้นเองได้หรือไม่ หากปฏิกิริยาเกิดขึ้น ความลึกเท่าใด (ความเข้มข้นสมดุลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาคือเท่าใด) หากเกิดปฏิกิริยาขึ้น จะเกิดปฏิกิริยาด้วยความเร็วเท่าใด

1. โครงสร้างของสสาร ในส่วนนี้ บนพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม (สมการของชโรดิงเจอร์) มีการอธิบายโครงสร้างของอะตอมและโมเลกุล (วงโคจรอิเล็กตรอนของอะตอมและโมเลกุล) โครงผลึกของของแข็ง ฯลฯ และสถานะรวมของ พิจารณาเรื่องแล้ว

2. เทอร์โมไดนามิกส์เคมีตามกฎ (หลักการ) ของอุณหพลศาสตร์ช่วยให้คุณสามารถ: คำนวณผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีและกระบวนการทางกายภาพและเคมี ทำนายทิศทางของปฏิกิริยาเคมี คำนวณความเข้มข้นสมดุลของรีเอเจนต์และผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา

3. อุณหพลศาสตร์ของสมดุลเฟส ศึกษารูปแบบของการเปลี่ยนเฟสในระบบองค์ประกอบเดียวและหลายองค์ประกอบ (สารละลาย) เป้าหมายหลักคือการสร้างแผนภาพสมดุลเฟสของระบบเหล่านี้

4. เคมีไฟฟ้า ศึกษาคุณสมบัติของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ คุณลักษณะของพฤติกรรมเมื่อเปรียบเทียบกับสารละลายโมเลกุล สำรวจรูปแบบของการแปลงพลังงานของปฏิกิริยาเคมีและพลังงานไฟฟ้าระหว่างการทำงานของเซลล์ไฟฟ้าเคมี (กัลวานิก) และอิเล็กโทรไลเซอร์

5. จลนศาสตร์เคมีและการเร่งปฏิกิริยา ศึกษารูปแบบของปฏิกิริยาเคมีในช่วงเวลาหนึ่ง ศึกษาอิทธิพลของพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ (ความดัน อุณหภูมิ ฯลฯ) การมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยาและสารยับยั้งต่ออัตราและกลไกของปฏิกิริยา

เคมีคอลลอยด์เป็นวิทยาศาสตร์ที่แยกจากกันซึ่งรวมถึงส่วนหนึ่งของเคมีเชิงฟิสิกส์ - เคมีเชิงฟิสิกส์ของปรากฏการณ์พื้นผิวและระบบที่กระจัดกระจาย

อุณหพลศาสตร์คลาสสิกเป็นสาขาวิชาหนึ่งของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและศึกษารูปแบบของการเปลี่ยนแปลงร่วมกันของพลังงานประเภทต่างๆ และการเปลี่ยนผ่านพลังงานระหว่างระบบในรูปแบบของความร้อนและงาน (เทอร์โม - ความร้อน, ไดนาโม - การเคลื่อนที่)

อุณหพลศาสตร์สรุปจากสาเหตุที่ทำให้เกิดกระบวนการใดๆ และเวลาที่กระบวนการนี้เกิดขึ้น แต่จะทำงานเฉพาะกับพารามิเตอร์เริ่มต้นและสุดท้ายของระบบที่มีส่วนร่วมในกระบวนการทางกายภาพและทางเคมีเท่านั้น ไม่ได้คำนึงถึงคุณสมบัติของแต่ละโมเลกุล แต่ใช้ลักษณะโดยเฉลี่ยของระบบที่ประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมาก

งานของอุณหพลศาสตร์เคมี ได้แก่ การวัดและการคำนวณผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีและกระบวนการเคมีกายภาพ การทำนายทิศทางและความลึกของปฏิกิริยา การวิเคราะห์สมดุลทางเคมีและเฟส ฯลฯ

1. 1. แนวคิดพื้นฐานและคำจำกัดความของ TD ในอุณหพลศาสตร์ กระบวนการทั้งหมดที่เราสนใจเกิดขึ้นในระบบอุณหพลศาสตร์ ระบบคือร่างกายหรือกลุ่มของร่างกายที่ระบุจริงหรือทางจิตโดยผู้สังเกตการณ์ในสภาพแวดล้อม

ระบบเป็นส่วนหนึ่งของโลกรอบตัวที่เราสนใจเป็นพิเศษ ทุกสิ่งทุกอย่างในจักรวาลคือสิ่งแวดล้อม (สิ่งแวดล้อม) เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าสภาพแวดล้อมมีขนาดใหญ่มาก (มีปริมาตรไม่สิ้นสุด) ซึ่งการแลกเปลี่ยนพลังงานกับระบบเทอร์โมไดนามิกส์ไม่ทำให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของการแลกเปลี่ยนพลังงานและสสารกับสิ่งแวดล้อม ระบบต่างๆ จะถูกจัดประเภท: แยก - ไม่สามารถแลกเปลี่ยนสสารหรือพลังงานได้ ปิด - แลกเปลี่ยนพลังงานได้ แต่ไม่สามารถแลกเปลี่ยนสสารได้ เปิด - สามารถแลกเปลี่ยนได้ทั้งสสารและพลังงาน

ขึ้นอยู่กับจำนวนเฟส ระบบจะแบ่งออกเป็น: เป็นเนื้อเดียวกัน - ประกอบด้วยหนึ่งเฟส (สารละลาย Na. Cl ในน้ำ); ต่างกัน - ระบบประกอบด้วยหลายเฟสแยกจากกันด้วยอินเทอร์เฟซ ตัวอย่างของระบบที่ต่างกันคือน้ำแข็งที่ลอยอยู่ในน้ำ นม (หยดไขมันเป็นเฟสหนึ่ง ตัวกลางที่เป็นน้ำเป็นอีกเฟสหนึ่ง)

เฟสคือชุดของชิ้นส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของระบบที่มีคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพเหมือนกัน และถูกแยกออกจากส่วนอื่นๆ ของระบบด้วยอินเทอร์เฟซของเฟส แต่ละเฟสเป็นส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของระบบที่ต่างกัน

ขึ้นอยู่กับจำนวนส่วนประกอบ ระบบจะแบ่งออกเป็น: หนึ่ง, สอง, สามองค์ประกอบ และหลายองค์ประกอบ ส่วนประกอบคือสารเคมีแต่ละชนิดที่ประกอบกันเป็นระบบ ซึ่งสามารถแยกออกจากระบบและมีอยู่ภายนอกได้

ระบบทางอุณหพลศาสตร์สามารถกำหนดลักษณะเฉพาะได้ด้วยชุดคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีจำนวนมากที่รับค่าบางอย่าง เช่น อุณหภูมิ ความดัน การนำความร้อน ความจุความร้อน ความเข้มข้นของส่วนประกอบ ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก ฯลฯ

อุณหพลศาสตร์เคมีเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติต่างๆ ที่สามารถแสดงออกมาได้อย่างชัดเจนว่าเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ ความดัน ปริมาตร หรือความเข้มข้นของสารในระบบ คุณสมบัติเหล่านี้เรียกว่าคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์

สถานะของระบบอุณหพลศาสตร์จะได้รับการพิจารณาหากมีการระบุองค์ประกอบทางเคมีองค์ประกอบเฟสและค่าของพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์อิสระ พารามิเตอร์อิสระ ได้แก่ ความดัน (P) ปริมาตร (V) อุณหภูมิ (T) ปริมาณของสาร n ในรูปของจำนวนโมลหรือในรูปของความเข้มข้น (C) สิ่งเหล่านี้เรียกว่าพารามิเตอร์สถานะ

ตามระบบหน่วยปัจจุบัน (SI) พารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์หลักจะถูกระบุในหน่วยต่อไปนี้: [m 3] (ปริมาตร); [Pa] (ความดัน); [โมล] (n); [K] (อุณหภูมิ) เป็นข้อยกเว้น ในอุณหพลศาสตร์เคมี อนุญาตให้ใช้หน่วยความดันนอกระบบ ซึ่งเป็นบรรยากาศทางกายภาพปกติ (atm) เท่ากับ 101.325 kPa

พารามิเตอร์และคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์สามารถเป็นได้: เข้มข้น - ไม่ขึ้นอยู่กับมวล (ปริมาตร) ของระบบ สิ่งเหล่านี้ได้แก่ อุณหภูมิ ความดัน ศักย์ทางเคมี ฯลฯ อย่างกว้างขวาง - ขึ้นอยู่กับมวล (ปริมาตร) ของระบบ สิ่งเหล่านี้ได้แก่ พลังงาน เอนโทรปี เอนทาลปี ฯลฯ เมื่อระบบที่ซับซ้อนถูกสร้างขึ้น คุณสมบัติเข้มข้นจะถูกลดระดับลง และคุณสมบัติที่ครอบคลุมจะถูกสรุป

การเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่เกิดขึ้นในระบบและมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์อย่างน้อยหนึ่งพารามิเตอร์ของสถานะ (คุณสมบัติของระบบ) เรียกว่ากระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ หากกระบวนการเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของระบบ กระบวนการดังกล่าวเรียกว่าปฏิกิริยาเคมี

โดยทั่วไป ในระหว่างกระบวนการ พารามิเตอร์หนึ่งตัว (หรือมากกว่า) จะถูกเก็บไว้คงที่ ดังนั้นจึงแยกแยะความแตกต่าง: กระบวนการไอความร้อนที่อุณหภูมิคงที่ (T = const); กระบวนการไอโซบาริก - ที่ความดันคงที่ (P = const) กระบวนการไอโซคอริก - ที่ปริมาตรคงที่ (V = const) กระบวนการอะเดียแบติกในกรณีที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม (Q = 0)

เมื่อกระบวนการเกิดขึ้นในระบบที่ไม่มีฉนวน ความร้อนอาจถูกดูดซับหรือปล่อยออกมา ตามคุณลักษณะนี้ กระบวนการจะแบ่งออกเป็นแบบคายความร้อน (ความร้อนถูกปล่อยออกมา) และความร้อน (ถูกดูดซับความร้อน)

ในระหว่างกระบวนการ ระบบจะผ่านจากสถานะสมดุลหนึ่งไปยังอีกสถานะสมดุลหนึ่ง สมดุลทางอุณหพลศาสตร์คือสถานะของระบบที่สังเกตสมดุลทางความร้อน เครื่องกล และเคมี (เคมีไฟฟ้า) กับสภาพแวดล้อมและระหว่างเฟสของระบบ

สภาวะสมดุลคือ: เสถียร; แพร่กระจายได้ กระบวนการหนึ่งเรียกว่าสมดุล (เสมือนคงที่) ถ้ามันผ่านไปอย่างช้าๆ อย่างไม่สิ้นสุดผ่านลำดับสถานะสมดุลของระบบอย่างต่อเนื่อง

กระบวนการที่เกิดขึ้นเองและไม่ต้องการพลังงานจากภายนอกในการนำไปใช้เรียกว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นเอง (เชิงบวก) เมื่อพลังงานถูกดึงออกมาจากสิ่งแวดล้อมเพื่อดำเนินกระบวนการ เช่น งานบนระบบเสร็จสิ้น กระบวนการนี้เรียกว่าไม่เกิดขึ้นเอง (เชิงลบ)

ฟังก์ชันสถานะ ฟังก์ชันสถานะเป็นคุณสมบัติของระบบ (พลังงานภายใน U, เอนทาลปี H, เอนโทรปี S ฯลฯ) ซึ่งแสดงถึงลักษณะเฉพาะของสถานะที่กำหนดของระบบ การเปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการไม่ขึ้นอยู่กับเส้นทางและถูกกำหนดโดยสถานะเริ่มต้นและสุดท้ายของระบบเท่านั้น

การเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในฟังก์ชันที่กำหนดคือผลต่างรวม d คุณ ดี. ส ฯลฯ :

หน้าที่ของกระบวนการ (การเปลี่ยนแปลง) หน้าที่ของกระบวนการ (ความร้อน Q งาน W) - ไม่ใช่คุณสมบัติของระบบ (ไม่อยู่ในระบบ) เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการที่ระบบมีส่วนร่วม

หากไม่มีความร้อนและงานในระบบ ก็ไม่มีประโยชน์ที่จะพูดถึงการเปลี่ยนแปลง เราสามารถพูดถึงปริมาณ Q หรือ W ในกระบวนการเฉพาะเท่านั้น ปริมาณขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ ปริมาณที่น้อยที่สุดแสดงโดย Q, W

การเคลื่อนไหวเป็นคุณลักษณะของสสาร การวัดการเคลื่อนไหว เช่น คุณลักษณะเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพ ก็คือพลังงาน พลังงานเป็นหน้าที่ของสถานะของระบบ การเปลี่ยนแปลงในกระบวนการเฉพาะไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการและถูกกำหนดโดยสถานะเริ่มต้นและสุดท้ายของระบบเท่านั้น

รู้จักพลังงานหลายประเภท ได้แก่ เครื่องกล ไฟฟ้า เคมี ฯลฯ แต่พลังงานสามารถเคลื่อนย้ายจากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบได้เพียงสองรูปแบบเท่านั้น คือ ในรูปของความร้อนหรืองาน

ความร้อน (Q) เป็นรูปแบบหนึ่งของการถ่ายโอนพลังงานจากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งเนื่องจากการเคลื่อนตัวของอนุภาค (โมเลกุล อะตอม ไอออน ฯลฯ) ของระบบที่สัมผัสกันอย่างวุ่นวาย

ในอุณหพลศาสตร์ ความร้อนที่จ่ายให้กับระบบจะถือว่าเป็นค่าบวก (เช่น ความร้อนของปฏิกิริยาดูดความร้อน) และความร้อนที่ถูกดึงออกจากระบบจะถือว่าเป็นค่าลบ (ความร้อนของปฏิกิริยาคายความร้อน) ในอุณหเคมีสิ่งที่ตรงกันข้ามจะเป็นจริง

งานเป็นรูปแบบหนึ่งของการถ่ายโอนพลังงานจากระบบหนึ่งไปอีกระบบหนึ่งเนื่องจากการเคลื่อนที่โดยตรงของไมโครหรือมาโคร ในวรรณคดี งานถูกกำหนดให้เป็น W (จากภาษาอังกฤษ “งาน”) หรือ A (จากภาษาเยอรมัน “arbait”)

มีงานหลายประเภท: เครื่องกล ไฟฟ้า แม่เหล็ก การเปลี่ยนแปลงพื้นผิว ฯลฯ งานที่มีขนาดเล็กทุกชนิดสามารถแสดงเป็นผลคูณของแรงทั่วไปและการเปลี่ยนแปลงในพิกัดทั่วไป เช่น:

ผลรวมของงานทุกประเภทยกเว้นงานต่อแรงกดภายนอก P - งานขยาย - การบีบอัดเรียกว่างานที่มีประโยชน์ W’:

ในอุณหพลศาสตร์ งานจะถือเป็นบวกหากทำโดยตัวระบบเอง และถือเป็นลบหากทำบนระบบ ตามคำแนะนำของ IUPAC งานที่ทำในระบบถือเป็นเชิงบวก (หลักการ "อัตตานิยม" คืองานที่เพิ่มพลังงานภายในเป็นบวก)

งานการขยายตัวของก๊าซในอุดมคติในกระบวนการต่างๆ 1. การขยายตัวสู่สุญญากาศ: W = 0 2. การขยายตัวแบบย้อนกลับแบบไอโซคอริก: d. วี=0 วัตต์=0

ข้อสรุปและความสัมพันธ์ของอุณหพลศาสตร์ถูกกำหนดขึ้นบนพื้นฐานของหลักการสองข้อและกฎสามข้อ ระบบที่แยกเดี่ยวใด ๆ จะเข้าสู่สภาวะสมดุลเมื่อเวลาผ่านไปและไม่สามารถปล่อยทิ้งไว้ได้เอง (สมมุติฐานแรก) นั่นคืออุณหพลศาสตร์ไม่ได้อธิบายระบบขนาดทางดาราศาสตร์และระบบไมโครที่มีอนุภาคจำนวนน้อย (

การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองจากสภาวะที่ไม่สมดุลไปสู่สภาวะสมดุลเรียกว่าการผ่อนคลาย นั่นคือสภาวะสมดุลจะเกิดขึ้นได้อย่างแน่นอน แต่ไม่ได้กำหนดระยะเวลาของกระบวนการดังกล่าว ฯลฯ ไม่มีแนวคิดเรื่องเวลา

สมมุติฐานที่สอง ถ้าระบบ A อยู่ในสมดุลทางความร้อนกับระบบ B และระบบนั้นอยู่ในสมดุลทางความร้อนกับระบบ C แล้วระบบ A และ C ก็จะอยู่ในสมดุลทางความร้อนด้วย

พลังงานภายในของระบบอุณหพลศาสตร์ U ประกอบด้วยพลังงานจลน์ (พลังงานของการเคลื่อนที่) และพลังงานศักย์ (พลังงานของการปฏิสัมพันธ์) ของอนุภาคทั้งหมด (โมเลกุล นิวเคลียส อิเล็กตรอน ควาร์ก ฯลฯ) ที่ประกอบกันเป็นระบบ รวมถึงประเภทของพลังงานที่ไม่รู้จัก พลังงาน.

พลังงานภายในของระบบขึ้นอยู่กับมวลของมัน (คุณสมบัติอย่างกว้างขวาง) โดยธรรมชาติของสารของระบบและพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์: U = f(V, T) หรือ U = (P, T) มีหน่วยวัดเป็น J/mol หรือ เจ/กก. U เป็นฟังก์ชันสถานะ ดังนั้น U จึงไม่ขึ้นอยู่กับเส้นทางกระบวนการ แต่ถูกกำหนดโดยสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของระบบ ง. U – เฟืองท้ายเต็ม

พลังงานภายในของระบบสามารถเปลี่ยนแปลงได้จากการแลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งแวดล้อมเฉพาะในรูปของความร้อนหรืองานเท่านั้น

ข้อเท็จจริงนี้ ซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปของประสบการณ์เชิงปฏิบัติของมนุษยชาติ สื่อถึงกฎข้อแรก (จุดเริ่มต้น) ของอุณหพลศาสตร์: U = Q – W ในรูปแบบที่แตกต่างกัน (สำหรับส่วนที่เล็กที่สุดของกระบวนการ): d. U=คิวดับบลิว

“ความร้อนที่จ่ายให้กับระบบจะไปเพิ่มพลังงานภายในของระบบและทำงานบนระบบ”

สำหรับระบบแยกเดี่ยว Q = 0 และ W = 0 เช่น U = 0 และ U = const พลังงานภายในของระบบแยกจะคงที่

ในสูตรของคลอเซียส: “พลังงานของโลกคงที่” เครื่องจักรการเคลื่อนที่ต่อเนื่องประเภทแรก (เคลื่อนที่ถาวร) เป็นไปไม่ได้ พลังงานในรูปแบบต่างๆ จะแปลงร่างกันในปริมาณที่เท่ากันอย่างเคร่งครัด พลังงานไม่ปรากฏหรือถูกทำลาย แต่จะเคลื่อนจากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งเท่านั้น

ฟังก์ชัน U เป็นการบวก ซึ่งหมายความว่าหากทั้งสองระบบที่มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าของ U 1 และ U 2 ถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นระบบเดียวพลังงานภายในที่ได้ U 1 + 2 จะเท่ากับผลรวมของพลังงานของส่วนที่เป็นส่วนประกอบ: U 1 + 2 = คุณ 1 + คุณ 2

ในกรณีทั่วไป ความร้อน Q เป็นฟังก์ชันของกระบวนการ กล่าวคือ ปริมาณของมันขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ แต่ในสองกรณีที่มีความสำคัญสำหรับการปฏิบัติ ความร้อนจะได้คุณสมบัติของฟังก์ชันสถานะ กล่าวคือ ค่าของ Q สิ้นสุดลง ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ แต่ถูกกำหนดเฉพาะสถานะเริ่มต้นและสุดท้ายของระบบเท่านั้น

เราจะถือว่าในระหว่างกระบวนการเท่านั้นที่สามารถทำได้กับแรงกดดันภายนอก และงานที่มีประโยชน์คือ W = 0: Q = d ยู+พี ดี. V และเนื่องจาก V = const ดังนั้น P d วี = 0: QV = ง. U หรือในรูปแบบอินทิกรัล: QV = Uк – Un

เราถือว่างานที่มีประโยชน์คือ W = 0 ดังนั้น: Q = d ยู+พี ดี. V เนื่องจาก P = const เราสามารถเขียนได้: QP = d U + d(РV), QР = d(U + P V) ให้เราแสดงว่า: H U + P V (เอนทาลปี) QР = d H หรือ: QP = Hk – Hn

ดังนั้นผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีจะได้คุณสมบัติเป็นฟังก์ชันสถานะที่ P = const: QP = H; สำหรับ V = const: QV = U.

เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีและกระบวนการเคมีกายภาพมักดำเนินการที่ความดันคงที่ (ในที่โล่ง เช่น ที่ P = const = 1 atm) ในทางปฏิบัติจึงมักใช้แนวคิดเรื่องเอนทาลปีมากกว่าพลังงานภายในในการคำนวณ บางครั้งคำว่า "ความร้อน" ของกระบวนการจะถูกแทนที่ด้วย "เอนทาลปี" โดยไม่มีคำอธิบายเพิ่มเติม และในทางกลับกัน ตัวอย่างเช่น พวกเขาพูดว่า "ความร้อนของการก่อตัว" แต่เขียนว่า f เอ็น.

แต่ถ้ากระบวนการที่เราสนใจเกิดขึ้นที่ V = const (ในหม้อนึ่งความดัน) ควรใช้นิพจน์: QV = U

มาแยกนิพจน์กัน: H = U + P V d เอช = ง. ยู+พีดี วี+วีดี P ที่ความดันคงที่ V d P = 0 และ d เอช = ง. ยู+พี ดี. V ในรูปแบบอินทิกรัล: H = U + P V

สำหรับก๊าซอุดมคติ สมการคลาเปรอง-เมนเดเลเยฟใช้ได้: Р V = n R T โดยที่ n คือจำนวนโมลของก๊าซ R 8, 314 J/mol K คือค่าคงที่ของก๊าซสากล จากนั้น (ที่ T = const) P V = n R T สุดท้าย เราได้: H = U + n R T n – การเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของสารที่เป็นก๊าซระหว่างการทำปฏิกิริยา

ตัวอย่างเช่น สำหรับปฏิกิริยา: N 2 (g) + 3 H 2 (g) = 2 NH 3 (g) n = -2 และสำหรับปฏิกิริยา: 2 H 2 O (l) 2 H 2 (g) + O 2(ง) n = 3.

ความแตกต่างระหว่าง QV และ QP จะมีความสำคัญก็ต่อเมื่อมีสารที่เป็นก๊าซเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเท่านั้น หากไม่มี หรือถ้า n = 0 แล้ว QV = QP

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเข้าใจว่าเป็นปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาหรือถูกดูดซับระหว่างปฏิกิริยาในรูปของความร้อน โดยมีเงื่อนไขว่า: P = const หรือ V = const; อุณหภูมิของสารตั้งต้นเท่ากับอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา ไม่มีงานอื่นใด (ที่เป็นประโยชน์) เกิดขึ้นในระบบ ยกเว้นงานขยายและบีบอัด

การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีในระหว่างกระบวนการต่างๆ สภาวะการวัดกระบวนการ 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 ความร้อนของการแยกตัว: H 2 O(l) → H+ + OH- P = 1 atm T = 298 K +57 26 ความร้อนของการทำให้เป็นกลาง: H+ + OH- → H 2 O (l) P = 1 atm T = 298 K − 57 26 ความร้อนของการระเหย: H 2 O (l) → H 2 O (g) P = 1 atm T = 373K +40. 67 ความร้อนของการหลอมเหลว: H 2 O(cr) → H 2 O(l) P = 1 atm T = 273 K +6 02

ข้อเท็จจริงของความคงตัวของ QV หรือ QP นานก่อนที่จะมีการสร้างอุณหพลศาสตร์เคมีอย่างเป็นทางการเป็นวิทยาศาสตร์ ได้มีการทดลองโดย G. I. Hess (กฎความคงตัวของปริมาณความร้อนหรือกฎของ Hess): ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับ ชนิดและสถานะของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา และไม่ขึ้นอยู่กับวิธีการเปลี่ยนรูปซึ่งกันและกัน

German Ivanovich Hess (1802 - 1850) - หนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียที่ใหญ่ที่สุดศาสตราจารย์ที่สถาบันเทคโนโลยีในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก เกิดที่เมืองเจนีวา และเติบโตตั้งแต่อายุยังน้อยในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก เขาได้รับการศึกษาด้านการแพทย์ใน Yuryev หลังจากสำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยที่เขาทำงานที่สตอกโฮล์มกับ J. Berzelius ในการทดลองของเขา เฮสส์พยายามสร้างกฎของอัตราส่วนความร้อนหลายอัตราส่วน (คล้ายกับกฎของอัตราส่วนหลายอัตราส่วนของ D. Dalton) เขาล้มเหลวในการทำเช่นนี้ (ไม่มีกฎดังกล่าวในธรรมชาติ) แต่จากการศึกษาเชิงทดลอง เฮสส์ได้รับกฎความคงตัวของปริมาณความร้อน (กฎของเฮสส์) งานนี้ตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2385 เป็นการคาดการณ์กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์

ชม 1 = ชม 2 + ชม 3 = ชม 4 + ชม 5 + ชม 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

ความร้อนของการก่อตัว – ผลกระทบทางความร้อนของการก่อตัวของสารที่กำหนด 1 โมลจากสารเชิงเดี่ยว: ฉ. H. สารที่ประกอบด้วยอะตอมประเภทเดียวกันเรียกว่าแบบง่าย ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจน N2, ออกซิเจน O2, กราไฟท์ C เป็นต้น

จากคำจำกัดความเป็นไปตามที่ความร้อนของการก่อตัวของน้ำมีขนาดเท่ากันกับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา: H 2 + 1/2 O 2 = H 2 O QP = f เอ็น

หากปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่ P = 1 atm ความร้อนของปฏิกิริยาที่วัดได้จะเท่ากับ f โฮ - ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวของน้ำ โดยทั่วไปแล้วค่า f แต่ทำตารางไว้ที่ 298 K สำหรับสารเกือบทั้งหมดที่ใช้ในกิจกรรมภาคปฏิบัติ: f. โฮ 298(เอช 2 โอ)

ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา H prod f r H สารตั้งต้น H Ref. in-c f สารเชิงเดี่ยว

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี: a 1 A 1 + a 2 A 2 + = b 1 B 1 + b 2 B 2 + เท่ากับผลรวมของความร้อนของการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาลบด้วยผลรวมของความร้อนของ การก่อตัวของสารตั้งต้น (โดยคำนึงถึงสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ ai และ bj):

ตัวอย่างที่ 1: คำนวณผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของไอเบนซีน (ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกัน - โลหะแพลตตินัม): C 6 H 6 + 3 H 2 = C 6 H 12 ที่ 298 K และ P = 1 เอทีเอ็ม:

C 6 H 6(ก) ฉ. โฮ 298, k. J/mol 82.93 C 6 H 6(g) 49.04 C 6 H 12(g) H 2 -123.10 0 สาร r. N 0298 = -123.10 – (82.93 +3 0) = -206.03 k. N 0298 = -123.10–(49.04 + 3 0) = -72.14 k. H 0 = 82.93 – 49.04 = +33.89 กิโลจูล/โมล

ความร้อนจากการเผาไหม้เป็นผลจากความร้อนของปฏิกิริยาออกซิเดชันเชิงลึก (การเผาไหม้) ของสาร (จนถึงออกไซด์ที่สูงกว่า) ในกรณีของไฮโดรคาร์บอนออกไซด์ที่สูงกว่าคือ H 2 O (l) และ CO 2 ในกรณีนี้ความร้อนจากการเผาไหม้เช่นมีเทนจะเท่ากับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา: CH 4 + 2 O 2 = CO 2 + 2 H 2 O (ล.) QP = วัว . ชม

ค่าวัว Ho 298 เรียกว่าความร้อนมาตรฐานของการเผาไหม้ซึ่งถูกทำตารางที่ 298 K ที่นี่ดัชนี "o" บ่งชี้ว่าความร้อนถูกกำหนดที่สถานะมาตรฐาน (P = 1 atm) ดัชนี "oh" มาจากภาษาอังกฤษ - ออกซิเดชัน - ออกซิเดชัน

ผลิตภัณฑ์เผาไหม้ (CO 2, H 2 O) โอ้ เอช อ้างอิง เอ่อโอ้. N prod ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา r. H วัสดุเริ่มต้น

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี: a 1 A 1 + a 2 A 2 + = b 1 B 1 + b 2 B 2 + เท่ากับผลรวมของความร้อนของการเผาไหม้ของสารเริ่มต้นลบด้วยผลรวมของความร้อนของ การเผาไหม้ของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา (โดยคำนึงถึงสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ ai และ bj):

ตัวอย่างที่ 2: การใช้ความร้อนจากการเผาไหม้ของสาร คำนวณผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาในการผลิตเอทานอล (แอลกอฮอล์ไวน์) โดยการหมักกลูโคส 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 ความร้อนจากการเผาไหม้ของ CO 2 เป็นศูนย์

ความจุความร้อนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ดังนั้นจึงมีความแตกต่างระหว่างความจุความร้อนเฉลี่ยและความจุความร้อนจริง ความจุความร้อนเฉลี่ยของระบบในช่วงอุณหภูมิ T 1 – T 2 เท่ากับอัตราส่วนของปริมาณความร้อนที่จ่ายให้กับระบบ Q ต่อค่าของช่วงเวลานี้:

ความจุความร้อนจริงถูกกำหนดโดยสมการ: ความสัมพันธ์ระหว่างความจุความร้อนจริงและความจุความร้อนเฉลี่ยแสดงโดยสมการ:

ความจุความร้อนของระบบขึ้นอยู่กับมวล (หรือปริมาณของสาร) กล่าวคือ เป็นคุณสมบัติที่ครอบคลุมของระบบ ถ้าความจุความร้อนสัมพันธ์กับหน่วยมวล ก็จะได้ค่าเข้มข้น - ความจุความร้อนจำเพาะ [J/kg K] หากเราเชื่อมโยง C กับปริมาณของสารในระบบ เราจะได้ความจุความร้อนของโมลาร์ cm [J/mol K]

มีความโดดเด่น: ความจุความร้อนที่ความดันคงที่ Cp, ความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่ Cv ในกรณีของก๊าซอุดมคติ ความจุความร้อนที่ระบุจะสัมพันธ์กันโดยสมการ: Ср = С v + R

ความจุความร้อนของสารขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่น ความจุความร้อนของน้ำแข็งแปรผันจาก 34.70 J/mol K ที่ 250 K ถึง 37.78 J/mol K ที่ 273 K สำหรับของแข็ง Debye จะได้สมการที่ว่าสำหรับอุณหภูมิใกล้กับ 0 K จะได้ว่า CV= a T 3 ( กฎของทีคิวบ์ของเดบาย) และสำหรับอันที่สูง: CV=3 R

โดยปกติแล้ว การพึ่งพาความจุความร้อนต่ออุณหภูมิจะถูกถ่ายทอดโดยใช้สมการเชิงประจักษ์ของรูปแบบ: โดยที่ a, b และ c เป็น const พวกมันจะถูกระบุไว้ในหนังสืออ้างอิงเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของสาร

ถ้าการพึ่งพาทางคณิตศาสตร์ r ไม่ทราบ CP กับ T แต่มีค่าทดลองของความจุความร้อนของผู้เข้าร่วมปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่างกัน จากนั้นกราฟจะถูกลงจุดในพิกัด r บริษัท P = f(T) และคำนวณพื้นที่ใต้เส้นโค้งภายใน 298 - T 2 แบบกราฟิก ซึ่งจะเท่ากับอินทิกรัล:

หากการเปลี่ยนเฟสเกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิที่พิจารณา ควรคำนึงถึงผลกระทบทางความร้อนเมื่อคำนวณ r ชม:

รูปแบบการคำนวณ ร. ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิใดก็ได้ T มีดังนี้ ขั้นแรก r คำนวณโดยใช้ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวหรือความร้อนจากการเผาไหม้ของสาร ปฏิกิริยา H 298 (ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น) จากนั้น เมื่อใช้สมการ Kirchhoff ผลกระทบทางความร้อนจะถูกคำนวณที่อุณหภูมิใดๆ T:

ตารางแสดงความร้อนมาตรฐาน (เอนทาลปี) ของชั้น f สำหรับสารเกือบทั้งหมด Ho 0 ที่ 0 K และค่า: ที่อุณหภูมิ T (จะได้รับโดยมีช่วง 100 K)

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีคำนวณโดยใช้สมการ: r H 0 T = ร. H00+

ร. H 00 คำนวณในลักษณะเดียวกับ r H 0298 เช่น ความแตกต่างในผลรวมของความร้อนของการก่อตัวของผลิตภัณฑ์และสารเริ่มต้น (แต่ที่ 0 K):

ค่าจะถูกคำนวณ: = อ้างอิงต่อ c-c โดยคำนึงถึงสัมประสิทธิ์ปฏิกิริยาปริมาณสัมพันธ์

เหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์เคมีเชิงฟิสิกส์ คำว่า "เคมีเชิงฟิสิกส์" เป็นของ M.V. Lomonosov ซึ่งในปี 1752 สอนหลักสูตร "เคมีเชิงฟิสิกส์" ให้กับนักศึกษาที่มหาวิทยาลัยเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กเป็นครั้งแรกในปี 1752 เขาเป็นเจ้าของเส้นทาง คำจำกัดความ: “เคมีฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่อธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นในร่างกายผสมระหว่างปฏิบัติการทางเคมีบนพื้นฐานของหลักการและการทดลองทางฟิสิกส์”

เหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์เคมีเชิงฟิสิกส์ ในปี พ.ศ. 2430 Ostwald ได้รับแต่งตั้งให้เป็นศาสตราจารย์ด้านเคมีฟิสิกส์คนแรกที่มหาวิทยาลัยไลพ์ซิก ซึ่งผู้ช่วยและเพื่อนร่วมงานของเขา ได้แก่ Jacob van't Hoff, Svante Arrhenius และ Walter Nernst ในปีเดียวกันนั้น Ostwald ได้ก่อตั้ง Journal of Physical Chemistry ("Zeitschrift für physikalische Chemie")

กิจกรรมของเภสัชกร ส่วนที่เกี่ยวข้องของเคมีฟิสิกส์หรือวิธีวิเคราะห์เคมีกายภาพ การผลิตสารยาทางอุตสาหกรรม การศึกษาสมดุลเคมี จลนศาสตร์เคมี และการเร่งปฏิกิริยา การสกัดสารยาจากวัตถุดิบพืชและสัตว์ การศึกษาสมดุลเฟส (การสกัด) การศึกษา ของสารละลาย การศึกษาการแพร่ การเตรียมยาและรูปแบบขนาดยา คุณสมบัติของระบบกระจายตัว สมดุลเฟส ปรากฏการณ์พื้นผิว คุณสมบัติของสารละลาย ฯลฯ การหาความเข้ากันได้ทางกายภาพของยา เฟสและสมดุลเคมี สารละลาย การวิเคราะห์เชิงความร้อน การวิเคราะห์ยาในสาร ในรูปแบบขนาดยา ในวัตถุธรรมชาติ ในสารสกัด วิธีการวิเคราะห์ทางเคมีและฟิสิกส์: ออปติคัล - สเปกโตรโฟโตเมทรี, โฟโตคัลเลอร์ริเมทรี, เนฟีโลเมทรี, การวัดความขุ่น ฯลฯ เคมีไฟฟ้า - โพเทนชิโอเมตริก, คอนโทเมตริก, การไตเตรทแบบแอมเพอโรเมตริก, โพลาโรกราฟี ฯลฯ โครมาโตกราฟี - การดูดซับ, การแบ่งส่วนโครมาโทกราฟี, คอลัมน์, ชั้นบาง, กระดาษ, อิเล็กโตรโฟเรติกโครมาโตกราฟี ฯลฯ การกำหนดและการยืดอายุการเก็บรักษายา จลนศาสตร์ การเร่งปฏิกิริยา โฟโตเคมี การเลือกวิธีการนำยาเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ หลักคำสอนของสารละลาย (ออสโมซิส, ความสามารถในการละลายร่วมกันของสาร) การศึกษาเกี่ยวกับความสมดุลของเฟส (การสกัด การกระจาย การแพร่กระจาย) การเร่งปฏิกิริยาของกรด-เบส จลนศาสตร์ คุณสมบัติของระบบการกระจายตัว ศึกษาพฤติกรรมของสารยาในร่างกาย การแพร่ คุณสมบัติของเจล คุณสมบัติของสารลดแรงตึงผิวและ สารที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง จลนศาสตร์ การศึกษาสารละลาย การศึกษาสมดุลเคมี เป็นต้น

แนวคิดพื้นฐานของเทอร์โมไดนามิกส์ ระบบคือชุดของสาร (ส่วนประกอบ) ในสถานะเฟสที่กำหนด ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์และแยกออกจากสิ่งแวดล้อมด้วยขอบเขตพื้นผิว คุณสมบัติ (สารละลายของเหลวหรือของแข็ง ส่วนผสมของก๊าซแห้ง) ต่างกัน p. มีการเชื่อมต่อระหว่างส่วนต่างๆ ที่มีคุณสมบัติต่างกัน และประกอบด้วยสองเฟสขึ้นไป

แนวคิดพื้นฐานของเทอร์โมไดนามิกส์ เฟส - ชุดของชิ้นส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันทั้งหมดของระบบ ซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และคุณสมบัติเข้มข้นทั้งหมดเหมือนกัน และแยกออกจากส่วนอื่น ๆ ด้วยส่วนต่อประสาน ส่วนประกอบ - สารประกอบทางเคมีที่มีอยู่อย่างอิสระซึ่งรวมอยู่ในเฟส ระบบเปิด ระบบปิด แยกออกจากกัน ระบบ

แนวคิดพื้นฐานของเทอร์โมไดนามิกส์ คุณสมบัติที่กว้างขวางขึ้นอยู่กับปริมาณของสาร (ปริมาตร ความจุความร้อน เอนโทรปี) คุณสมบัติเข้มข้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาณของสาร (ความหนาแน่น อุณหภูมิ) หน้าที่ของสถานะ - คุณสมบัติที่ขึ้นอยู่กับสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้าย และไม่ ขึ้นอยู่กับเส้นทางการเปลี่ยนผ่าน

แนวคิดพื้นฐานของเทอร์โมไดนามิกส์ พลังงานภายใน (U) เป็นฟังก์ชันสถานะที่กำหนดลักษณะของพลังงานสำรองทั้งหมดของระบบ งาน (W) เป็นรูปแบบการถ่ายโอนพลังงานขนาดมหภาค (ในรูปของพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่โดยตรงของอนุภาค) ความร้อน (Q ) คือการถ่ายเทพลังงานผ่านการชนกันของโมเลกุล (การแลกเปลี่ยนความร้อน) รูปแบบการถ่ายโอนพลังงานด้วยกล้องจุลทรรศน์ (ไม่เป็นระเบียบ) ความร้อนและงานเป็นหน้าที่ของกระบวนการ!

กฎศูนย์ของเทอร์โมไดนามิกส์ 1931 ฟาวเลอร์ หากระบบ “A” และ “B” ต่างก็อยู่ในสมดุลทางความร้อนกับระบบ “C” จากนั้นเราจะปรากฏว่า “A” และ “B” อยู่ในสมดุลทางความร้อนซึ่งกันและกัน สมมุติฐานนี้อยู่ใน เกี่ยวกับการวัดอุณหภูมิ

กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์ (กฎแห่งการอนุรักษ์พลังงาน) หากระบบไม่ทำงานการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในจะเกิดขึ้นเนื่องจากการดูดซับหรือการปล่อยความร้อนเท่านั้นเช่น ที่ w = 0 U = Q หากระบบไม่ได้รับหรือปล่อยความร้อนแสดงว่างานที่ทำนั้นเกิดขึ้นเนื่องจากการสูญเสียพลังงานภายในเท่านั้นเช่น ที่ Q = 0 U = w หรือ w = U - ตามมาว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างกลไกการเคลื่อนที่ตลอดเวลา (กลไก) ที่สร้างงานอย่างไม่มีกำหนดโดยไม่มีการไหลเข้าของพลังงานจากภายนอก

เทอร์โมเคมี (แนวคิดพื้นฐาน) ความร้อนของชั้นหิน H f (จากชั้นหิน) ความร้อนของการเผาไหม้ H c (จากการเผาไหม้) สภาวะมาตรฐาน (1 atm = Pa), 298 K (25 o C) หากให้ค่าเทอร์โมเคมีหรือเทอร์โมไดนามิกส์สำหรับมาตรฐาน state จากนั้นจะมีเครื่องหมาย “o” กำกับไว้: H o f ; สวัสดี; คุณโอ

ข้อพิสูจน์ที่สองของกฎของเฮสส์ หากปฏิกิริยาทั้งสองเกิดขึ้น นำจากสถานะเริ่มต้นที่แตกต่างกันไปสู่สถานะสุดท้ายเดียวกัน ความแตกต่างระหว่างผลกระทบทางความร้อนจะเท่ากับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาของการเปลี่ยนจากสถานะเริ่มต้นหนึ่งไปสู่สถานะเริ่มต้นอีกสถานะหนึ่ง C ( gr) + O 2 = CO 2 393.51 k J/mol C (อัลล์ม) + O 2 = CO 2 395.39 k J/mol

ข้อพิสูจน์ที่สามของกฎของเฮสส์ หากปฏิกิริยาสองอย่างเกิดขึ้น นำจากสถานะเริ่มต้นที่เหมือนกันไปสู่สถานะสุดท้ายที่ต่างกัน ความแตกต่างระหว่างผลกระทบทางความร้อนจะเท่ากับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาการเปลี่ยนจากสถานะสุดท้ายหนึ่งไปยังสถานะสุดท้ายอีกสถานะหนึ่ง 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/ โมล

กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ ความร้อนไม่สามารถถ่ายโอนจากวัตถุที่เย็นกว่าไปยังวัตถุที่ร้อนกว่าได้เองตามธรรมชาติ พลังงานหลายประเภทมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนเป็นความร้อน และความร้อนมีแนวโน้มที่จะกระจายไป อย่างไรก็ตาม การกระจายพลังงานระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ของระบบสามารถคำนวณได้โดย วิธีอุณหพลศาสตร์ทางสถิติ

กฎข้อที่สามของเทอร์โมไดนามิกส์สำหรับคริสตัลที่ได้รับการจัดลำดับตามอุดมคติที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ เมื่อไม่มีการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาค ความน่าจะเป็นทางอุณหพลศาสตร์ W จะเท่ากับ 1 ซึ่งหมายความว่า ตามสมการของ Boltzmann เอนโทรปีของมันจะเป็นศูนย์: S 0 = k ln 1 = 0

- -

สมดุลเคมี 1. เครื่องหมายทางอุณหพลศาสตร์ของสมดุล (พลังงานกิ๊บส์และเฮล์มโฮลทซ์ไม่เปลี่ยนแปลง) 2. เครื่องหมายจลน์ของสมดุล (อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเท่ากัน) ภารกิจ: ปรับองค์ประกอบของส่วนผสมสมดุลของสารให้เหมาะสม การคำนวณผลผลิตสมดุลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเคมี

หลักการของ Le Chatelier หากระบบอยู่ในสภาวะสมดุล จากนั้นภายใต้ผลกระทบของแรงที่ทำให้เกิดความไม่สมดุล ระบบจะผ่านไปยังสถานะที่ผลกระทบของอิทธิพลภายนอกอ่อนลง หลักการของ Le Chatelier จะกำหนดการเคลื่อนที่ของสารเคมีและความสมดุลของเฟสเมื่อ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความดัน หรือองค์ประกอบของระบบ

สมการของไอโซเทอมของปฏิกิริยาเคมี Jacob van't Hoff () (นักเรียนของ Friedrich Kekule) "FANTASTIC NON-SANE!" อดอล์ฟ โคลเบ "รอดูก่อน..."

แนวคิดพื้นฐาน เฟส - ชุดของชิ้นส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันทั้งหมดของระบบ ซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และคุณสมบัติเข้มข้นทั้งหมดเหมือนกัน และแยกออกจากส่วนอื่น ๆ ด้วยส่วนต่อประสาน ส่วนประกอบ - สารประกอบทางเคมีที่มีอยู่อย่างอิสระซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของส่วนต่อประสานของเฟส (ขอบเขตระหว่างเฟส)

GIBBS PHASE RULE C = 0 - ระบบเรียกว่าไม่แปรผัน การเปลี่ยนพารามิเตอร์สถานะใด ๆ จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงจำนวนเฟส C = 1 - ระบบนี้เรียกว่าตัวแปรเดี่ยว สามารถเปลี่ยนพารามิเตอร์ได้เพียงตัวเดียวโดยไม่ต้องเปลี่ยนจำนวนเฟส C = 2 - ระบบนี้เรียกว่าไบวาเรียนท์

สำหรับฟิลด์เฟส C = K F + 2 = = 2 สำหรับเส้นสมดุล C = K F + 2 = = 1 สำหรับจุดสามจุด C = K F + 2 = = 0

แนวทางแก้ไข 1. ระบบการกระจายตัวของโมเลกุลที่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ 2. ระบบเฟสเดียวที่มีองค์ประกอบแปรผันหรือต่างกัน ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบตั้งแต่ 2 ชิ้นขึ้นไป โดยปกติแล้ว ตัวทำละลายและตัวถูกละลายจะถูกแยกออกจากกัน ประเภทหลักคือสารละลายที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์และสารละลายอิเล็กโทรไลต์

กฎข้อแรกของโคโนวาลอฟ: ของเหลวจะเดือดเมื่อความดันไอที่อยู่ด้านบนมีค่าเท่ากับความดันบรรยากาศ ของเหลวบริสุทธิ์เดือดที่อุณหภูมิคงที่ (T kip) ในสารละลายมีความแตกต่างกัน: ไอน้ำอิ่มตัวเมื่อเปรียบเทียบกับสารละลายสมดุลนั้นค่อนข้างสมบูรณ์กว่าในส่วนประกอบนั้น ซึ่งการเติมเข้าไปในระบบจะเพิ่มความดันไอทั้งหมด ไอในระบบไบนารี่สมดุลนั้นมีส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับของเหลว
กฎข้อที่สองของ Konovalov สุดขั้วบนแผนภาพการเดือดสอดคล้องกับความสมดุลของสารละลายและไออิ่มตัวซึ่งองค์ประกอบของทั้งสองเฟสเท่ากัน สารละลาย Azeotropic เป็นสารละลายที่มีองค์ประกอบของไอเท่ากันในอัตราส่วนที่แน่นอน เป็นองค์ประกอบของของเหลว (เช่น ส่วนผสมมีพฤติกรรมเหมือนสารบริสุทธิ์ )