Nguyên tắc cơ bản của hóa lý - Lý thuyết và bài toán - Eremin V.V., Kargov S.I. Nguyên tắc cơ bản của hóa lý_Eremin Eremin và nguyên tắc cơ bản của nhiệt động hóa học

M.: Thi, 2005. - 480 tr. (Bộ sách "Sách giáo khoa Đại học Cổ điển")

Cuốn sách này là một khóa học ngắn hạn về hóa học vật lý hiện đại. Nó được cấu trúc theo nguyên tắc cổ điển: mỗi đoạn bắt đầu bằng phần trình bày tài liệu lý thuyết, tiếp theo là các ví dụ về cách giải quyết vấn đề và các vấn đề để giải quyết độc lập. Tổng cộng, cuốn sách có khoảng 800 bài toán trong các phần chính của hóa lý. Câu trả lời hoặc hướng dẫn giải pháp được đưa ra cho tất cả các vấn đề tính toán. Phụ lục chứa tất cả thông tin cần thiết để giải quyết vấn đề: bảng dữ liệu nhiệt động và động học, danh sách các công thức vật lý và hóa học cơ bản và mức tối thiểu về mặt toán học.

Cuốn sách dành cho sinh viên và giáo viên của các trường đại học cũng như các trường đại học hóa học, sinh học và y tế.

  • MỤC LỤC
  • MỞ ĐẦU 5
  • CHƯƠNG 1. CƠ SỞ CƠ BẢN CỦA NHIỆT ĐỘNG HÓA
  • § 1. Những khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học. Phương trình trạng thái 7
  • § 2. Định luật thứ nhất nhiệt động lực học 24
  • § 3. Nhiệt hóa học 36
  • § 4. Định luật thứ hai nhiệt động lực học. Entropy 49
  • § 5. Thế nhiệt động 65
  • CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG NHIỆT HÓA HỌC
  • § 6. Nhiệt động lực học của dung dịch không điện phân 83
  • § 7. Cân bằng không đồng nhất. Quy tắc pha Gibbs. Cân bằng pha trong hệ thống một thành phần 105
  • § 8. Cân bằng pha trong hệ thống hai thành phần 123
  • § 9. Cân bằng hóa học 140
  • § 10. Hấp phụ 158
  • CHƯƠNG 3. ĐIỆN HÓA
  • § 11. Nhiệt động lực học của dung dịch điện phân 171
  • § 12. Độ dẫn điện của dung dịch điện phân 179
  • § 13. Mạch điện hóa 191
  • CHƯƠNG 4. NHIỆT ĐỘ THỐNG KÊ
  • § 14. Các khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học thống kê. Hòa tấu 206
  • § 15. Tổng các trạng thái và tích phân thống kê 219
  • § 16. Tính toán thống kê các tính chất nhiệt động của hệ lý tưởng và hệ thực 240
  • CHƯƠNG 5. ĐỘNG HỌC HÓA HỌC
  • § 17. Các khái niệm cơ bản về động học hóa học 258
  • § 18. Động học của phản ứng bậc nguyên 268
  • § 19. Phương pháp xác định bậc phản ứng 277
  • § 20. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hóa học 286
  • § 21. Động học của các phản ứng phức tạp 297
  • § 22. Phương pháp gần đúng của động học hóa học 310
  • § 23. Xúc tác 323
  • § 24. Phản ứng quang hóa 346
  • § 25. Lý thuyết động học hóa học 356
  • § 26. Động lực hóa học 377
  • CHƯƠNG 6. CÁC YẾU TỐ CỦA NHIỆT ĐỘNG KHÔNG CÂN BẰNG
  • § 27. Nhiệt động lực học không cân bằng tuyến tính 393
  • § 28. Hệ thống không cân bằng mạnh 403
  • CÁC ỨNG DỤNG
  • Phụ lục I. Đơn vị đo đại lượng vật lý 412
  • Phụ lục II. Các hằng số vật lý cơ bản 412
  • Phụ lục III. Bảng dữ liệu vật lý và hóa học 413
  • Phụ lục IV. Toán học tối thiểu 424
  • Phụ lục V. Danh mục công thức lý hóa cơ bản 433
  • Chương 1. Cơ sở nhiệt động hóa học 433
  • Chương 2. Ứng dụng của nhiệt động hóa học 436
  • Chương 3. Điện hóa học 439
  • Chương 4. Nhiệt động lực học thống kê 441
  • Chương 5. Động học hóa học 442
  • Chương 6. Các yếu tố của nhiệt động lực học không cân bằng 445
  • ĐÁP ÁN 446
  • VĂN HỌC 468
  • CHỈ SỐ 471

LỜI NÓI ĐẦU.................................................................. .................................................................. ........

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ CƠ BẢN CỦA NHIỆT ĐỘNG HÓA

§ 1. Những khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học. Phương trình trạng thái..................................

§ 2. Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học................................................................. .......... .............

§ 3. Nhiệt hóa học.................................................................. ...................................................... ............

§ 4. Định luật thứ hai nhiệt động lực học. Sự hỗn loạn................................................

§ 5. Thế nhiệt động.................................................................. ......................

CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG HÓA CHẤT

NHIỆT ĐỘNG

§ 6. Nhiệt động lực học của dung dịch không điện phân.................................................. ......... .

§ 7. Cân bằng không đồng nhất. Quy tắc pha Gibbs.

Cân bằng pha trong hệ thống một thành phần..................................................

§ 8. Cân bằng pha trong hệ hai thành phần..................................................

§ 9. Cân bằng hóa học.................................................................. .............................

§ 10. Hấp phụ................................................................. ...................................................... ......

CHƯƠNG 3. ĐIỆN HÓA

§ 11. Nhiệt động lực học của dung dịch điện phân.................................................. ......

§ 12. Độ dẫn điện của dung dịch điện phân..................................................

§ 13. Mạch điện hóa.................................................................. ......................

CHƯƠNG 4. NHIỆT ĐỘ THỐNG KÊ

§ 14. Các khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học thống kê. Quần thể......

§ 15. Tổng các trạng thái và tích phân thống kê.......................

§ 16. Tính toán thống kê các đặc tính nhiệt động

Hệ thống lý tưởng và thực tế................................................................................. ....................

CHƯƠNG 5. ĐỘNG HỌC HÓA HỌC

§ 17. Các khái niệm cơ bản về động học hóa học.................................................. ..........

§ 18. Động học của các phản ứng của cả một trật tự................................................. ............ ............

§ 19. Phương pháp xác định bậc phản ứng.................................................................. ...........

§ 20. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hóa học......

§ 21. Động học của các phản ứng phức tạp.................................................. ........... .............

§ 22. Phương pháp gần đúng của động học hóa học..................................

§ 23. Xúc tác.................................................................. ...................................................... ............ ....

§ 24. Phản ứng quang hóa.................................................................. ......................

§ 25. Lý thuyết động học hóa học.................................................. ........... ....................

§ 26. Động lực hóa học................................................................. ......................................

CHƯƠNG 6. CÁC YẾU TỐ KHÔNG CÂN BẰNG

NHIỆT ĐỘNG

§ 27. Nhiệt động lực học không cân bằng tuyến tính........................................... ........

§ 28. Hệ thống không cân bằng mạnh mẽ................................................. ......................

CÁC ỨNG DỤNG

Phụ lục I. Đơn vị đo các đại lượng vật lý.................................................................. ......

Phụ lục II.Các hằng số vật lý cơ bản..................................................

Phụ lục III.Bảng số liệu lý, hóa.................................................................. ..........

Phụ lục IV. Toán học tối thiểu................................................................................. ... ........

Phụ lục V. Danh sách các công thức hóa lý cơ bản..................................................

Chương 1. Nguyên lý cơ bản của nhiệt động hóa học.................................................. ........ ...

Chương 2. Ứng dụng của nhiệt động hóa học.................................................. ........

Chương 3. Điện hóa học................................................................................. ......................................

Chương 4. Nhiệt động lực học thống kê.................................................................. ..........

Chương 5. Động học hóa học.................................................................. .............................

Chương 6. Các yếu tố của nhiệt động lực học không cân bằng.................................................. ......

ĐÁP ÁN................................................................................. .................................................... ..........

VĂN HỌC ................................................. .................................................... ........

CHỈ SỐ ĐỐI TƯỢNG...................................................................

Lời nói đầu

Cuốn sách mà bạn chú ý là một cuốn sách giáo khoa về hóa lý, chủ yếu dành cho sinh viên đại học và giáo viên. Cô đúc kết kinh nghiệm nhiều năm giảng dạy môn hóa lý cho sinh viên các khoa khoa học tự nhiên của Đại học quốc gia Moscow. M. V. Lomonosov. Việc lựa chọn tài liệu và tính chất trình bày của nó bị ảnh hưởng vô điều kiện bởi sự giao tiếp của tác giả với sinh viên và giáo viên các khoa của Đại học Tổng hợp Moscow. Cuốn sách của chúng tôi khác với sách giáo khoa cổ điển về hóa lý ở chỗ, thứ nhất, tài liệu lý thuyết được trình bày dưới dạng cô đọng và rất tập trung, thứ hai, nó được hỗ trợ bởi một số lượng lớn các ví dụ, bài toán và bài tập. Đối với những ai muốn nghiên cứu kỹ hơn các vấn đề lý luận riêng lẻ, chúng tôi đã biên soạn một thư mục chi tiết cho từng chương.

Tiền thân của cuốn sách này là tuyển tập “Các bài toán trong Hóa lý” của chúng tôi (M.: Exam, 2003). Thường xuyên sử dụng nó

V. công việc, chúng tôi đi đến kết luận rằng tài liệu lý thuyết được trình bày trong đó cần được xử lý nghiêm túc. Mức độ xử lý này sâu đến mức trên thực tế đã xuất hiện một cuốn sách mới, trong đó trọng tâm chính không còn là các vấn đề nữa mà là các nguyên tắc lý thuyết của hóa học vật lý. Các phần dành cho các nguyên lý cơ bản và các khía cạnh ứng dụng của nhiệt động lực học hóa học có nhiều thay đổi nhất. Ngoài ra, các phần hoàn toàn mới đã được thêm vào để thảo luận về những thành tựu khoa học hiện đại

V. lĩnh vực động lực học phi tuyến và động lực học hóa học trong phạm vi femto giây. Khi trình bày tài liệu lý thuyết, chúng tôi cố gắng logic và cố gắng chỉ ra mối liên hệ của bất kỳ lý thuyết vật lý nào. các kết quả, ứng dụng và công thức đồng hóa học với những kiến ​​thức cơ bản, tức là với các định luật cơ bản của nhiệt động hóa học và động học hóa học.

Cuốn sách bao gồm sáu chương bao gồm các phần chính của khóa học hóa lý, thậm chí có thể nói là các phần “cổ điển”, lưu ý rằng không chỉ ở Đại học Tổng hợp Moscow, mà còn ở hầu hết các trường đại học khác, một số phần của các môn hóa học truyền thống hóa học vật lý, chẳng hạn như hóa học keo, cấu trúc phân tử, quang phổ, có tư cách là các khóa học độc lập.

Chúng tôi quyết định trình bày nội dung của từng đoạn theo trình tự sau:

1) giới thiệu lý thuyết từng phần chứa các định nghĩa và công thức cơ bản;

2) ví dụ về giải quyết vấn đề;

3) nhiệm vụ cho giải pháp độc lập.

Hình thức trình bày này theo chúng tôi là tối ưu

để tiến hành hội thảo và chuẩn bị cho kỳ thi hóa học vật lý.

Hầu hết các chủ đề bao gồm 20–30 bài toán có mức độ phức tạp khác nhau và một số ví dụ về cách giải chúng. Trong tất cả các phần, chúng tôi đã cố gắng kết hợp các nhiệm vụ tính toán và ngữ nghĩa bất cứ khi nào có thể. Nhiều bài toán chứa đựng “niềm say mê”, tức là chúng đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về chủ đề, trực giác và một chút trí tưởng tượng chứ không chỉ thay thế các con số thành một công thức quen thuộc. Câu trả lời hoặc hướng dẫn giải pháp được cung cấp cho tất cả các vấn đề tính toán. Một số bài toán được lấy từ sách giáo khoa và sách bài tập hóa lý nổi tiếng (xem danh mục tài liệu tham khảo), nhiều bài toán là sự phát triển độc đáo của các tác giả. Sự đa dạng của các nhiệm vụ và sự khác biệt về mức độ khó cho phép chúng tôi hy vọng rằng bộ sưu tập này có thể được sử dụng không chỉ trong các khóa học hóa lý truyền thống mà còn trong các khóa học có nội dung tương tự, chẳng hạn như hóa học đại cương hoặc hóa học vô cơ.

Chúng tôi đã cố gắng làm cho cuốn sách giáo khoa này trở nên khép kín nhất có thể và do đó đã đưa vào các bảng phụ lục về dữ liệu lý hóa và danh sách các công thức toán học được sử dụng phổ biến nhất. Ứng dụng này cũng bao gồm một danh sách các công thức vật lý và hóa học cơ bản sẽ hữu ích cho học sinh trong việc chuẩn bị nhanh cho kỳ thi.

Chúng tôi bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Giáo sư M.V. Korobov vì những nhận xét phê phán, giúp nâng cao chất lượng cuốn sách.

Leninskie Gory, 1, tòa nhà 3, Khoa Hóa học, Đại học quốc gia Moscow hoặc bằng

e-mail: [email được bảo vệ] [email được bảo vệ] [email được bảo vệ] [email được bảo vệ] [email được bảo vệ]

V.V. Eremin S.I. Kargov I.A. Uspenskaya N.E. Kuzmenko V.V. Lunin

tháng 4 năm 2005

1 Nguyên tắc cơ bản của nhiệt động hóa học

§ 1. Những khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học. phương trình trạng thái

Các khái niệm cơ bản

Nhiệt động lực học là môn khoa học nghiên cứu sự chuyển đổi lẫn nhau của nhiệt và công trong các hệ cân bằng và trong quá trình chuyển sang trạng thái cân bằng. Nhiệt động lực hóa học là một nhánh của hóa lý, trong đó các phương pháp nhiệt động được sử dụng để phân tích các hiện tượng hóa học, lý hóa: phản ứng hóa học, chuyển pha và các quá trình trong dung dịch.

Đối tượng nghiên cứu của nhiệt động lực học – hệ nhiệt động– một vật thể vật chất cách ly với môi trường bên ngoài bằng bề mặt ranh giới thực hoặc ảo và có khả năng trao đổi năng lượng và (hoặc) vật chất với các vật thể khác. Bất kỳ hệ nhiệt động nào cũng là mô hình của một vật thể thực, do đó sự tương ứng của nó với thực tế phụ thuộc vào các giá trị gần đúng được chọn trong khuôn khổ mô hình được sử dụng. Các hệ thống là:

mở, trong đó có sự trao đổi năng lượng và vật chất với môi trường;

khép kín, trong đó có trao đổi năng lượng với môi trường nhưng không trao đổi vật chất;

biệt lập, không có sự trao đổi năng lượng và vật chất với môi trường.

Trạng thái của bất kỳ hệ nhiệt động nào cũng có thể được đặc trưng bởi

định lượng bằng cách sử dụng các biến nhiệt động. Tất cả chúng đều được kết nối với nhau và để thuận tiện cho việc xây dựng một bộ máy toán học, chúng được chia thành các biến độc lập và

các hàm nhiệt động. Các biến được cố định bởi các điều kiện tồn tại của hệ thống và do đó không thể thay đổi trong giới hạn của bài toán đang xem xét được gọi là thông số nhiệt động. Các biến được phân biệt:

bên ngoài, được xác định bởi tính chất và tọa độ của các vật thể trong môi trường và phụ thuộc vào sự tiếp xúc của hệ thống với môi trường, ví dụ: khối lượng hoặc số lượng thành phần n, cường độ điện trường E; số lượng các biến đó có hạn;

bên trong, chỉ phụ thuộc vào các tính chất của chính hệ thống, ví dụ, mật độ ρ, năng lượng bên trong U; không giống như các biến bên ngoài, số lượng các thuộc tính đó là không giới hạn;

rộng rãi, tỷ lệ thuận với khối lượng của hệ hoặc số lượng hạt, ví dụ: thể tích V, năng lượng U, entropy S, nhiệt dung C;

chuyên sâu, không phụ thuộc vào khối lượng của hệ thống hoặc số lượng hạt, ví dụ: nhiệt độ T, mật độ ρ, áp suất p. Tỷ lệ của hai biến mở rộng bất kỳ là một tham số chuyên sâu, chẳng hạn như thể tích mol một phần V hoặc phần mol x.

Một vị trí đặc biệt trong nhiệt động hóa học bị chiếm giữ bởi các biến thể hiện thành phần định lượng hệ thống. Trong các hệ thống đồng nhất đồng nhất, chúng ta đang nói về thành phần hóa học và trong các hệ thống không đồng nhất, chúng ta đang nói về thành phần hóa học và pha. Trong các hệ thống kín, thành phần có thể thay đổi do các phản ứng hóa học và sự phân phối lại các chất giữa các bộ phận của hệ thống; trong các hệ thống mở, do sự vận chuyển các chất qua bề mặt điều khiển. Để mô tả thành phần định tính và định lượng của một hệ thống, việc chỉ ra thành phần nguyên tố của nó (nguyên tử của những nguyên tố nào và số lượng có mặt trong hệ thống là chưa đủ). Cần phải biết hệ thống bao gồm những chất thực sự nào (phân tử, ion, phức chất, v.v.). Những chất này được gọi là thành phần. Việc lựa chọn các thành phần hệ thống có thể không phải là duy nhất, nhưng điều cần thiết là:

với sự giúp đỡ của họ, người ta có thể mô tả bất kỳ thay đổi nào có thể xảy ra trong thành phần hóa học của từng bộ phận trong hệ thống;

số lượng của chúng thỏa mãn các yêu cầu nhất định, ví dụ, điều kiện trung hòa điện của hệ thống, cân bằng vật chất, v.v.

Các thành phần và số lượng của chúng có thể thay đổi trong quá trình phản ứng hóa học. Tuy nhiên, bạn luôn có thể chọn một nhóm chất tối thiểu nhất định đủ để mô tả thành phần của hệ thống. Các thành phần như vậy của hệ thống được gọi là thành phần độc lập

mi, hoặc các thành phần.

Trong số các biến nhiệt động, lực tổng quát và tọa độ tổng quát. Các lực tổng quát đặc trưng cho trạng thái

THĂNG BẰNG. Chúng bao gồm áp suất p, thế năng hóa học µ, điện thế ϕ, sức căng bề mặt σ. Lực lượng tổng quát là các thông số chuyên sâu.

Tọa độ tổng quát là các đại lượng thay đổi dưới tác dụng của các lực tổng quát tương ứng. Chúng bao gồm thể tích V, lượng chất n, điện tích e, diện tích Ω. Tất cả các tọa độ tổng quát là các tham số mở rộng.

Một tập hợp các đặc tính nhiệt động chuyên sâu xác định trạng thái của hệ thống. Các trạng thái sau đây của hệ nhiệt động được phân biệt:

trạng thái cân bằng, khi tất cả các đặc tính của hệ thống không đổi và không có dòng vật chất hoặc năng lượng nào trong đó. Trong trường hợp này, những điều sau đây được phân biệt:

– trạng thái ổn định (ổn định) trong đó mọi tác động vô cùng nhỏ chỉ gây ra sự thay đổi vô cùng nhỏ về trạng thái và khi loại bỏ tác động này, hệ sẽ trở về trạng thái ban đầu;

- trạng thái siêu bền, khác với trạng thái ổn định ở chỗ một số tác động cuối cùng gây ra những thay đổi cuối cùng về trạng thái không biến mất khi loại bỏ các tác động này;

không cân bằng (không ổn định, không ổn định) ) trạng thái trong đó bất kỳ tác động vô cùng nhỏ nào cũng gây ra sự thay đổi hữu hạn về trạng thái của hệ thống;

dừng, khi các biến độc lập không đổi theo thời gian nhưng có các dòng chảy trong hệ thống.

Nếu trạng thái của hệ thống thay đổi thì người ta nói rằng hệ thống

một quá trình nhiệt động diễn ra. Tất cả các tính chất nhiệt động chỉ được xác định chặt chẽ ở trạng thái cân bằng. Một đặc điểm của việc mô tả các quá trình nhiệt động là chúng được xem xét không phải trong thời gian mà trong không gian tổng quát của các biến nhiệt động độc lập, tức là. được đặc trưng không phải bởi tốc độ thay đổi về tính chất mà bởi mức độ thay đổi. Một quá trình trong nhiệt động lực học là một chuỗi các trạng thái của một hệ dẫn từ tập hợp các biến nhiệt động ban đầu này sang tập hợp các biến nhiệt động lực học khác - tập hợp cuối cùng.

Có các quá trình:

tự phát, để thực hiện không cần thiết phải tiêu tốn năng lượng;

không tự phát, chỉ xảy ra khi tiêu tốn năng lượng;

có thể đảo ngược, khi quá trình chuyển đổi của một hệ thống từ trạng thái này sang trạng thái khác và ngược lại có thể xảy ra thông qua một chuỗi các trạng thái giống nhau và sau khi trở về trạng thái ban đầu, không còn thay đổi vĩ mô nào trong môi trường;

bán tĩnh, hoặc trạng thái cân bằng xảy ra dưới tác dụng

tác động của một sự khác biệt vô cùng nhỏ trong các lực tổng quát;

14 Chương 1. Nguyên tắc cơ bản của nhiệt động hóa học

không thể đảo ngược hoặc không cân bằng, khi kết quả của quá trình là không thể đưa cả hệ thống và môi trường của nó về trạng thái ban đầu.

TRONG Trong quá trình này, một số biến nhiệt động có thể được sửa chữa. Đặc biệt, người ta phân biệt giữa đường đẳng nhiệt ( Các quá trình T = const), đẳng tích (V = const), đẳng áp (p = const) và đoạn nhiệt (Q = 0, δ Q = 0).

Các hàm nhiệt động được chia thành:

hàm trạng thái, chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ thống và không phụ thuộc vào con đường mà qua đó đạt được trạng thái này;

hàm chuyển tiếp, giá trị của nó phụ thuộc vào đường đi mà hệ thống thay đổi.

Ví dụ về các hàm trạng thái: năng lượng U, entanpy H, năng lượng Helmholtz F, năng lượng Gibbs G, entropy S. Các biến nhiệt động - thể tích V, áp suất p, nhiệt độ T - cũng có thể được coi là hàm của trạng thái, bởi vì chúng mô tả rõ ràng trạng thái của hệ thống. Ví dụ về các hàm chuyển tiếp là nhiệt Q và công W.

Các hàm trạng thái được đặc trưng bởi các tính chất sau:

sự thay đổi vô cùng nhỏ của hàm f là vi phân tổng (ký hiệu là df);

thay đổi chức năng khi chuyển từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 tùy chọn

chỉ được xác định bởi các trạng thái sau: ∫ df = f 2 − f 1 ;

Là kết quả của bất kỳ quá trình tuần hoàn nào, hàm trạng thái không thay đổi:∫v df = 0 .

Có một số cách để xây dựng nhiệt động lực học theo tiên đề. Trong ấn bản này, chúng tôi tiến hành từ thực tế là các kết luận và mối quan hệ của nhiệt động lực học có thể được xây dựng trên cơ sở hai định đề (vị trí ban đầu) và ba định luật (nguyên tắc ban đầu).

Vị trí ban đầu đầu tiên, hay tiên đề cơ bản của nhiệt động lực học:

Bất kỳ hệ cô lập nào cuối cùng cũng đạt đến trạng thái cân bằng và không thể tự động rời khỏi nó.

Vị trí này giới hạn kích thước của các hệ mà nhiệt động lực học mô tả. Nó không đúng cho các hệ quy mô thiên văn và các hệ vi mô với một số lượng nhỏ các hạt. Các hệ thống có kích thước thiên hà không tự động đạt đến trạng thái cân bằng do lực hấp dẫn tầm xa. Các hệ vi mô có thể tự động di chuyển ra khỏi trạng thái cân bằng; hiện tượng này được gọi là dao động. theo thống kê

Vật lý học đã chỉ ra rằng độ lớn dao động tương đối của các đại lượng nhiệt động là cỡ 1/N, trong đó N là số hạt trong hệ. Nếu chúng ta giả sử rằng không thể phát hiện được các giá trị tương đối nhỏ hơn 10–9 bằng thực nghiệm, thì giới hạn dưới cho số lượng hạt trong hệ nhiệt động là 1018.

Sự chuyển đổi tự phát của một hệ từ trạng thái không cân bằng sang trạng thái cân bằng được gọi là sự hồi phục. Định đề cơ bản của nhiệt động lực học không nói gì về thời gian hồi phục; nó nói rằng trạng thái cân bằng của hệ chắc chắn sẽ đạt được, nhưng khoảng thời gian của quá trình đó không được xác định bằng cách nào. Trong trạng thái cân bằng cổ điển

Động lực học không hề có khái niệm về thời gian.

Để sử dụng nhiệt động lực học để phân tích các quá trình thực tế, cần phát triển một số tiêu chí thực tế mà qua đó người ta có thể đánh giá tính đầy đủ của quá trình, tức là đạt tới trạng thái cân bằng. Trạng thái của hệ thống có thể được coi là cân bằng nếu giá trị hiện tại của một biến khác với giá trị cân bằng một lượng nhỏ hơn sai số mà biến này được đo. Quá trình thư giãn có thể được coi là hoàn thành nếu đặc tính quan sát được của hệ thống không thay đổi trong một thời gian tương đương với thời gian thư giãn của biến này. Vì một số quá trình có thể xảy ra đồng thời trong một hệ thống, nên khi xem xét các điều kiện để đạt được trạng thái cân bằng, cần phải so sánh thời gian hồi phục của các biến khác nhau. Rất thường xuyên, một hệ thống không cân bằng về tổng thể lại ở trạng thái cân bằng đối với các quá trình có thời gian hồi phục ngắn và mô tả nhiệt động của chúng hóa ra khá chính xác.

Vị trí ban đầu thứ hai, hay định luật số 0 của nhiệt động lực học, mô tả các tính chất của hệ thống ở trạng thái cân bằng nhiệt:

Nếu hệ A cân bằng nhiệt với hệ B và hệ B cũng cân bằng nhiệt với hệ C thì hệ A và C cũng cân bằng nhiệt.

Định đề thứ hai nói về sự tồn tại của một biến chuyên sâu đặc biệt đặc trưng cho trạng thái cân bằng nhiệt và được gọi là nhiệt độ. Các hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt có cùng nhiệt độ. Như vậy, định luật 0 là một tiên đề về sự tồn tại của nhiệt độ. Không chỉ trạng thái cân bằng nhiệt, mà bất kỳ trạng thái cân bằng nào khác (cơ học, khuếch tán, v.v.) đều có tính bắc cầu, nhưng trong nhiệt động lực học chỉ có trạng thái cân bằng nhiệt được đưa ra và sự liên kết của tất cả các biến chuyên sâu khác trên bề mặt điều khiển là hệ quả của định đề này và định luật thứ hai của nhiệt động lực học.

phương trình trạng thái

Từ các định đề của nhiệt động lực học, ở trạng thái cân bằng, các biến bên trong của hệ nhiệt động là hàm số của các biến bên ngoài và nhiệt độ. Ví dụ, nếu một hệ chứa các thành phần K, chiếm thể tích V và có nhiệt độ T, thì ở trạng thái cân bằng mọi đặc tính nhiệt động của hệ này, chẳng hạn như số lượng và nồng độ của các hợp chất tạo thành, số pha, áp suất, nhiệt dung, hệ số giãn nở nhiệt và các hệ số khác là các hàm có không quá (K + 2) biến độc lập. Nếu hệ thống bị đóng, tức là. không thể trao đổi vật chất với môi trường thì hai biến độc lập là đủ để mô tả tính chất của nó. Điều này dẫn đến kết luận rằng có phương trình trạng thái hệ nhiệt động liên hệ các biến bên trong với các biến bên ngoài và nhiệt độ hoặc năng lượng bên trong. Nói chung phương trình trạng thái có dạng:

f (a , b ,T ) = 0 hoặc a = a (b ,T ) ,

trong đó a là tập hợp các tham số bên trong, b là tập hợp các tham số bên ngoài, T là nhiệt độ.

Nếu tham số bên trong là áp suất và tham số bên ngoài là thể tích thì phương trình trạng thái

p = p(V , n, T )

gọi là nhiệt. Nếu tham số bên trong là năng lượng và tham số bên ngoài là thể tích thì phương trình trạng thái

U = U(V,n,T)

gọi là calo.

Số phương trình trạng thái độc lập bằng độ biến thiên của hệ, tức là số lượng biến độc lập đủ để mô tả trạng thái nhiệt động của hệ cân bằng (nhiều hơn số lượng biến bên ngoài một).

Trong trường hợp hệ kín khi không có trường ngoài và hiệu ứng bề mặt thì số biến ngoài lần lượt là 1 (V) thì số phương trình trạng thái là 2. Nếu hệ mở chứa K thành phần và có thể thay đổi thể tích , khi đó số biến ngoài là K + 1 và số phương trình trạng thái bằng

K+2.

Nếu biết các phương trình trạng thái nhiệt và nhiệt lượng, thì thiết bị nhiệt động lực học cho phép người ta xác định tất cả các tính chất nhiệt động của hệ, tức là có được mô tả nhiệt động hoàn chỉnh của nó

Tên: Cơ sở hóa lý - Lý thuyết và nhiệm vụ. 2005.

Cuốn sách này là một khóa học ngắn hạn về hóa học vật lý hiện đại. Nó được cấu trúc theo nguyên tắc cổ điển: mỗi đoạn bắt đầu bằng phần trình bày tài liệu lý thuyết, tiếp theo là các ví dụ về cách giải quyết vấn đề và các vấn đề để giải quyết độc lập. Tổng cộng, cuốn sách có khoảng 800 bài toán trong các phần chính của hóa lý. Câu trả lời hoặc hướng dẫn giải pháp được đưa ra cho tất cả các vấn đề tính toán. Phụ lục chứa tất cả thông tin cần thiết để giải quyết vấn đề: bảng dữ liệu nhiệt động và động học, danh sách các công thức vật lý và hóa học cơ bản và mức tối thiểu về mặt toán học.

Cuốn sách dành cho sinh viên và giáo viên của các trường đại học cũng như các trường đại học hóa học, sinh học và y tế.


Cuốn sách mà bạn chú ý là một cuốn sách giáo khoa về hóa lý, chủ yếu dành cho sinh viên đại học và giáo viên. Cô đúc kết kinh nghiệm nhiều năm giảng dạy môn hóa lý cho sinh viên các khoa khoa học tự nhiên của Đại học quốc gia Moscow. M. V. Lomonosov. Việc lựa chọn tài liệu và tính chất trình bày của nó bị ảnh hưởng vô điều kiện bởi sự giao tiếp của tác giả với sinh viên và giáo viên các khoa của Đại học Tổng hợp Moscow. Cuốn sách của chúng tôi khác với sách giáo khoa cổ điển về hóa học vật lý ở chỗ, thứ nhất, tài liệu lý thuyết được trình bày dưới dạng cô đọng và rất cô đặc, và. thứ hai, nó được hỗ trợ bởi một số lượng lớn các ví dụ, nhiệm vụ và bài tập. Cho những người. Đối với những ai muốn nghiên cứu kỹ hơn các vấn đề lý thuyết riêng lẻ, chúng tôi đã biên soạn danh sách tài liệu tham khảo chi tiết cho từng chương.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 5
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ CƠ BẢN CỦA NHIỆT ĐỘNG HÓA
§ 1. Những khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học. Phương trình trạng thái 7
§ 2. Định luật thứ nhất nhiệt động lực học 24
§ 3. Nhiệt hóa học 36
§ 4. Định luật thứ hai nhiệt động lực học. Entropy 49
§ 5. Thế nhiệt động 65
CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG NHIỆT HÓA HỌC
§ 6. Nhiệt động lực học của dung dịch không điện phân 83
§ 7. Cân bằng không đồng nhất. Quy tắc pha Gibbs. Cân bằng pha trong hệ thống một thành phần 105
§ 8. Cân bằng pha trong hệ thống hai thành phần 123
§ 9. Cân bằng hóa học 140
§ 10. Hấp phụ 158
CHƯƠNG 3. ĐIỆN HÓA HỌC
§ 11. Nhiệt động lực học của dung dịch điện phân 171
§ 12. Độ dẫn điện của dung dịch điện phân 179
§ 13. Mạch điện hóa 191
CHƯƠNG 4. NHIỆT ĐỘ THỐNG KÊ
§ 14. Các khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học thống kê. Hòa tấu 206
§ 15. Tổng các trạng thái và tích phân thống kê 219
§ 16. Tính toán thống kê các tính chất nhiệt động của hệ lý tưởng và hệ thực 240
CHƯƠNG 5. ĐỘNG HỌC HÓA HỌC
§ 17. Các khái niệm cơ bản về động học hóa học 258
§ 18. Động học của phản ứng bậc nguyên 268
§ 19. Phương pháp xác định bậc phản ứng 277
§ 20. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hóa học 286
§ 21. Động học của các phản ứng phức tạp 297
§ 22. Phương pháp gần đúng của động học hóa học 310
§ 23. Xúc tác 323
§ 24. Phản ứng quang hóa 346
§ 25. Lý thuyết động học hóa học 356
§ 26. Động lực hóa học 377
CHƯƠNG 6. CÁC YẾU TỐ NHIỆT ĐỘ KHÔNG CÂN BẰNG
§ 27. Nhiệt động lực học không cân bằng tuyến tính 393
§ 28. Hệ thống không cân bằng mạnh 403
CÁC ỨNG DỤNG
Phụ lục I. Đơn vị đo đại lượng vật lý 412
Phụ lục II. Các hằng số vật lý cơ bản 412
Phụ lục III. Bảng dữ liệu vật lý và hóa học 413
Phụ lục IV. Toán học tối thiểu 424
Phụ lục V. Danh mục công thức lý hóa cơ bản 433
Chương 1. Cơ sở nhiệt động hóa học 433
Chương 2. Ứng dụng của nhiệt động hóa học 436
Chương 3. Điện hóa học 439
Chương 4. Nhiệt động lực học thống kê 441
Chương 5. Động học hóa học 442
Chương 6. Các yếu tố của nhiệt động lực học không cân bằng 445
ĐÁP ÁN 446
VĂN HỌC 468
CHỈ SỐ 471


Tải xuống sách điện tử miễn phí ở định dạng thuận tiện, xem và đọc:
Tải sách Cơ sở Hóa lý - Lý thuyết và Bài toán - Eremin V.V., Kargov S.I. - fileskachat.com, tải xuống nhanh chóng và miễn phí.

Tải về djvu
Dưới đây bạn có thể mua cuốn sách này với giá tốt nhất với mức giảm giá khi giao hàng trên khắp nước Nga.

Trong sách giáo khoa do giáo viên Khoa Hóa học của Đại học quốc gia Moscow viết. M.V. Lomonosov, cơ sở lý thuyết hiện đại của nhiệt động lực học hóa học và động học hóa học được trình bày và xem xét các ứng dụng thực tế của chúng. So với ấn bản đầu tiên (Kỳ thi năm 2005), ấn bản mới đã được sửa đổi và mở rộng đáng kể. Cuốn sách bao gồm hai phần: phần thứ nhất chứa lý thuyết, phần thứ hai chứa các nhiệm vụ, câu hỏi, bài tập cũng như các bảng dữ liệu vật lý và hóa học, các công thức cơ bản và mức tối thiểu về toán học. Mọi vấn đề đều có đáp án hoặc hướng dẫn cách giải quyết.

Dành cho sinh viên và giáo viên của các trường đại học, đại học kỹ thuật cũng như các trường chuyên ngành hóa học.

3
Chương I. Cơ sở của nhiệt động hóa học 5
6
§ 2. Phương trình trạng thái 11
22
36
48
Chương II. Ứng dụng của nhiệt động hóa học 59
59
84
97
§ 9. Cân bằng hóa học 117
§ 10. Tính toán cân bằng khi có thêm các loại công việc 130
Chương III. Điện hóa học 146
146
155
164
Chương IV. Nhiệt động lực học thống kê 173
173
189
198
Chương V. Động học hóa học 214
214
224
230
233
241
253
§ 23. Xúc tác 257
271
278
§ 26. Động lực hóa học 292
Chương VI. Các yếu tố của nhiệt động lực học không cân bằng 298
298
303
Văn học 309
chỉ mục chủ đề 312
Câu hỏi và nhiệm vụ của chương 1 3
§ 1. Những khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học 3
§ 2. Phương trình trạng thái 4
§ 3. Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học. Nhiệt hóa học 8
§ 4. Định luật thứ hai nhiệt động lực học. Sự hỗn loạn 19
§ 5. Thế nhiệt động 25
Câu hỏi và nhiệm vụ của chương 2 34
§ 6. Nhiệt động lực học của dung dịch không điện phân 34
§ 7. Cân bằng không đồng nhất (pha). Hệ thống một thành phần 44
§ 8. Cân bằng không đồng nhất (pha). Hệ thống hai thành phần 50
§ 9. Cân bằng hóa học 60
§ 10. Tính toán cân bằng khi có thêm các loại công việc 68
Câu hỏi và nhiệm vụ của Chương 3 74
§ 11. Nhiệt động lực học của dung dịch điện phân 74
§ 12. Độ dẫn điện của dung dịch điện phân 77
§ 13. Mạch điện hóa 82
Câu hỏi và bài tập cho Chương 4 88
§ 14. Các khái niệm và tiên đề cơ bản của nhiệt động lực học thống kê 88
§ 15. Mối quan hệ chung giữa hàm thống kê và hàm nhiệt động 93
§ 16. Nhiệt động lực học thống kê của hệ lý tưởng và thực 97
Câu hỏi và bài tập cho Chương 5 108
§ 17. Các khái niệm cơ bản về động học hóa học 108
§ 18. Động học của các phản ứng của toàn bộ trật tự 112
§ 19. Phương pháp xác định bậc phản ứng 118
§ 20. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hóa học 125
§ 21. Động học của các phản ứng phức tạp 130
§ 22. Phương pháp gần đúng của động học hóa học 139
§ 23. Xúc tác 150
§ 24. Phản ứng quang hóa 162
§ 25. Lý thuyết động học hóa học 167
Câu hỏi và bài tập cho Chương 6 178
§ 27. Nhiệt động lực học không cân bằng tuyến tính 178
§ 28. Hệ thống không cân bằng mạnh mẽ 181
Tùy chọn kiểm tra 185
Đề tài “Cơ sở nhiệt động hóa học” 185
Đề tài “Ứng dụng nhiệt động hóa học” 187
Chủ đề “Điện hóa học” 188
Đề tài “Nhiệt động học thống kê” 189
Chủ đề “Động học hóa học” 190
Các ứng dụng 194
Phụ lục I. Đơn vị đo đại lượng vật lý 194
Phụ lục II. Hằng số vật lý cơ bản 194
Phụ lục III. Bảng dữ liệu hóa lý 195
Phụ lục IV. Toán học tối thiểu 210
Phụ lục V. Danh mục công thức vật lý, hóa học cơ bản 219
Phụ lục VI. Văn học 231
Phụ lục VII. tài nguyên Internet 231
Câu trả lời 234

Lời nói đầu

Sách giáo khoa hóa lý này dành cho sinh viên và giáo viên các trường đại học, cao đẳng chuyên ngành hóa học. Ông đúc kết kinh nghiệm nhiều năm giảng dạy môn hóa lý cho sinh viên các khoa khoa học tự nhiên của Đại học quốc gia Mátxcơva mang tên M.V. Lomonosov. Đây là ấn bản thứ hai của cuốn sách. So với lần xuất bản trước, cuốn sách đã được sửa đổi và mở rộng đáng kể. Trước hết, điều này liên quan đến nội dung lý thuyết: nếu ở phiên bản đầu tiên chỉ trình bày những nội dung cần thiết để giải quyết vấn đề thì giờ đây các phần lý thuyết đã có tính chất độc lập, thì việc trình bày đã trở nên chặt chẽ và logic hơn. Chúng tôi liên tục theo dõi mối liên hệ giữa các ứng dụng thực tế của hóa lý và các nguyên tắc lý thuyết cơ bản. Các phần dành cho nhiệt động lực học hóa học và thống kê đã trải qua quá trình xử lý kỹ lưỡng nhất. Trong phiên bản mới của sách giáo khoa, lý thuyết chiếm một khối lượng đến mức chúng tôi thấy cần phải tách nó thành một phần riêng biệt.

Các nhiệm vụ và ví dụ hiện nay trong phần thứ hai hầu như không thay đổi, tuy nhiên, để thuận tiện cho giáo viên, chúng tôi đã bổ sung các câu hỏi lý thuyết và các phương án kiểm tra với nhiều mức độ phức tạp khác nhau, cho phép tài liệu không chỉ được sử dụng trong hóa học mà còn ở các khoa liên quan. Đối với hầu hết các chủ đề, 20-30 vấn đề có mức độ phức tạp khác nhau và một số ví dụ về cách giải chúng được đưa ra. Trong tất cả các phần, chúng tôi đã cố gắng kết hợp các nhiệm vụ tính toán và ngữ nghĩa bất cứ khi nào có thể. Câu trả lời hoặc hướng dẫn giải pháp được đưa ra cho tất cả các vấn đề tính toán. Sự đa dạng của các nhiệm vụ và sự khác biệt về mức độ khó cho phép chúng tôi hy vọng rằng cuốn sách giáo khoa này có thể được sử dụng không chỉ trong các khóa học hóa lý truyền thống mà còn trong các khóa học có nội dung tương tự, ví dụ như hóa học đại cương hoặc hóa học vô cơ.

Phần đầu tiên, lý thuyết, của cuốn sách bao gồm sáu chương bao gồm các phần chính của khóa học hóa lý, ngoại trừ hóa học keo và cấu trúc của các phân tử, mà tại Đại học Tổng hợp Moscow và hầu hết các trường đại học khác có tư cách độc lập. các khóa học.

Chúng tôi đã cố gắng đảm bảo rằng cuốn sách giáo khoa này, nếu có thể, có khả năng tự cung cấp và do đó được đưa vào các bảng phụ lục (trong phần 2) về dữ liệu vật lý và hóa học cũng như danh sách các công thức toán học được sử dụng phổ biến nhất. Ứng dụng này cũng bao gồm một danh sách các công thức vật lý và hóa học cơ bản, sẽ hữu ích cho học sinh chuẩn bị cho các bài kiểm tra, hội thảo hoặc kỳ thi.

Để thuận tiện, mục lục môn học được đưa vào Phần 1 của sách giáo khoa.

Các tác giả sẽ rất biết ơn mọi ý kiến, đề xuất và đề xuất có thể gửi đến địa chỉ 119991, Moscow, V-234, Leninskie Gory, 1, tòa nhà 3, Khoa Hóa học, Đại học Quốc gia Moscow, hoặc qua email:
[email được bảo vệ]
[email được bảo vệ]
[email được bảo vệ]
[email được bảo vệ]
[email được bảo vệ]

V.V. Eremin
I.A. Uspenskaya
S.I. Kargov
KHÔNG. Kuzmenko
V.V. Lunin

Cơ sở hóa học vật lý. Lý thuyết và nhiệm vụ. Eremin V.V., Kargov S.I. và vân vân.

M.: 2005. - 480 tr. (Bộ sách "Sách giáo khoa Đại học Cổ điển")

Cuốn sách này là một khóa học ngắn hạn về hóa học vật lý hiện đại. Nó được cấu trúc theo nguyên tắc cổ điển: mỗi đoạn bắt đầu bằng phần trình bày tài liệu lý thuyết, tiếp theo là các ví dụ về cách giải quyết vấn đề và các vấn đề để giải quyết độc lập. Tổng cộng, cuốn sách có khoảng 800 bài toán trong các phần chính của hóa lý. Câu trả lời hoặc hướng dẫn giải pháp được đưa ra cho tất cả các vấn đề tính toán. Phụ lục chứa tất cả thông tin cần thiết để giải quyết vấn đề: bảng dữ liệu nhiệt động và động học, danh sách các công thức vật lý và hóa học cơ bản và mức tối thiểu về mặt toán học.

Cuốn sách dành cho sinh viên và giáo viên của các trường đại học cũng như các trường đại học hóa học, sinh học và y tế.

Định dạng: pdf

Kích cỡ: 5 MB

Tải xuống: drive.google

Định dạng: djvu

Kích cỡ: 7,54MB

Tải xuống: drive.google

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 5
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ CƠ BẢN CỦA NHIỆT ĐỘNG HÓA
§ 1. Những khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học. Phương trình trạng thái 7
§ 2. Định luật thứ nhất nhiệt động lực học 24
§ 3. Nhiệt hóa học 36
§ 4. Định luật thứ hai nhiệt động lực học. Entropy 49
§ 5. Thế nhiệt động 65
CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG NHIỆT HÓA HỌC
§ 6. Nhiệt động lực học của dung dịch không điện phân 83
§ 7. Cân bằng không đồng nhất. Quy tắc pha Gibbs. Cân bằng pha trong hệ thống một thành phần 105
§ 8. Cân bằng pha trong hệ thống hai thành phần 123
§ 9. Cân bằng hóa học 140
§ 10. Hấp phụ 158
CHƯƠNG 3. ĐIỆN HÓA
§ 11. Nhiệt động lực học của dung dịch điện phân 171
§ 12. Độ dẫn điện của dung dịch điện phân 179
§ 13. Mạch điện hóa 191
CHƯƠNG 4. NHIỆT ĐỘ THỐNG KÊ
§ 14. Các khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học thống kê. Hòa tấu 206
§ 15. Tổng các trạng thái và tích phân thống kê 219
§ 16. Tính toán thống kê các tính chất nhiệt động của hệ lý tưởng và hệ thực 240
CHƯƠNG 5. ĐỘNG HỌC HÓA HỌC
§ 17. Các khái niệm cơ bản về động học hóa học 258
§ 18. Động học của phản ứng bậc nguyên 268
§ 19. Phương pháp xác định bậc phản ứng 277
§ 20. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hóa học 286
§ 21. Động học của các phản ứng phức tạp 297
§ 22. Phương pháp gần đúng của động học hóa học 310
§ 23. Xúc tác 323
§ 24. Phản ứng quang hóa 346
§ 25. Lý thuyết động học hóa học 356
§ 26. Động lực hóa học 377
CHƯƠNG 6. CÁC YẾU TỐ CỦA NHIỆT ĐỘNG KHÔNG CÂN BẰNG
§ 27. Nhiệt động lực học không cân bằng tuyến tính 393
§ 28. Hệ thống không cân bằng mạnh 403
CÁC ỨNG DỤNG
Phụ lục I. Đơn vị đo đại lượng vật lý 412
Phụ lục II. Các hằng số vật lý cơ bản 412
Phụ lục III. Bảng dữ liệu vật lý và hóa học 413
Phụ lục IV. Toán học tối thiểu 424
Phụ lục V. Danh mục công thức lý hóa cơ bản 433
Chương 1. Cơ sở nhiệt động hóa học 433
Chương 2. Ứng dụng của nhiệt động hóa học 436
Chương 3. Điện hóa học 439
Chương 4. Nhiệt động lực học thống kê 441
Chương 5. Động học hóa học 442
Chương 6. Các yếu tố của nhiệt động lực học không cân bằng 445
ĐÁP ÁN 446
VĂN HỌC 468
CHỈ SỐ 471