მეცნიერებათა კლასიფიკაცია ეფუძნება მატერიის მოძრაობის ფორმების კლასიფიკაციას და მათ ურთიერთმიმართებასა და განსხვავებას. მაშასადამე, ფიზიკისა და ქიმიის მთელ რიგ დარგებთან ფიზიკური ქიმიის საზღვრების გამოსაკვეთად, უნდა განიხილოს კავშირი და განსხვავება მოძრაობის ქიმიურ და ფიზიკურ ფორმებს შორის.

მოძრაობის ქიმიური ფორმისთვის, ანუ ქიმიური პროცესისთვის დამახასიათებელია ატომების რაოდენობისა და განლაგების ცვლილება რეაქციაში მყოფი ნივთიერებების მოლეკულაში. მრავალთა შორის მოძრაობის ფიზიკური ფორმები (ელექტრომაგნიტური ველი, ელემენტარული ნაწილაკების მოძრაობა და გარდაქმნები, ატომის ბირთვების ფიზიკა და სხვ.) განსაკუთრებით მჭიდრო კავშირი აქვს ქიმიურ პროცესებთან. მოძრაობის ინტრამოლეკულური ფორმა (ვიბრაციები მოლეკულაში, მისი ელექტრონული აგზნება და იონიზაცია). უმარტივესი ქიმიური პროცესი - მოლეკულის თერმული დისოციაციის ელემენტარული აქტი ხდება მოლეკულაში ვიბრაციების ინტენსივობის (ამპლიტუდა და ენერგია) მატებით, განსაკუთრებით ბირთვების ვიბრაციებით მათ შორის ვალენტური ბმის გასწვრივ. ვიბრაციული ენერგიის ცნობილი კრიტიკული მნიშვნელობის მიღწევა მოლეკულაში გარკვეული ბმის მიმართულებით იწვევს ამ ბმის გაწყვეტას და მოლეკულის ორ ნაწილად დაყოფას.

უფრო რთული რეაქციები, რომლებიც მოიცავს რამდენიმე (ჩვეულებრივ ორ) მოლეკულას, შეიძლება ჩაითვალოს ორი მოლეკულის ერთობლიობად მათი შეჯახების დროს არასტაბილურ და ხანმოკლე კომპლექსში (ე.წ. აქტიური კომპლექსი) და ამ კომპლექსის სწრაფი განადგურება ახალ მოლეკულებად. ეს კომპლექსი არასტაბილური აღმოჩნდება შიდა ვიბრაციების დროს.გარკვეული შეერთებების მეშვეობით.

ამრიგად, ელემენტარული ქიმიური მოქმედება არის მოლეკულების რხევითი მოძრაობის განსაკუთრებული, კრიტიკული წერტილი. ეს უკანასკნელი თავისთავად არ შეიძლება ჩაითვალოს ქიმიურ მოძრაობად, მაგრამ ის არის პირველადი ქიმიური პროცესების საფუძველი.

მატერიის მნიშვნელოვანი მასების, ანუ მრავალი მოლეკულის ქიმიური ტრანსფორმაციისთვის, მოლეკულების შეჯახება და მათ შორის ენერგიების გაცვლა (რეაქციის პროდუქტების მოლეკულების მოძრაობის ენერგიის გადაცემა საწყისი ნივთიერებების მოლეკულებზე საშუალებებით შეჯახების) აუცილებელია. ამრიგად, რეალური ქიმიური პროცესი მჭიდროდ არის დაკავშირებული მეორესთან მოძრაობის ფიზიკური ფორმა - მაკროსკოპული სხეულების მოლეკულების ქაოტური მოძრაობა, რომელსაც ხშირად თერმულ მოძრაობას უწოდებენ.

მოძრაობის ქიმიური ფორმის ურთიერთმიმართება მოძრაობის ორ ფიზიკურ ფორმასთან ზემოთ აღწერილია მოკლედ და ყველაზე ზოგადი თვალსაზრისით. ცხადია, არსებობს ქიმიური პროცესის იგივე კავშირები ელექტრომაგნიტური ველის მოძრაობის გამოსხივებასთან, ატომებისა და მოლეკულების იონიზაციასთან (ელექტროქიმია) და ა.შ.

მატერიის სტრუქტურა . ეს განყოფილება მოიცავს ატომების სტრუქტურას, მოლეკულების სტრუქტურას და აგრეგაციის მდგომარეობათა დოქტრინას.

ატომების სტრუქტურის დოქტრინა უფრო ფიზიკას უკავშირდება, ვიდრე ფიზიკურ ქიმიას. ეს დოქტრინა არის მოლეკულების სტრუქტურის შესწავლის საფუძველი.

მოლეკულების სტრუქტურის შესწავლისას შესწავლილია მოლეკულების გეომეტრია, ინტრამოლეკულური მოძრაობები და ძალები, რომლებიც აკავშირებენ ატომებს მოლეკულაში. მოლეკულების სტრუქტურის ექსპერიმენტულ კვლევებში ყველაზე დიდი გამოყენება მიიღო მოლეკულური სპექტროსკოპიის მეთოდმა (რადიო სპექტროსკოპიის ჩათვლით), ასევე ფართოდ გამოიყენება ელექტრო, რენტგენის, მაგნიტური და სხვა მეთოდები.

აგრეგატული მდგომარეობების თეორიაში განიხილება მოლეკულების ურთიერთქმედება აირებში, სითხეებსა და კრისტალებში, აგრეთვე ნივთიერებების თვისებები სხვადასხვა აგრეგატულ მდგომარეობაში. მეცნიერების ეს დარგი, რომელიც ძალზე მნიშვნელოვანია ფიზიკური ქიმიისთვის, შეიძლება ჩაითვალოს ფიზიკის ნაწილად (მოლეკულური ფიზიკა).

მატერიის სტრუქტურის მთელი განყოფილება ასევე შეიძლება ჩაითვალოს ფიზიკის ნაწილად.

ქიმიური თერმოდინამიკა . ამ ნაწილში, ზოგადი თერმოდინამიკის კანონების საფუძველზე, განიხილება ქიმიური წონასწორობის კანონები და ფაზური წონასწორობის დოქტრინა, რომელსაც ჩვეულებრივ ფაზების წესს უწოდებენ. ქიმიური თერმოდინამიკის ნაწილია თერმოქიმია,რომელშიც განიხილება ქიმიური რეაქციების თერმული ეფექტი.

ხსნარების დოქტრინა მიზნად ისახავს ხსნარების (რამდენიმე ნივთიერების ერთგვაროვანი ნარევების) თვისებების ახსნას და პროგნოზირებას იმ ნივთიერებების თვისებების საფუძველზე, რომლებიც ქმნიან ხსნარს.

ამ პრობლემის გადასაჭრელად საჭიროა ჰეტეროგენული მოლეკულების ურთიერთქმედების ზოგადი თეორიის აგება, ანუ მთავარი პრობლემის, მოლეკულური ფიზიკის გადაწყვეტა. ზოგადი თეორიისა და ცალკეული განზოგადებების შემუშავებისთვის შესწავლილია ხსნარების მოლეკულური სტრუქტურა და მათი სხვადასხვა თვისებები შემადგენლობის მიხედვით.

ზედაპირული ფენომენების დოქტრინა . შესწავლილია მყარი და სითხეების ზედაპირული ფენების (ფაზებს შორის ინტერფეისები) სხვადასხვა თვისებები; ზედაპირულ ფენებში შესწავლილი ერთ-ერთი მთავარი მოვლენაა ადსორბცია(ნივთიერებების დაგროვება ზედაპირულ ფენაში).

სისტემებში, სადაც თხევადი, მყარი და აირისებრი ფაზებს შორის ინტერფეისი ძალიან განვითარებულია (კოლოიდური ხსნარები, ემულსიები, ნისლები, კვამლი), ზედაპირული ფენების თვისებები ხდება მთავარი და განსაზღვრავს მთელი სისტემის უნიკალურ თვისებებს. . ასეთი მიკროჰეტეროგენულიმიმდინარეობს სისტემების შესწავლა კოლოიდური ქიმია,რომელიც არის ფიზიკური ქიმიის ძირითადი დამოუკიდებელი განყოფილება და დამოუკიდებელი აკადემიური დისციპლინა უმაღლეს ქიმიურ საგანმანათლებლო დაწესებულებებში.

ელექტროქიმია. შესწავლილია ელექტრული ფენომენების და ქიმიური რეაქციების ურთიერთქმედება (ელექტროლიზი, ელექტრული დენის ქიმიური წყაროები, ელექტროსინთეზის თეორია). ელექტროქიმია ჩვეულებრივ მოიცავს ელექტროლიტური ხსნარების თვისებების შესწავლას, რაც თანაბარი უფლებით შეიძლება მიეკუთვნოს ხსნარების შესწავლას.

ქიმიური კინეტიკა და კატალიზი . ჩვენ ვსწავლობთ ქიმიური რეაქციების სიჩქარეს, რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულებას გარე პირობებზე (წნევა, ტემპერატურა, ელექტრული გამონადენი და ა. ნივთიერებები, რომლებიც არ მონაწილეობენ სტექიომეტრული რეაქციის განტოლებაში (კატალიზი).

ფოტოქიმია. შესწავლილია რადიაციისა და ქიმიურ გარდაქმნებში ჩართული ნივთიერებების ურთიერთქმედება (გამოსხივების გავლენის ქვეშ წარმოქმნილი რეაქციები, მაგალითად, ფოტოგრაფიული პროცესები და ფოტოსინთეზი, ლუმინესცენცია). ფოტოქიმია მჭიდრო კავშირშია ქიმიურ კინეტიკასთან და მოლეკულების სტრუქტურის შესწავლასთან.

ფიზიკური ქიმიის ძირითადი სექციების ზემოაღნიშნული სია არ მოიცავს ამ მეცნიერების ზოგიერთ უახლეს სფეროს და უფრო მცირე მონაკვეთებს, რომლებიც შეიძლება ჩაითვალოს უფრო დიდი სექციების ნაწილებად ან ფიზიკური ქიმიის დამოუკიდებელ ნაწილებად. ასეთია, მაგალითად, რადიაციული ქიმია, მაკრომოლეკულური ნივთიერებების ფიზიკოქიმია, მაგნიტოქიმია, აირის ელექტროქიმია და ფიზიკური ქიმიის სხვა დარგები. ზოგიერთი მათგანის მნიშვნელობა ახლა სწრაფად იზრდება.

ფიზიკური და ქიმიური კვლევის მეთოდები

ფიზიკური ქიმიის ძირითადი მეთოდები ბუნებრივად არის ფიზიკისა და ქიმიის მეთოდები. ეს არის - უპირველეს ყოვლისა, ექსპერიმენტული მეთოდი - გარე პირობებზე ნივთიერებების თვისებების დამოკიდებულების შესწავლა და დროში ქიმიური რეაქციების ნაკადის კანონების ექსპერიმენტული შესწავლა და ქიმიური წონასწორობის კანონები.

ექსპერიმენტული მასალის თეორიული გააზრება და ნივთიერებების თვისებების და ქიმიური რეაქციების კანონების ცოდნის თანმიმდევრული სისტემის შექმნა ეფუძნება თეორიული ფიზიკის შემდეგ მეთოდებს.

კვანტური მექანიკური მეთოდი (კერძოდ, ტალღური მექანიკის მეთოდი), რომელიც საფუძვლად უდევს ცალკეული ატომებისა და მოლეკულების სტრუქტურისა და თვისებების შესწავლას და მათ ერთმანეთთან ურთიერთქმედებას. ცალკეული მოლეკულების თვისებებთან დაკავშირებული ფაქტები მიიღება ძირითადად ექსპერიმენტული ოპტიკური მეთოდების დახმარებით.

სტატისტიკური ფიზიკის მეთოდი , რაც შესაძლებელს ხდის ნივთიერების თვისებების გამოთვლას; შედგება მრავალი მოლეკულისგან („მაკროსკოპული“ თვისებები), რომელიც ეფუძნება ცალკეული მოლეკულების თვისებების ცოდნას.

თერმოდინამიკური მეთოდი , რაც საშუალებას იძლევა რაოდენობრივად დააკავშიროს ნივთიერების სხვადასხვა თვისებები („მაკროსკოპული“ თვისებები) და გამოთვალოს ზოგიერთი ამ თვისება სხვა თვისებების ექსპერიმენტული მნიშვნელობების საფუძველზე.

თანამედროვე ფიზიკოქიმიური კვლევა ნებისმიერ კონკრეტულ სფეროში ხასიათდება სხვადასხვა ექსპერიმენტული და თეორიული მეთოდების გამოყენებით ნივთიერებების სხვადასხვა თვისებების შესასწავლად და მათი ურთიერთობის გასარკვევად მოლეკულების სტრუქტურასთან. მონაცემთა მთელი ნაკრები და ზემოაღნიშნული თეორიული მეთოდები გამოიყენება მთავარი მიზნის მისაღწევად - ქიმიური გარდაქმნების მიმართულების, სიჩქარისა და საზღვრების დამოკიდებულების დადგენა გარე პირობებზე და ქიმიურ რეაქციებში მონაწილე მოლეკულების სტრუქტურაზე.

ᲤᲘᲖᲘᲙᲣᲠᲘ ᲥᲘᲛᲘᲐ

ფიზიკური ქიმიის საგანი. მისი მნიშვნელობა

ქიმიურ და ფიზიკურ ფენომენთა ურთიერთკავშირის შესწავლა ფიზიკური ქიმია.ქიმიის ეს ფილიალი არის საზღვარი ქიმიასა და ფიზიკას შორის. ორივე მეცნიერების თეორიული და ექსპერიმენტული მეთოდების, ისევე როგორც საკუთარი მეთოდების გამოყენებით, ფიზიკური ქიმია ეწევა ქიმიური რეაქციებისა და მათ თანმხლები ფიზიკური პროცესების მრავალმხრივ შესწავლას. თუმცა, ვინაიდან მრავალმხრივი კვლევაც კი არასოდეს არის სრული და არ მოიცავს ფენომენს ამომწურავად, ფიზიკური ქიმიის კანონები და კანონები, ისევე როგორც სხვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებები, ყოველთვის ამარტივებს ფენომენს და სრულად არ ასახავს მას.

ფიზიკური ქიმიის სწრაფი განვითარება და მზარდი მნიშვნელობა დაკავშირებულია მის საზღვრებთან ფიზიკასა და ქიმიას შორის. ფიზიკური ქიმიის მთავარი ზოგადი ამოცანაა პროცესის დროის პროგნოზირება და საბოლოო შედეგის (ბალანსის მდგომარეობა) სხვადასხვა პირობებში, მონაცემების საფუძველზე იმ ნივთიერებების სტრუქტურისა და თვისებების შესახებ, რომლებიც ქმნიან შესასწავლ სისტემას.

ფიზიკური ქიმიის განვითარების ისტორიის მოკლე მონახაზი

ტერმინი „ფიზიკური ქიმია“ და ამ მეცნიერების განმარტება პირველად მისცა მ.ვ.ლომონოსოვმა, რომელმაც 1752-1754 წწ. წაუკითხა მეცნიერებათა აკადემიის სტუდენტებს ფიზიკური ქიმიის კურსი და დაუტოვა ამ კურსის ხელნაწერი „შესავალი ჭეშმარიტ ფიზიკურ ქიმიაში“ (1752 წ.). ლომონოსოვმა ჩაატარა მრავალი კვლევა, რომელთა თემები შეესაბამება მის მიერ შედგენილ „ფიზიკური ქიმიის კურსის გეგმას“ (1752) და ექსპერიმენტული სამუშაოს პროგრამას „გამოცდილება ფიზიკურ ქიმიაში“ (1754 წ.). მისი ხელმძღვანელობით ჩატარდა სტუდენტური სახელოსნო ფიზიკურ ქიმიაშიც.

ლომონოსოვმა მისცა ფიზიკური ქიმიის შემდეგი განმარტება: „ფიზიკური ქიმია არის მეცნიერება, რომელიც ფიზიკის დებულებებისა და ექსპერიმენტების საფუძველზე ხსნის, თუ რა ხდება შერეულ სხეულებში ქიმიური ოპერაციების დროს“. ეს განმარტება ახლოსაა თანამედროვესთან.

ფიზიკური ქიმიის განვითარებისთვის დიდი იყო XIX საუკუნის შუა წლებში თერმოდინამიკის ორი კანონის აღმოჩენა (ს. კარნო, იუ.რ. მაიერი, გ. ჰელმჰოლცი, დ.პ. ჯული, რ. კლაუსიუსი, ვ. ტომსონი). მნიშვნელობა.

კვლევების რაოდენობა და მრავალფეროვნება, რომელიც დევს იმ სფეროში, რომელიც ესაზღვრება ფიზიკასა და ქიმიას, მუდმივად იზრდებოდა მე-19 საუკუნეში. შემუშავდა ქიმიური წონასწორობის თერმოდინამიკური თეორია (K.M. Guldberg, P. Waage, D.W. Gibbs). ლ.ფ ვილჰელმის კვლევებმა საფუძველი ჩაუყარა ქიმიური რეაქციების სიჩქარის შესწავლას (ქიმიური კინეტიკა). შეისწავლეს ხსნარებში ელექტროენერგიის გადაცემა (I.V. Gittorf, F.V.G. Kolrausch), შეისწავლეს ორთქლთან ხსნარების წონასწორობის კანონები (დ.პ. კონოვალოვი) და შემუშავდა ხსნარების თეორია (დ.ი. მენდელეევი).

ფიზიკური ქიმიის, როგორც დამოუკიდებელი მეცნიერებისა და აკადემიური დისციპლინის აღიარება გამოიხატა 1887 წელს ლაიფციგის უნივერსიტეტში (გერმანია) ფიზიკური ქიმიის პირველი განყოფილების დაარსებით, რომელსაც ხელმძღვანელობდა ვ. ქიმია იქ. AT გვიანი XIXსაუკუნეში, ლაიფციგის უნივერსიტეტი იყო ფიზიკური ქიმიის განვითარების ცენტრი, ხოლო წამყვანი ფიზიკოსები იყვნენ W. Ostwald, J. H. Van't Hoff, S. Arrhenius და W. Nernst. ამ დროისთვის განისაზღვრა ფიზიკური ქიმიის სამი ძირითადი განყოფილება - ქიმიური თერმოდინამიკა, ქიმიური კინეტიკა და ელექტროქიმია.

მეცნიერების ყველაზე მნიშვნელოვანი სფეროებისკენ, რომელთა განვითარებაც არის აუცილებელი პირობატექნოლოგიური პროგრესი, მოიცავს ქიმიური პროცესების შესწავლას; ფიზიკური ქიმია წამყვან როლს თამაშობს ამ პრობლემის განვითარებაში.

ფიზიკური ქიმიის სექციები. Კვლევის მეთოდები

ქიმიური თერმოდინამიკა. ამ ნაწილში, ზოგადი თერმოდინამიკის კანონების საფუძველზე, განიხილება ქიმიური წონასწორობის კანონები და დოქტრინა ფაზური წონასწორობის შესახებ.

ხსნარების დოქტრინა მიზნად ისახავს ხსნარების (რამდენიმე ნივთიერების ერთგვაროვანი ნარევების) თვისებების ახსნას და პროგნოზირებას იმ ნივთიერებების თვისებების საფუძველზე, რომლებიც ქმნიან ხსნარს.

ზედაპირული ფენომენების დოქტრინა. შესწავლილია მყარი და სითხეების ზედაპირული ფენების (ფაზებს შორის ინტერფეისები) სხვადასხვა თვისებები; ზედაპირულ ფენებში ერთ-ერთი მთავარი შესწავლილი მოვლენაა ადსორბცია(მატერიის დაგროვება ზედაპირულ ფენაში).

სისტემებში, სადაც თხევადი, მყარი და აირისებრი ფაზების ინტერფეისი ძალიან განვითარებულია (ემულსიები, ნისლები, კვამლები და ა.შ.), ზედაპირული ფენების თვისებები ხდება მთავარი და განსაზღვრავს მთელი სისტემის უნიკალურ თვისებებს. მთლიანი. ასეთი გაფანტული (მიკროჰეტეროგენული)მიმდინარეობს სისტემების შესწავლა კოლოიდური ქიმია,რომელიც ფიზიკური ქიმიის ძირითადი დამოუკიდებელი დარგია.

ფიზიკური ქიმიის ძირითადი სექციების ზემოთ ჩამოთვლილი სია არ მოიცავს ამ მეცნიერების ზოგიერთ სფეროს და უფრო მცირე მონაკვეთებს, რომლებიც შეიძლება ჩაითვალოს უფრო დიდი სექციების ნაწილებად ან ფიზიკური ქიმიის დამოუკიდებელ განყოფილებებად. კიდევ ერთხელ უნდა აღინიშნოს მჭიდრო ურთიერთკავშირი ფიზიკური ქიმიის სხვადასხვა დარგებს შორის. ნებისმიერი ფენომენის შესწავლისას უნდა გამოვიყენოთ იდეების, თეორიებისა და მეთოდების არსენალი ქიმიის მრავალი დარგის (და ხშირად სხვა მეცნიერებების) შესასწავლად. მხოლოდ ფიზიკურ ქიმიასთან პირველადი გაცნობით არის შესაძლებელი საგანმანათლებლო მიზნებისთვის მასალის განაწილება მითითებულ განყოფილებებში.

ფიზიკური და ქიმიური კვლევის მეთოდები. ფიზიკური ქიმიის ძირითადი მეთოდები ბუნებრივად არის ფიზიკისა და ქიმიის მეთოდები. ეს არის, უპირველეს ყოვლისა, ექსპერიმენტული მეთოდი - გარე პირობებზე ნივთიერებების თვისებების დამოკიდებულების შესწავლა, სხვადასხვა პროცესის ნაკადის კანონების ექსპერიმენტული შესწავლა და ქიმიური წონასწორობის კანონები.

ექსპერიმენტული მონაცემების თეორიული გააზრება და ცოდნის თანმიმდევრული სისტემის შექმნა ეფუძნება თეორიული ფიზიკის მეთოდებს.

თერმოდინამიკური მეთოდი, რომელიც ერთ-ერთი მათგანია, შესაძლებელს ხდის ნივთიერების სხვადასხვა თვისებების რაოდენობრივად დაკავშირებას („მაკროსკოპული“ თვისებები) და ამ თვისებების გამოთვლა სხვა თვისებების ექსპერიმენტული მნიშვნელობების საფუძველზე.

თავი I
თერმოდინამიკის პირველი კანონი

სითბო და შრომა

მოძრაობის ფორმების ცვლილებები ერთი სხეულიდან მეორეზე გადასვლისას და ენერგიის შესაბამისი გარდაქმნები ძალიან მრავალფეროვანია. თავად მოძრაობის გადასვლის ფორმები და მასთან დაკავშირებული ენერგიის გადასვლები შეიძლება დაიყოს ორ ჯგუფად.

პირველ ჯგუფში შედის მოძრაობის გადასვლის მხოლოდ ერთი ფორმა ორი მომიჯნავე სხეულის მოლეკულების ქაოტური შეჯახებით, ე.ი. გამტარობით (და ამავე დროს გამოსხივებით). ამ გზით გადაცემული მოძრაობის საზომი არის სითბო .

მეორე ჯგუფი მოიცავს მოძრაობის გადასვლის სხვადასხვა ფორმებს, საერთო თვისებარაც არის მაკროსკოპული მასების მოძრაობა ნებისმიერი გარეგანი ძალის მოქმედებით, რომელსაც აქვს მიმართულების ხასიათი. ასეთია სხეულების აწევა გრავიტაციულ ველში, გარკვეული რაოდენობის ელექტროენერგიის გადასვლა უფრო დიდი ელექტროსტატიკური პოტენციალის მცირეზე, გაზის გაფართოება წნევის ქვეშ და ა.შ. ასეთი საშუალებებით გადაცემული მოძრაობის ზოგადი ზომაა მუშაობა .

სითბო და მუშაობა თვისობრივად და რაოდენობრივად ახასიათებს მატერიალური სამყაროს ერთი ნაწილიდან მეორეზე მოძრაობის გადაცემის ორ განსხვავებულ ფორმას.

მოძრაობის გადაცემა მატერიის ერთგვარი რთული მოძრაობაა, რომლის ორ ძირითად ფორმას გამოვყოფთ. სითბო და მუშაობა არის მატერიის მოძრაობის ამ ორი რთული ფორმის საზომი და ისინი უნდა ჩაითვალოს ენერგიის ტიპებად.

სითბოს და მუშაობის საერთო თვისება ის არის, რომ მათ აქვთ მნიშვნელობა მხოლოდ იმ დროის ინტერვალებში, რომლებშიც ეს პროცესები მიმდინარეობს. ასეთი პროცესების დროს ზოგიერთ სხეულში მცირდება მოძრაობა ამა თუ იმ ფორმით და მცირდება შესაბამისი ენერგია, ხოლო სხვა სხეულებში მატულობს მოძრაობა იმავე ან სხვა ფორმით და იზრდება ენერგიის შესაბამისი ტიპები.

ჩვენ არ ვსაუბრობთ სითბოს მარაგზე ან მუშაობაზე რომელიმე სხეულში, არამედ მხოლოდ ცნობილი პროცესის სითბოსა და მუშაობაზე. მისი დასრულების შემდეგ, არ არის საჭირო სხეულებში სითბოს არსებობაზე ან მუშაობაზე საუბარი.

შინაგანი ენერგია

არაწრიული პროცესისთვის, თანასწორობა (I, 1) არ შეინიშნება, რადგან სისტემა არ უბრუნდება თავდაპირველ მდგომარეობას. ამის ნაცვლად, შეიძლება ჩაიწეროს ტოლობები არაწრიული პროცესისთვის (კოეფიციენტის გამოტოვებით კ):

ვინაიდან ინტეგრაციის საზღვრები ზოგადად თვითნებურია, მაშინ ელემენტარული რაოდენობით dWდა dQ:

დ ქ¹დ ვ,

შესაბამისად:

დ ქ– დ ვ ¹ 0

აღნიშნე განსხვავება dQ - dWნებისმიერი ელემენტარული თერმოდინამიკური პროცესის მეშვეობით dU:

dUº დ ქ– დ ვ(მე, 2)

ან საბოლოო პროცესისთვის:

– (I, 2a)

წრიულ პროცესს რომ დავუბრუნდეთ, ვიღებთ (განტოლებიდან I, 1):

= – = 0 (I, 3)

ამრიგად, ღირებულება dUარის ზოგიერთი სისტემის მდგომარეობის ფუნქციის სრული დიფერენციალი. როდესაც სისტემა უბრუნდება თავდაპირველ მდგომარეობას (ციკლური ცვლილების შემდეგ), ამ ფუნქციის მნიშვნელობა იძენს თავდაპირველ მნიშვნელობას.

სისტემის მდგომარეობის ფუნქცია შენ,ტოლობებით განსაზღვრული (I, 2) ან (I, 2a) ეწოდება შინაგანი ენერგია სისტემები .

ცხადია, გამოხატულება (I, 2a) შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

\u003d U 2 - U 1 \u003d ∆U \u003d -(I, 2b)

U 2 – U 1 \u003d ∆U \u003d Q - W

ეს მსჯელობა ემპირიულად ასაბუთებს სისტემის მდგომარეობის გარკვეული ფუნქციის არსებობას, რომელსაც აქვს ყველა მოძრაობის მთლიანი საზომის მნიშვნელობა, რომელსაც სისტემა ფლობს.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, შინაგანი ენერგია მოიცავს მოლეკულების მთარგმნელობით და ბრუნვის ენერგიას, ატომებისა და ატომების ჯგუფების ვიბრაციულ ენერგიას მოლეკულაში, ელექტრონის მოძრაობის ენერგიას, ინტრაბირთვულ და სხვა სახის ენერგიას, ანუ ყველა სახის ნაწილაკების ენერგიის მთლიანობას. სისტემაში, გარდა თავად სისტემის პოტენციური და კინეტიკური ენერგიისა.

დავუშვათ, რომ ციკლური პროცესი განხორციელდა ისე, რომ მას შემდეგ, რაც სისტემა დაბრუნდა საწყის მდგომარეობაში, სისტემის შიდა ენერგიამ არ მიიღო საწყისი მნიშვნელობა, არამედ გაიზარდა. ამ შემთხვევაში წრიული პროცესების გამეორება გამოიწვევს სისტემაში ენერგიის დაგროვებას. შესაძლებელი იქნებოდა ამ ენერგიის სამუშაოდ გადაქცევა და ამ გზით სამუშაოს მიღება არა სითბოს ხარჯზე, არამედ „არაფრისგან“, რადგან წრიულ პროცესში მუშაობა და სითბო ერთმანეთის ექვივალენტურია, რაც ნაჩვენებია პირდაპირი ექსპერიმენტებით. .

მითითებული მშენებლობის ციკლის დასრულების შეუძლებლობა perpetuum mobile (perpetuum mobile) პირველი სახის,რომ იძლევა სამუშაოს სხვა ტიპის ენერგიის ექვივალენტური რაოდენობის დახარჯვის გარეშე, დასტურდება ადამიანის ათასობით წლის გამოცდილების უარყოფითი შედეგით. ეს შედეგი მიგვიყვანს იმავე დასკვნამდე, რომელიც მივიღეთ კონკრეტული, მაგრამ უფრო მკაცრი ფორმით ჯოულის ექსპერიმენტების ანალიზით.

კიდევ ერთხელ ჩამოვაყალიბოთ მიღებული შედეგი. სისტემის მთლიანი ენერგია (მისი შიდა ენერგია) ციკლური პროცესის შედეგად უბრუნდება თავდაპირველ მნიშვნელობას, ანუ მოცემულ მდგომარეობაში სისტემის შიდა ენერგიას აქვს ერთი განსაზღვრული მნიშვნელობა და არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ რა ცვლილებები განიცადა სისტემამ. ამ მდგომარეობამდე მისვლამდე.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სისტემის შიდა ენერგია არის სისტემის მდგომარეობის ცალსახა, უწყვეტი და სასრული ფუნქცია.

სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება განისაზღვრება გამოხატულებით (I, 2b); გამოთქმა (I, 3) მოქმედებს წრიული პროცესისთვის. სისტემის ზოგიერთი თვისების (პარამეტრის) უსასრულოდ მცირე ცვლილებით, სისტემის შიდა ენერგიაც უსასრულოდ იცვლება. ეს არის უწყვეტი ფუნქციის თვისება.

თერმოდინამიკის ფარგლებში არ არის საჭირო შინაგანი ენერგიის კონცეფციის ზოგადი განმარტების გამოყენება. ფორმალური რაოდენობრივი განსაზღვრება გამონათქვამების (I, 2) ან (I, 2a) მეშვეობით საკმარისია შემდგომი თერმოდინამიკური მსჯელობისა და დასკვნებისთვის.

ვინაიდან სისტემის შიდა ენერგია მისი მდგომარეობის ფუნქციაა, მაშინ, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, შიდა ენერგიის ზრდა სისტემის მდგომარეობის პარამეტრებში უსასრულოდ მცირე ცვლილებებით არის მდგომარეობის ფუნქციის სრული დიფერენციალი. (I, 3) განტოლებაში ინტეგრალის დაშლა ორ ინტეგრალში მდგომარეობიდან ბილიკის მონაკვეთებზე 1 სახელმწიფომდე 2 (გზა „ა“) (იხ. სურ. I) და პირიქით - მდგომარეობიდან 2 სახელმწიფომდე 1 (სხვა გზა "ბ" ), - მივიღებთ:

(მე, 4)

(მე, 5)

იმავე შედეგამდე მივალთ „ა“ და „გ“ ან „ბ“ და „გ“ ბილიკების შედარებით და ა.შ.

ბრინჯი. I. წრიული (ციკლური) პროცესის სქემა.

გამოთქმა (I, 5) აჩვენებს, რომ სისტემის შიდა ენერგიის ზრდა ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლისას არ არის დამოკიდებული პროცესის გზაზე, არამედ დამოკიდებულია მხოლოდ სისტემის საწყის და საბოლოო მდგომარეობებზე.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი

თერმოდინამიკის პირველი კანონი პირდაპირ კავშირშია ენერგიის შენარჩუნების კანონთან. ეს საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ ენერგიის ბალანსი სხვადასხვა პროცესების, მათ შორის ქიმიური რეაქციების დროს.

ენერგიის შენარჩუნების კანონიდან შემდეგია:

Q = ∆U + W

დახურული სისტემის შედეგად მიღებული გამოხატულება შეიძლება წაიკითხოთ შემდეგნაირად: სისტემაში მიწოდებული სითბო იხარჯება მხოლოდ მისი შიდა ენერგიის შეცვლაზე და სამუშაოს შესრულებაზე.

ზემოხსენებული დებულება, რომელიც დაკავშირებულია განტოლებებთან (I, 3) და (I, 5), ემსახურება თერმოდინამიკის პირველი კანონის ფორმულირება(შერწყმულია განტოლებასთან (I, 2), რომელიც რაოდენობრივად განსაზღვრავს შიდა ენერგიას).

თერმოდინამიკის პირველი კანონი არის ენერგიის შენარჩუნების კანონის რაოდენობრივი ფორმულირება, რომელიც გამოიყენება სითბოს და სამუშაოს გარდაქმნასთან დაკავშირებულ პროცესებზე.

თერმოდინამიკის პირველი კანონის კიდევ ერთი ფორმულირება შეიძლება მივიღოთ გამონათქვამიდან (I, 2a). იზოლირებულ სისტემაში dQ = 0და dW = 0, შემდეგ და dU=0; ამიტომ, იზოლირებულ სისტემაში მიმდინარე ნებისმიერი პროცესისთვის:

(I.6)

ე.ი. იზოლირებული სისტემის შიდა ენერგია მუდმივია . თერმოდინამიკის პირველი კანონის ეს ფორმულირება არის ენერგიის შენარჩუნების ზოგადი კანონის რაოდენობრივი გამოხატულება, რომელიც გამოიყენება კონკრეტულ პირობებში და სასრულ სისტემებზე, რომლის მიხედვითაც ენერგია არ იქმნება ან ქრება.

უნდა აღინიშნოს, რომ თერმოდინამიკის პირველი კანონი მის პოვნას შეუძლებელს ხდის სრული ღირებულებასისტემის შიდა ენერგია ნებისმიერ მდგომარეობაში, რადგან პირველი კანონის გამომხატველი განტოლებები იწვევს სხვადასხვა პროცესში სისტემის ენერგიის მხოლოდ ცვლილების გამოთვლას. ანალოგიურად, არ შეიძლება პირდაპირ გაზომოთ შიდა ენერგიის ცვლილება მაკროსკოპულ პროცესებში; ამ ცვლილების გამოთვლა შესაძლებელია მხოლოდ განტოლების (I, 2b) გამოყენებით, ამ პროცესის გაზომვადი სიდიდეების - სითბოს და მუშაობის გათვალისწინებით.

გაითვალისწინეთ, რომ სითბოს და სამუშაოს (თითოეულს ცალ-ცალკე) არ გააჩნიათ (I, 3) ან (I, 5) განტოლებით გამოხატული სახელმწიფო ფუნქციის თვისება და თანდაყოლილი შინაგანი ენერგიისთვის. პროცესის სითბო და მუშაობა, რომელიც გადასცემს სისტემას 1-ლი მდგომარეობიდან მე-2 მდგომარეობამდე, ძირითადად დამოკიდებულია პროცესის გზაზე და მნიშვნელობაზე. δQდა δWარ არის სახელმწიფო ფუნქციის დიფერენციალური, არამედ უბრალოდ უსასრულო სიდიდეები, რომლებსაც ჩვენ დავარქმევთ ელემენტარული სითბოდა ელემენტარული სამუშაო.

ამრიგად, შიდა ენერგიის დიფერენციალი dUაქვს სხვა მათემატიკური თვისებები, ვიდრე ელემენტარული სითბო dQდა სამსახური dW. ეს აუცილებელია თერმოდინამიკის სისტემის შესაქმნელად.

სახელმწიფო განტოლებები

წონასწორობაში მყოფი სისტემის მრავალი თვისება და მისი შემადგენელი ფაზები ურთიერთდამოკიდებულია. ერთ-ერთი მათგანის ცვლილება იწვევს სხვათა ცვლილებას. რაოდენობრივი ფუნქციონალური დამოკიდებულებები სისტემის (ფაზის) თვისებებს შორის შეიძლება აისახოს სხვადასხვა ტიპის განტოლებებით.

ამ განტოლებიდან უმაღლესი ღირებულებაᲛას აქვს მდგომარეობის განტოლებაფაზა, რომელიც ინტეგრალურ ფორმაში აკავშირებს წონასწორობაში მყოფი სისტემის ყოველი ფაზის წნევას, ტემპერატურას, სიმკვრივეს (ან მოცულობას), შემადგენლობას და სხვა თვისებებს.

მდგომარეობის განტოლება მჭიდრო კავშირშია სისტემის თერმოდინამიკურ განტოლებებთან და მის ერთგვაროვან ნაწილებთან (ფაზებთან), მაგრამ არ შეიძლება იყოს მიღებული კონკრეტული ფორმით თერმოდინამიკის ძირითადი განტოლებებიდან და უნდა მოიძებნოს ემპირიულად ან მიღებულ იქნას სტატისტიკური ფიზიკის მეთოდებით. მოლეკულურ პარამეტრებზე (ანუ ცალკეული მოლეკულების აგებულებისა და თვისებების დამახასიათებელი რაოდენობები). მდგომარეობის უმარტივესი განტოლებებია გაზების განტოლებები დაბალი წნევის დროს: კლაპეირონ-მენდელეევის განტოლება, ვან დერ ვაალის განტოლება და ა.შ.

მდგომარეობის განტოლებების არსებობა და სხვა განტოლებები, რომლებიც აკავშირებს ფაზის სხვადასხვა თვისებებს, იწვევს იმ ფაქტს, რომ სისტემის მდგომარეობის ცალსახა დახასიათებისთვის საკმარისია მხოლოდ რამდენიმე, რამდენიმე დამოუკიდებელი თვისების ცოდნა. ამ თვისებებს ე.წ დამოუკიდებელი ცვლადებიან მდგომარეობის პარამეტრებისისტემები. დარჩენილი თვისებები არის სახელმწიფო პარამეტრების ფუნქციები და ცალსახად განისაზღვრება, თუ მოცემულია ამ უკანასკნელის მნიშვნელობები. ამ შემთხვევაში, ბევრი პრობლემისთვის არ აქვს მნიშვნელობა ვიცით თუ არა შესასწავლი ფაზების მდგომარეობის სპეციფიკური განტოლებები; მნიშვნელოვანია მხოლოდ ის, რომ შესაბამისი დამოკიდებულებები ყოველთვის რეალურად არსებობდეს.

ამრიგად, სისტემის მდგომარეობა განისაზღვრება დამოუკიდებელი ცვლადებით (მდგომარეობის პარამეტრები), რომელთა რაოდენობა დამოკიდებულია კონკრეტული სისტემის ბუნებაზე და მათი არჩევანი, პრინციპში, თვითნებურია და დაკავშირებულია მიზანშეწონილობის მოსაზრებებთან. უმარტივესი სისტემების მდგომარეობის დასადგენად - ერთგვაროვანი და დროში მუდმივი მასითა და შემადგენლობით (შედგება ერთი ფაზისგან და არ იცვლება ქიმიურად) - საკმარისია ვიცოდეთ სამი დამოუკიდებელი ცვლადი (მოცულობით). V,წნევა პდა ტემპერატურა T).უფრო რთულ სისტემებში დამოუკიდებელი ცვლადები შეიძლება შეიცავდეს კონცენტრაციებს, ელექტრული მუხტი, ელექტროსტატიკური პოტენციალი, მაგნიტური ველის სიძლიერე და სხვა.

კალორიული კოეფიციენტები

სისტემის შიდა ენერგია, როგორც სახელმწიფოს ფუნქცია, არის სისტემის დამოუკიდებელი ცვლადების (მდგომარეობის პარამეტრების) ფუნქცია.

უმარტივეს სისტემებში

უ = ვ (V, თ) (I, 7)

საიდანაც მთლიანი დიფერენციალური U :

dU = dV + dT (1,8)

ღირებულების ჩანაცვლება dUგანტოლებიდან (I, 8) განტოლებამდე (I, 2), ვპოულობთ:

δQ = dV + dT + δW(მე, 9)

თუ შესწავლილ სისტემაში ხდება მხოლოდ გაფართოების სამუშაოები და არ არის ელექტრული სამუშაო, გრავიტაცია, ზედაპირული ძალები და ა.შ., მაშინ d ვ = PDF.მერე

δQ = + პ dV + dT(მე, 9ა)

(I, 9a) განტოლებაში დამოუკიდებელი ცვლადების დიფერენციალებზე კოეფიციენტების აღნიშვნა სიმბოლოებით ლდა CV ,ჩვენ ვიღებთ:

δQ = ldV + C V dT(1,10)

განტოლებები (I, 9a) და (I, 10) გულისხმობს:

= l = +P(I.11)

= C V =

რაოდენობები და არ არის რაიმე ფუნქციის წარმოებულები. პირველი არის იზოთერმული გაფართოების სითბოსხეული. ეს სიდიდე, რომლის განზომილება ემთხვევა წნევის განზომილებას, არის გარე წნევის ჯამი და ვადა ; რომელიც ასახავს მოლეკულების ურთიერთმიზიდულობას. ეს ტერმინი მცირეა რეალური გაზებისთვის და ძალიან დიდი (გარე წნევის ჩვეულებრივ მნიშვნელობებთან შედარებით) სითხეებისა და მყარი ნივთიერებებისთვის.

ღირებულება CV, განტოლების მიხედვით (I, 11), არის სითბოს სიმძლავრე მუდმივი მოცულობით. მუდმივი მოცულობით სისტემის მიერ შთანთქმული სითბო მთლიანად იხარჯება შიდა ენერგიის გაზრდაზე (იმ პირობით, რომ არ არსებობს ყველა სახის სამუშაო, მათ შორის გაფართოების სამუშაოები).

შიდა ენერგიის ჯამური დიფერენციალური კოეფიციენტები ცვლადებით ვდა თაქვს მარტივი ფიზიკური მნიშვნელობა, როგორც ზემოთ არის ნაჩვენები.

დამოუკიდებელი ცვლადების არჩევა პდა თან ვდა პდა თუ გავითვალისწინებთ შიდა ენერგიას, როგორც ამ წყვილი ცვლადების ფუნქციას, ანალოგიურად შეგვიძლია მივიღოთ:

დ ქ = hdP + C P dT(მე, 10ა)

დ ქ= გ dV+ ლ დპ(მე, 10ბ)

სადაც რაოდენობები h, C P, c და l დაკავშირებულია შიდა ენერგიის წარმოებულებთან უფრო რთული ურთიერთობებით, ვიდრე განტოლებაში წარმოდგენილია (I, 11). Ჩაინიშნე C p =იქ არის სითბოს სიმძლავრე მუდმივი წნევის დროს,ა თ = – წნევის იზოთერმული ზრდის სითბო.ეს უკანასკნელი მნიშვნელობა არსებითად უარყოფითია.

შანსები ლ, სთ, გვ , C P , c და λ ეწოდება კალორიული თანაფარდობა.დამოუკიდებელი ფიზიკური მნიშვნელობის მქონე (განსაკუთრებით C P,C V და ლ), ისინი ასევე სასარგებლოა დამხმარე სიდიდეები თერმოდინამიკური დასკვნებისა და გამოთვლებისას.

სხვადასხვა პროცესების ოპერირება

სამუშაოს სახელწოდებით მრავალი ენერგეტიკული პროცესია გაერთიანებული; ამ პროცესების საერთო თვისებაა სისტემის ენერგიის ხარჯვა გარედან მოქმედი ძალის დასაძლევად. ასეთი პროცესები მოიცავს, მაგალითად, მასების მოძრაობას პოტენციურ სფეროში. თუ მოძრაობა ეწინააღმდეგება ძალის გრადიენტს, მაშინ სისტემა ხარჯავს ენერგიას სამუშაოს სახით; სამუშაოს მოცულობა დადებითია. ძალის გრადიენტის გასწვრივ მოძრაობისას სისტემა იღებს ენერგიას სამუშაოს სახით გარედან; სამუშაოს მოცულობა უარყოფითია. ასეთია გრავიტაციულ ველში ცნობილი მასის აწევის სამუშაო. ელემენტარული სამუშაო ამ შემთხვევაში:

დ ვ = – mgdH

სადაც მ- სხეულის მასა; ჰარის სიმაღლე საწყისი ნულოვანი დონის ზემოთ. როდესაც სისტემა ფართოვდება გარე წნევის ქვეშ P,სისტემა მუშაობს , ელემენტარული სამუშაო ამ შემთხვევაში თანაბარია PdV (V 1და V 2 -სისტემის საწყისი და საბოლოო ტომები, შესაბამისად).

როდესაც ელექტრული მუხტი მოძრაობს ქელექტრულ ველში პოტენციური ვარდნის მიმართულების საწინააღმდეგოდ ჯხოლო იმ ტერიტორიაზე, სადაც პოტენციური ცვლილება უდრის დიჯეი,ასევე პოტენციალის მქონე სხეულის მუხტის მატებასთან ერთად ჯღირებულებით დქმუშაობა კეთდება სისტემაზე, მისი ღირებულება პირველ შემთხვევაში ტოლია - qdjდა მეორე შემთხვევაში jdq.

ანალოგიურად, ინტერფეისის ზედაპირის გაზრდის სამუშაო შეიძლება გამოიხატოს სსისტემის ერთგვაროვან ნაწილებს შორის (ფაზებს): დ ვ=-s dS,
სადაც s არის ზედაპირული დაძაბულობა.

ზოგადად, ელემენტარული სამუშაო dWარის რამდენიმე თვისობრივად განსხვავებული ელემენტარული ნაწარმოების ჯამი:

დ ვ = პდ V- mgdH-ს dS– ჯ დ q + … (1.12)

Აქ P, -მგ, -σ, -j არის ძალები განზოგადებული გაგებით (განზოგადებული ძალები)ან ინტენსივობის ფაქტორები; V, H, S, ქ – განზოგადებული კოორდინატებიან ტევადობის ფაქტორები.

თითოეულ კონკრეტულ შემთხვევაში, აუცილებელია განისაზღვროს რა ტიპის სამუშაოებია შესაძლებელი შესწავლილ სისტემაში და შესაბამისი გამონათქვამების შედგენის შემდეგ. dW, გამოიყენეთ ისინი განტოლებაში (I, 2a). განტოლების ინტეგრაცია (I, 12) და სამუშაოს გამოთვლა კონკრეტული პროცესისთვის შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევებში, როდესაც პროცესი წონასწორობაშია და მდგომარეობის განტოლება ცნობილია.

ძალიან ბევრი სისტემისთვის შესაძლებელია განტოლების სერიის (I, 12) შეზღუდვა ერთი ტერმინით - გაფართოების სამუშაო.

წონასწორობის პროცესებში გაფართოების მუშაობა გამოიხატება სხვადასხვა განტოლებით, რომლებიც გამომდინარეობს მდგომარეობის განტოლებიდან. აქ არის რამდენიმე მათგანი:

1) პროცესი მიმდინარეობს მუდმივი მოცულობით (იზოქორული პროცესი; V = კონსტ):

W = ∫δW = ∫PdV = 0(მე, 13)

2) პროცესი მიმდინარეობს მუდმივი წნევით (იზობარული პროცესი; P = კონსტ):

W= = P (V 2 - V 1) \u003d PDV(მე, 14)

3) პროცესი, რომელიც მიმდინარეობს მუდმივ ტემპერატურაზე (იზოთერმული პროცესი, T = const). გაფართოების სამუშაოები იდეალური გაზი, რისთვისაც PV=nRT:

W = dV = nRT ჟურნალი(მე, 15)

ენთალპია

თერმოდინამიკის პირველი კანონის განტოლება პროცესებისთვის, სადაც მხოლოდ გაფართოების სამუშაოა შესრულებული, იღებს ფორმას:

δQ = dU + PdV(მე, 19)

თუ პროცესი მიმდინარეობს მუდმივი წნევით, მაშინ ინტეგრირებით მივიღებთ:

Q P \u003d U 2 - U 1 + P (V 2 - V 1)(მე, 20)

Q P \u003d (U 2 + PV 2) - (U 1 + PV 1)(მე, 21)

იმიტომ რომ პდა ვ- მდგომარეობის პარამეტრები, A Uარის სახელმწიფო ფუნქცია, შემდეგ ჯამი U+PVასევე არის სახელმწიფო ფუნქცია და მისი ცვლილება პროცესში არ არის დამოკიდებული პროცესის გზაზე, არამედ მხოლოდ საწყის და საბოლოო მდგომარეობებზე. ეს ფუნქცია ე.წ ენთალპიადა აღინიშნება სიმბოლოთი ჰ. ღირებულების განსაზღვრა ჰპირადობა ემსახურება:

H U + PV(მე, 22)

განტოლებიდან (I, 21) გამომდინარეობს, რომ მუდმივი წნევის დროს შთანთქმული სითბო უდრის D ენთალპიის ზრდას. ჰდა არ არის დამოკიდებული პროცესის გზაზე:

(I, 21a)

თერმოდინამიკის მეორე კანონი

ყველაზე გავრცელებული და რა თქმა უნდა სპონტანური პროცესებია სითბოს გადატანა ცხელი სხეულიდან ცივზე (თერმული გამტარობა) და სამუშაოს სითბოში გადასვლა (ხახუნი). კაცობრიობის მრავალსაუკუნოვანმა ყოველდღიურმა, ტექნიკურმა და მეცნიერულმა პრაქტიკამ აჩვენა ამ პროცესების ყოველდღიური რეალობა, ისევე როგორც საპირისპირო პროცესების სპონტანური წარმოშობის შეუძლებლობა, რომლებიც პრაქტიკული თვალსაზრისით ძალიან მაცდურია (სითბოს მოცილებით სამუშაოს მიღება). სამუშაო ორგანოს მიმდებარე სხეულებიდან). ეს იძლევა იმის მტკიცების საფუძველს, რომ ნებისმიერი პროცესის ერთადერთი შედეგი არ შეიძლება იყოს სითბოს გადაცემა ნაკლებად გახურებული სხეულიდან უფრო გახურებულზე. (კლაუსიუსის პოსტულატი).

სითბოს მითითებული გადასვლის საპირისპირო ცვლილება უფრო გახურებული სხეულიდან ნაკლებად გაცხელებულზე არის სითბოს გამტარობით სითბოს გადაცემის ჩვეულებრივი არათანაბარი პროცესი. მისი შებრუნება შეუძლებელია, ანუ არ შეიძლება უკან დახევა მდგომარეობების იგივე თანმიმდევრობით. მაგრამ ეს საკმარისი არ არის: თუ სისტემაში მოხდა პირდაპირი სითბოს გადაცემის პროცესი, მაშინ არავითარ შემთხვევაში არ შეიძლება განხორციელდეს რაიმე პროცესის ისეთი თანმიმდევრობა, რის შედეგადაც სითბოს გადაცემაში მონაწილე ყველა ორგანო დაუბრუნდება თავის ადგილს. თავდაპირველი მდგომარეობა და სხვა ორგანოებში ცვლილებები არ მოხდება. სითბოს გამტარობის პროცესი შეუქცევადია.

კიდევ ერთი ზოგადი პოზიცია, რომელსაც აქვს იგივე ექსპერიმენტული საფუძველი, ამტკიცებს შემდეგს: ნებისმიერი პროცესის ერთადერთი შედეგი არ შეიძლება იყოს სითბოს სამუშაოდ გადაქცევა (ანუ სისტემის მიერ გარემოდან სითბოს შეწოვა და სამუშაოს გათავისუფლება. ამ სითბოს ექვივალენტი). ამრიგად, სამუშაოს სითბოდ გადაქცევის სპონტანური პროცესი (ხახუნის გზით) შეუქცევადია (ისევე, როგორც სითბოს გამტარობა).

ბოლო განცხადება შეიძლება განსხვავებულად იყოს ნათქვამი: პროცესში მონაწილე ყველაზე ცივი ორგანოების სიცხე არ შეიძლება გახდეს მუშაობის წყარო. (ტომსონის პოსტულატი).

ორივე პოზიცია (კლაუსიუსის და ტომსონის პოსტულატები) თერმოდინამიკის მეორე კანონის ფორმულირებაა და ერთმანეთის ექვივალენტურია, ანუ თითოეული მათგანის დამტკიცება შესაძლებელია მეორის საფუძველზე.

ვინაიდან სითბოს გადაცემა ან სამუშაოდ გადაქცევა განიხილება, როგორც პროცესის ერთადერთ შედეგად, ცხადია, აუცილებელია, რომ სითბოს გაცვლაში მონაწილე სისტემა პროცესის ან პროცესების კომბინაციის შედეგად დაუბრუნდეს პირვანდელ მდგომარეობას. ასეთ ციკლურ პროცესში სისტემის შიდა ენერგია არ შეიცვლება.

დავუშვათ, რომ ზემოაღნიშნული ფორმულირებებიდან მეორე (განსაკუთრებით მისი ბოლო ფორმით) არასწორია. მაშინ შესაძლებელი იქნებოდა ციკლურად მომუშავე აპარატის აშენება, რომლის „სამუშაო სხეული“ პერიოდულად უბრუნდებოდა პირვანდელ მდგომარეობას და ეს მანქანა იმუშავებდა გარედან შთანთქმული სიცხის გამო, რომელიც არ არის უფრო ცხელი, ვიდრე სისტემა. თავად და სისტემის გარშემო ყველა სხვა ორგანო. ასეთი პროცესი გაგრძელდება თერმოდინამიკის პირველი კანონის დარღვევის გარეშე (სიცხის გამო მუშაობა), მაგრამ პრაქტიკისთვის ეს არაფრისგან სამუშაოს მიღების ტოლფასია, რადგან ნებისმიერ მანქანას ექნება სითბოს თითქმის ამოუწურავი წყარო გარემოში. ასე რომ, გემს შეეძლო გადაადგილება, წაართმევდა ოკეანის წყლის სითბოს და არ სჭირდებოდა საწვავი. ასეთ მანქანას ე.წ perpetuum mobile (perpetuum mobile) მეორე სახის.ამ განსაზღვრებიდან გამომდინარე, ჩვენ შეგვიძლია ჩამოვაყალიბოთ თერმოდინამიკის მეორე კანონი, რაც ტომსონის პოსტულატს სხვა ფორმას მივცეთ: მეორე სახის perpetuum mobile შეუძლებელია.

ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ როგორც კლაუსიუსის და ტომსონის დებულებები, ასევე მტკიცება, რომ მეორე სახის perpetuum mobile შეუძლებელია დადასტურდეს სხვა კანონების ან დებულებების საფუძველზე. ეს არის ვარაუდები, რომლებიც გამართლებულია მათგან მომდინარე ყველა შედეგით, მაგრამ ვერ დადასტურდება ყველა შესაძლო შემთხვევისთვის.

მოდით მივცეთ თერმოდინამიკის მეორე კანონის კიდევ ერთი ფორმულირება, რომელიც, რა თქმა უნდა, საკმაოდ ზუსტი და ლაკონურია. ეს ფორმულირება შეიცავს პოსტულატს ახალი სახელმწიფო ფუნქციის არსებობის შესახებ, რომლის მეშვეობითაც გამოიხატება განსხვავება შექცევად და შეუქცევად პროცესებს შორის:

ენტროპიის გამოთვლის მეთოდები

განტოლებები (II, 1) და (II, 1a), რომლებიც განსაზღვრავენ ენტროპიას, ერთადერთი საწყისი განტოლებებია სისტემის ენტროპიის ცვლილების თერმოდინამიკური გამოთვლისთვის. ელემენტარული სითბოს (II, 1a) განტოლებაში ჩანაცვლებით მისი გამოსახულებებით კალორიული კოეფიციენტების მიხედვით (იხ. განტოლებები (I, 10) და (I, 10a)), ჩვენ ვიღებთ წონასწორობის პროცესებს:

კჯ/მოლი; დნობის ტემპერატურა ტკვ. \u003d 5,5 ° С ( თ= 278,5 რომ). ამრიგად, ენტროპია იცვლება 1 მოლიბენზოლი დნობის დროს (დნობის ენტროპია) უდრის:

DS კვ. = 35,06ჯ/მოლ

2. გათბობა მუდმივი წნევით (იზობარული პროცესი; P = კონსტ). განტოლებებიდან (I, 18a) და (II, 1a) ვიღებთ:

D.S. =(II, 6)

მოდით ვიპოვოთ ერთი მოლი ალუმინის ენტროპიის ცვლილება 25-დან 600°C-მდე გაცხელებისას. ალუმინის ნამდვილი მოლური სითბოს სიმძლავრე შეიძლება გამოისახოს განტოლებით:

C p = 565.5 + 0.290 თ.განტოლების მიხედვით (II, 6) ენტროპიის ცვლილება ტოლი იქნება:

DS = = 565,5 + 0,290(873 - 298) = 607,8 + 166,8 = 774,6 ჯ/მოლკ

პლანკის პოსტულატი. აბსოლუტური ენტროპიის მნიშვნელობები

(II, 3) განტოლებით შეუძლებელია სისტემის ენტროპიის აბსოლუტური მნიშვნელობის გამოთვლა. ამ შესაძლებლობას იძლევა ახალი, დაუმტკიცებელი პოზიცია, რომელიც არ გამომდინარეობს თერმოდინამიკის ორი კანონიდან, რომელიც ჩამოაყალიბა მ. პლანკმა (1912). ამ დებულების მიხედვით, ე.წ პლანკის პოსტულატი, ცალკეული კრისტალური ნივთიერების ენტროპია აბსოლუტურ ნულზე არის ნული:

მკაცრად რომ ვთქვათ, პლანკის პოსტულატი მოქმედებს მხოლოდ ცალკეულ ნივთიერებებზე, რომელთა კრისტალები იდეალურადაა აგებული (კრისტალურ გისოსებში ყველა კვანძი დაკავებულია მოლეკულებით ან ატომებით, რეგულარულად მონაცვლეობით და რეგულარულად ორიენტირებული). ასეთ კრისტალებს ე.წ იდეალური მყარი.ნამდვილი კრისტალები არ არის ასეთი, რადგან მათი ბროლის გისოსები იდეალურად არ არის აგებული.

გარკვეულწილად შემთხვევით აშენებული ბროლის გისოსის ენტროპია უფრო დიდია, ვიდრე იდეალურად აგებული ბროლის გისოსის ენტროპია. მაშასადამე, რეალურ კრისტალებს 0 K-ზეც კი აქვთ ნულზე მეტი ენტროპია. თუმცა, ცალკეული ნივთიერებების რეალური კარგად ჩამოყალიბებული კრისტალების ენტროპიები აბსოლუტურ ნულზე მცირეა.

პლანკის პოსტულატის შესაბამისად, განტოლება (II, 6) იდეალური ხისტი სხეულისთვის მიიღებს ფორმას:

პლანკის პოსტულატი გამოიყენება ქიმიური პროცესების თერმოდინამიკური შესწავლისას ქიმიური ნაერთების ენტროპიის აბსოლუტური მნიშვნელობების გამოსათვლელად - რაოდენობები, რომლებსაც დიდი მნიშვნელობა აქვს ქიმიური წონასწორობის გამოთვლაში.

ენტროპია ფართოდ გამოიყენება ტექნიკურ თერმოდინამიკაში (სითბო ინჟინერია), როგორც სამუშაო სითხის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი პარამეტრი სითბოს ძრავაში, მაგალითად, წყლის ორთქლი. წყლის ორთქლის ენტროპიის მნიშვნელობები მოცემულ მდგომარეობაში გამოითვლება ზოგიერთ სტანდარტულ მდგომარეობასთან შედარებით - ჩვეულებრივ 0°C და 1. ამმ.ეს ენტროპიის მნიშვნელობები გამოიყენება ე.წ ენტროპიის მდგომარეობის დიაგრამებიწყლის ორთქლი კოორდინატებში S-Tან ს-ჰ(მოლიეს დიაგრამა). ასეთ დიაგრამებში, როგორც დიაგრამები V-Pშესაძლებელია გამოვსახოთ სხვადასხვა პროცესები, რომლებიც ხდება სითბოს ძრავის მუშა სხეულში და ქმნიან აპარატის სამუშაო ციკლებს.

დასასრულს, უნდა აღვნიშნოთ, რომ თერმოდინამიკის სფეროში არ გვიწევს ჩაღრმავება. ჩვენი მიზანია მხოლოდ ამ მეცნიერების ძირითადი იდეების ილუსტრირება და მიზეზების ახსნა, თუ რატომ არის შესაძლებელი მის არგუმენტებზე დაყრდნობით.

და ბოლოს, თერმოდინამიკის ორი კანონი ხშირად ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად:

პირველი კანონი: სამყაროს ენერგია ყოველთვის მუდმივია.

მეორე კანონი: სამყაროს ენტროპია ყოველთვის იზრდება.

ფიზიკური, მეცნიერება ზოგადი კანონებირომლებიც განსაზღვრავენ სტრუქტურას და ქიმ. გარდაქმნები დეკ. გარე პირობები. იკვლევს ქიმ. ფენომენები თეორიული დახმარებით და ექსპერიმენტი. ფიზიკის მეთოდები.

როგორც დამოუკიდებელი, ფიზიკურმა მეცნიერებამ ჩამოაყალიბა. მე -18 საუკუნე ტერმინი „ფიზიკური“ ეკუთვნის მ.ვ. ლომონოსოვი, რომელმაც 1752 წელს პირველად წაიკითხა სტუდენტებისთვის პეტერბურგის უნივერსიტეტიფიზიკური კურსი. ის ფლობს კვალს. განმარტება: "ფიზიკური არის მეცნიერება, რომელიც ხსნის, ფიზიკის დებულებებისა და ექსპერიმენტების საფუძველზე, რა ხდება შერეულ სხეულებში ქიმიური ოპერაციების დროს." პირველი სამეცნიერო ჟურნალი, რომელიც განკუთვნილი იყო ფიზიკის შესახებ სტატიების გამოსაქვეყნებლად, დაარსდა 1887 წელს W. Ostwald-ისა და J. van't Hoff-ის მიერ.

ფ ფიზიკური არის მთავარი თეორია. თანამედროვეობის საფუძველი ფიზიკის ისეთ მნიშვნელოვან დარგებზე დაყრდნობით, როგორიცაა სტატისტიკა. ფიზიკა და არაწრფივი დინამიკა, ველის თეორია და ა.შ. მოიცავს კუნძულების აგებულების დოქტრინას, მ.შ. ოჰ და . როგორც ცალკეული სექციები ფიზიკურში, ისინი ასევე ხშირად გამოყოფენ ფიზიკურ (მათ შორის), დოქტრინას ფიზიკური ქიმიის მაღალი მოლი. კონნ. და სხვები.ისინი მჭიდროდ ერწყმის ფიზიკურს და ზოგჯერ მისგან დამოუკიდებელებად ითვლებიან. სექციები და . ფიზიკურის უმეტეს ნაწილს აქვს საკმაოდ მკაფიო საზღვრები კვლევის ობიექტებისა და მეთოდებისთვის, მეთოდოლოგიური. გამოყენებული მახასიათებლები და აღჭურვილობა.

Თანამედროვე ფიზიკური განვითარების საფეხურს ახასიათებს ქიმიის ზოგადი კანონების სიღრმისეული ანალიზი. კონვერტაციები ბურჯზე. დონე, ხალიჩის ფართო გამოყენება. , დიაპაზონის გაფართოება ext. ეფექტი ქიმ. სისტემა (მაღალი და კრიოგენული ტემპერატურა, მაღალი, ძლიერი გამოსხივება და მაგნიტური ეფექტები), ულტრასწრაფი პროცესების შესწავლა, ენერგიის შენახვის მეთოდები ქიმ. in-wah და ა.შ.

განაცხადი კვანტური თეორია, უპირველეს ყოვლისა, ქიმ. მოვლენებს მოჰყვა საშუალებები. გაიზარდა ყურადღება ინტერპრეტაციის დონეზე და გამოიწვია ორი მიმართულების შერჩევა. მიმართულება, რომელიც დაფუძნებულია კვანტურ მექანიკაზე. თეორია და მიკროსკოპული ოპერაცია. ფენომენების ახსნის დონეს, რომელსაც ხშირად ქიმ. ფიზიკა და მიმართულება, რომელიც მოქმედებს ანსამბლებთან დიდი რიცხვინაწილაკები, სადაც ძალაში შედის სტატისტიკა. კანონები, - ფიზიკური. ასეთი ქვედანაყოფით, საზღვარი ფიზიკურ ქიმიასა და ქიმიას შორის. ფიზიკას არ შეუძლია. განხორციელდა მკვეთრად, რაც განსაკუთრებით ვლინდება ქიმიური მაჩვენებლების თეორიაში. რაიონები.

კუნძულების აგებულების დოქტრინა დააჯამებს ვრცელ ექსპერიმენტს. ასეთი ფიზიკური გამოყენებით მიღებული მასალა. მეთოდები, როგორიცაა მოლეკულური, ურთიერთქმედების შესწავლა. ელექტრომაგნიტური გამოსხივება in-tion in decomp. ტალღის სიგრძის დიაპაზონი, ფოტო და რენტგენის დიფრაქციის მეთოდები, მაგნიტო-ოპტიკური მეთოდები დაფუძნებული მეთოდები. ეფექტები და ა.შ. ეს მეთოდები შესაძლებელს ხდის ელექტრონის სტრუქტურული მონაცემების მოპოვებას, ბირთვების რხევების წონასწორულ პოზიციებსა და ამპლიტუდებზე და კონდენსატორში. in-ve, ენერგეტიკული სისტემის შესახებ. დონეები და მათ შორის გადასვლები, გეომის შეცვლის შესახებ. კონფიგურაციები გარემოს ან მისი ცალკეული ფრაგმენტების შეცვლისას და ა.შ.

კორელაციის ამოცანასთან ერთად თვისებები შიგნითმათი სტრუქტურით თანამედროვე. ფიზიკური მეცნიერება ასევე აქტიურად არის ჩართული მოცემული თვისებების მქონე ნაერთების სტრუქტურის პროგნოზირების შებრუნებულ პრობლემაში.

ინფორმაციის ძალიან მნიშვნელოვანი წყარო მათი მახასიათებლების შესახებ დეკომპ. მდგომარეობა და მახასიათებლები ქიმ. გარდაქმნები კვანტური ქიმიის შედეგია. გამოთვლები. იძლევა ცნებებისა და იდეების სისტემას, რომელიც გამოიყენება ფიზიკურში ქიმ. ნაერთები თითო ბურჯზე. დონეს და როდესაც ადგენს კორელაციას მახასიათებლებს შორის, რომლებიც ქმნიან in-in-ს და ამ ინ-ვა-ს ქ. კვანტური ქიმიის შედეგების წყალობით. გამოთვლები pov-stey პოტენციური ენერგიის ქიმიური. სისტემები სხვადასხვა და ექსპერიმენტი. შესაძლებლობები ბოლო წლებში, განსაკუთრებით განვითარება, ფიზიკური მიუახლოვდა ყოვლისმომცველ შესწავლას წმ. აღგზნებულ და უაღრესად აღგზნებულ მდგომარეობებში, სტრუქტურული მახასიათებლების ანალიზამდე Comm. ასეთ მდგომარეობებში და ამ თვისებების გამოვლენის სპეციფიკა ქიმიის დინამიკაში. გარდაქმნები.

ჩვეულებრივის შეზღუდვა არის ის, რომ ის საშუალებას აძლევს ადამიანს აღწეროს მხოლოდ წონასწორობის მდგომარეობა და შექცევადი პროცესები. რეალური შეუქცევადი პროცესები არის პრობლემის საგანი, რომელიც წარმოიშვა 1930-იან წლებში. მე -20 საუკუნე . ფიზიკური შესწავლის ეს სფერო არაბალანსირებული მაკროსკოპულია. სისტემები, რომლებშიც კლების სიხშირე ლოკალურად მუდმივია (ასეთი სისტემები ლოკალურად ახლოსაა წონასწორობასთან). ის საშუალებას გვაძლევს განვიხილოთ სისტემები ქიმ. p-tions და მასის გადაცემა (), სითბო, ელექტრო. გადასახადები და ა.შ.

სწავლობს ქიმიურ გარდაქმნებს. დროში, ანუ ქიმიური ნივთიერების სიჩქარე. პ-ციონები, ამ გარდაქმნების მექანიზმები, აგრეთვე ქიმიური ნივთიერების დამოკიდებულება. პროცესი მისი განხორციელების პირობებიდან. ის ადგენს ცვლილების ნიმუშებსდროში გარდამქმნელი სისტემის შემადგენლობის ნიია, ავლენს კავშირს ქიმიურ სიჩქარეს შორის. p-tion და გარე პირობებს, ასევე სწავლობს ფაქტორებს, რომლებიც გავლენას ახდენენ ქიმიური ნივთიერების სიჩქარესა და მიმართულებაზე. რაიონები.

ყველაზე ქიმ. p-tions არის რთული მრავალსაფეხურიანი პროცესი, რომელიც შედგება ინდივიდუალური ელემენტარული ქიმ. ტრანსფორმაცია, ტრანსპორტირება და ენერგიის გადაცემა. თეორიული ქიმ. კინეტიკა მოიცავს ელემენტარული p-ების მექანიზმების შესწავლას და ითვლის ასეთ პროცესებს კლასიკურის იდეებისა და აპარატის საფუძველზე. მექანიკა და კვანტური თეორია, ეწევა რთული ქიმიის მოდელების მშენებლობას. პროცესებს, ამყარებს კავშირს ქიმიური ნივთიერების სტრუქტურას შორის. ნაერთები და მათი რეაქციები. უნარი. კინეტიკურის იდენტიფიცირება შაბლონები რთული p-tions (ფორმალური კინეტიკა) ხშირად ეფუძნება mat. და საშუალებას გაძლევთ გამოსცადოთ ჰიპოთეზები რთული p-ების მექანიზმების შესახებ, ასევე დაადგინოთ დიფერენციალური სისტემა. ურ-ციები, რომლებიც აღწერს პროცესის განხორციელების შედეგებს დეკომპ. გარე პირობები.

იყიდება ქიმ. კინეტიკა ხასიათდება მრავალი ფიზიკურის გამოყენებით. კვლევის მეთოდები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის რეაგენტების ლოკალური აგზნების განხორციელებას, სწრაფი (ფემტოწამამდე) გარდაქმნების შესწავლას, კინეტიკური აღრიცხვის ავტომატიზირებას. მონაცემები კომპიუტერზე მათი ერთდროული დამუშავებით და ა.შ. ინტენსიურად აგროვებს კინეტიკურ. ინფორმაცია კინეტიკური გზით , მათ შორის ქიმ. რაიონები ექსტრემალურ პირობებში.

ძალზე მნიშვნელოვანი განყოფილება ფიზიკური, მჭიდროდ დაკავშირებული ქიმიური. კინეტიკა არის დოქტრინა ქიმიური ნივთიერების სიჩქარისა და მიმართულების ცვლილების შესახებ. რაიონებში კონტაქტი დაინფიცირების წყაროსთან (

ᲤᲘᲖᲘᲙᲣᲠᲘ ᲥᲘᲛᲘᲐ

§ 1. ფიზიკური ქიმიის საგანი. მისი მნიშვნელობა

ქიმიურ და ფიზიკურ ფენომენთა ურთიერთკავშირის შესწავლა ფიზიკური ქიმია.ქიმიის ეს ფილიალი არის საზღვარი ქიმიასა და ფიზიკას შორის. ორივე მეცნიერების თეორიული და ექსპერიმენტული მეთოდების, ისევე როგორც საკუთარი მეთოდების გამოყენებით, ფიზიკური ქიმია ეწევა ქიმიური რეაქციებისა და მათ თანმხლები ფიზიკური პროცესების მრავალმხრივ შესწავლას. თუმცა, ვინაიდან მრავალმხრივი კვლევაც კი არასოდეს არის სრული და არ მოიცავს ფენომენს ამომწურავად, ფიზიკური ქიმიის კანონები და კანონები, ისევე როგორც სხვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებები, ყოველთვის ამარტივებს ფენომენს და სრულად არ ასახავს მას.

ფიზიკური ქიმიის სწრაფი განვითარება და მზარდი მნიშვნელობა დაკავშირებულია მის საზღვრებთან ფიზიკასა და ქიმიას შორის. ფიზიკური ქიმიის მთავარი ზოგადი ამოცანაა პროცესის დროის პროგნოზირება და საბოლოო შედეგის (ბალანსის მდგომარეობა) სხვადასხვა პირობებში, მონაცემების საფუძველზე იმ ნივთიერებების სტრუქტურისა და თვისებების შესახებ, რომლებიც ქმნიან შესასწავლ სისტემას.

§ 2. ფიზიკური ქიმიის განვითარების ისტორიის მოკლე მონახაზი

ტერმინი „ფიზიკური ქიმია“ და ამ მეცნიერების განმარტება პირველად მისცა მ.ვ.ლომონოსოვმა, რომელმაც 1752-1754 წწ. წაუკითხა მეცნიერებათა აკადემიის სტუდენტებს ფიზიკური ქიმიის კურსი და დაუტოვა ამ კურსის ხელნაწერი „შესავალი ჭეშმარიტ ფიზიკურ ქიმიაში“ (1752 წ.). ლომონოსოვმა ჩაატარა მრავალი კვლევა, რომელთა თემები შეესაბამება მის მიერ შედგენილ „ფიზიკური ქიმიის კურსის გეგმას“ (1752) და ექსპერიმენტული სამუშაოს პროგრამას „გამოცდილება ფიზიკურ ქიმიაში“ (1754 წ.). მისი ხელმძღვანელობით ჩატარდა სტუდენტური სახელოსნო ფიზიკურ ქიმიაშიც.

ლომონოსოვმა მისცა ფიზიკური ქიმიის შემდეგი განმარტება: „ფიზიკური ქიმია არის მეცნიერება, რომელიც ფიზიკის დებულებებისა და ექსპერიმენტების საფუძველზე ხსნის, თუ რა ხდება შერეულ სხეულებში ქიმიური ოპერაციების დროს“. ეს განმარტება ახლოსაა თანამედროვესთან.

ფიზიკური ქიმიის განვითარებისთვის დიდი იყო XIX საუკუნის შუა წლებში თერმოდინამიკის ორი კანონის აღმოჩენა (ს. კარნო, იუ.რ. მაიერი, გ. ჰელმჰოლცი, დ.პ. ჯული, რ. კლაუსიუსი, ვ. ტომსონი). მნიშვნელობა.

კვლევების რაოდენობა და მრავალფეროვნება, რომელიც დევს იმ სფეროში, რომელიც ესაზღვრება ფიზიკასა და ქიმიას, მუდმივად იზრდებოდა მე-19 საუკუნეში. შემუშავდა ქიმიური წონასწორობის თერმოდინამიკური თეორია (K.M. Guldberg, P. Waage, D.W. Gibbs). ლ.ფ ვილჰელმის კვლევებმა საფუძველი ჩაუყარა ქიმიური რეაქციების სიჩქარის შესწავლას (ქიმიური კინეტიკა). შეისწავლეს ხსნარებში ელექტროენერგიის გადაცემა (I.V. Gittorf, F.V.G. Kolrausch), შეისწავლეს ორთქლთან ხსნარების წონასწორობის კანონები (დ.პ. კონოვალოვი) და შემუშავდა ხსნარების თეორია (დ.ი. მენდელეევი).

ფიზიკური ქიმიის, როგორც დამოუკიდებელი მეცნიერებისა და აკადემიური დისციპლინის აღიარება გამოიხატა 1887 წელს ლაიფციგის უნივერსიტეტში (გერმანია) ფიზიკური ქიმიის პირველი განყოფილების დაარსებით, რომელსაც ხელმძღვანელობდა ვ. ქიმია იქ. XIX საუკუნის ბოლოს ლაიფციგის უნივერსიტეტი იყო ფიზიკური ქიმიის განვითარების ცენტრი, ხოლო წამყვანი ფიზიკოსები იყვნენ W. Ostwald, J. H. Van't Hoff, S. Arrhenius და W. Nernst. ამ დროისთვის განისაზღვრა ფიზიკური ქიმიის სამი ძირითადი განყოფილება - ქიმიური თერმოდინამიკა, ქიმიური კინეტიკა და ელექტროქიმია.

მეცნიერების უმნიშვნელოვანესი სფეროები, რომელთა განვითარება ტექნიკური პროგრესის აუცილებელი პირობაა, მოიცავს ქიმიური პროცესების შესწავლას; ფიზიკური ქიმია წამყვან როლს თამაშობს ამ პრობლემის განვითარებაში.

§ 3. ფიზიკური ქიმიის სექციები. Კვლევის მეთოდები

ქიმიური თერმოდინამიკა. ამ ნაწილში, ზოგადი თერმოდინამიკის კანონების საფუძველზე, განიხილება ქიმიური წონასწორობის კანონები და დოქტრინა ფაზური წონასწორობის შესახებ.

ხსნარების დოქტრინა მიზნად ისახავს ხსნარების (რამდენიმე ნივთიერების ერთგვაროვანი ნარევების) თვისებების ახსნას და პროგნოზირებას იმ ნივთიერებების თვისებების საფუძველზე, რომლებიც ქმნიან ხსნარს.

ზედაპირული ფენომენების დოქტრინა. შესწავლილია მყარი და სითხეების ზედაპირული ფენების (ფაზებს შორის ინტერფეისები) სხვადასხვა თვისებები; ზედაპირულ ფენებში ერთ-ერთი მთავარი შესწავლილი მოვლენაა ადსორბცია(მატერიის დაგროვება ზედაპირულ ფენაში).

სისტემებში, სადაც თხევადი, მყარი და აირისებრი ფაზების ინტერფეისი ძალიან განვითარებულია (ემულსიები, ნისლები, კვამლები და ა.შ.), ზედაპირული ფენების თვისებები ხდება მთავარი და განსაზღვრავს მთელი სისტემის უნიკალურ თვისებებს. მთლიანი. ასეთი გაფანტული (მიკროჰეტეროგენული)მიმდინარეობს სისტემების შესწავლა კოლოიდური ქიმია,რომელიც ფიზიკური ქიმიის ძირითადი დამოუკიდებელი დარგია.

ფიზიკური ქიმიის ძირითადი სექციების ზემოთ ჩამოთვლილი სია არ მოიცავს ამ მეცნიერების ზოგიერთ სფეროს და უფრო მცირე მონაკვეთებს, რომლებიც შეიძლება ჩაითვალოს უფრო დიდი სექციების ნაწილებად ან ფიზიკური ქიმიის დამოუკიდებელ განყოფილებებად. კიდევ ერთხელ უნდა აღინიშნოს მჭიდრო ურთიერთკავშირი ფიზიკური ქიმიის სხვადასხვა დარგებს შორის. ნებისმიერი ფენომენის შესწავლისას უნდა გამოვიყენოთ იდეების, თეორიებისა და მეთოდების არსენალი ქიმიის მრავალი დარგის (და ხშირად სხვა მეცნიერებების) შესასწავლად. მხოლოდ ფიზიკურ ქიმიასთან პირველადი გაცნობით არის შესაძლებელი საგანმანათლებლო მიზნებისთვის მასალის განაწილება მითითებულ განყოფილებებში.

ფიზიკური და ქიმიური კვლევის მეთოდები. ფიზიკური ქიმიის ძირითადი მეთოდები ბუნებრივად არის ფიზიკისა და ქიმიის მეთოდები. ეს არის, უპირველეს ყოვლისა, ექსპერიმენტული მეთოდი - გარე პირობებზე ნივთიერებების თვისებების დამოკიდებულების შესწავლა, სხვადასხვა პროცესის ნაკადის კანონების ექსპერიმენტული შესწავლა და ქიმიური წონასწორობის კანონები.

ექსპერიმენტული მონაცემების თეორიული გააზრება და ცოდნის თანმიმდევრული სისტემის შექმნა ეფუძნება თეორიული ფიზიკის მეთოდებს.

თერმოდინამიკური მეთოდი, რომელიც ერთ-ერთი მათგანია, შესაძლებელს ხდის ნივთიერების სხვადასხვა თვისებების რაოდენობრივად დაკავშირებას („მაკროსკოპული“ თვისებები) და ამ თვისებების გამოთვლა სხვა თვისებების ექსპერიმენტული მნიშვნელობების საფუძველზე.

თავი I
თერმოდინამიკის პირველი კანონი

§ 1. ენერგია. ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი

მატერიის განუყოფელი თვისება (ატრიბუტი) მოძრაობაა; ის ურღვევია, როგორც თავად მატერია. მატერიის მოძრაობა ვლინდება სხვადასხვა ფორმით, რომლებიც შეიძლება გადავიდნენ ერთმანეთში. მატერიის მოძრაობის საზომია ენერგია.რაოდენობრივად ენერგია გამოიხატება გარკვეული გზით მოძრაობის თითოეული კონკრეტული ფორმისთვის დამახასიათებელი პარამეტრებით და ამ ფორმისთვის დამახასიათებელი ერთეულებით.

ერთეულების SI სისტემაში ენერგიის ერთეული (სითბო და სამუშაო) არის ჯოული ( ჯ),ძალის მუშაობის ტოლია 1-ში ჰ 1-ის გზაზე მ. 1 J = 1 ნმ.

ენერგიის (სითბოს) კალორიის ფართოდ გავრცელებული ერთეული ამჟამად არის გარე სისტემის ერთეული, რომელიც დაშვებულია გამოსაყენებლად. ამჟამად გამოყენებული კალორია, განსაზღვრებით, უდრის ჯოულების გარკვეულ რაოდენობას: 1 განავალიუდრის 4,1868 ჯოულს. ეს ერთეული გამოიყენება სითბოს ინჟინერიაში და შეიძლება ეწოდოს თერმული კალორია.ქიმიურ თერმოდინამიკაში გამოიყენება ოდნავ განსხვავებული ერთეული, რომელიც უტოლდება 4,1840 ჯოულს და ე.წ. თერმოქიმიური კალორია.მისი გამოყენების მიზანშეწონილობა დაკავშირებულია საცნობარო წიგნებში შეგროვებული და ამ ერთეულებში გამოხატული ფართო ექსპერიმენტული თერმოქიმიური მასალის გამოყენების მოხერხებულობასთან.

როდესაც მოძრაობის ერთი ფორმა გარდაიქმნება მეორეში, გაუჩინარებული და გაჩენილი მოძრაობის ენერგიები, გამოხატული სხვადასხვა ერთეულებში, ერთმანეთის ექვივალენტურია, ანუ გაუჩინარებული მოძრაობის ენერგია მუდმივ რაოდენობრივ კავშირშია მოძრაობის ენერგიასთან. რომ წარმოიშვა (ენერგიის ეკვივალენტური გარდაქმნების კანონი).ეს თანაფარდობა არ არის დამოკიდებული მოძრაობის ორი ფორმის ენერგიაზე და კონკრეტულ პირობებზე, რომლებშიც მოხდა მოძრაობის ერთი ფორმადან მეორეზე გადასვლა. ასე რომ, როდესაც ელექტრული დენის ენერგია გარდაიქმნება ქაოტური მოლეკულური მოძრაობის ენერგიად, ელექტრული ენერგიის ერთი ჯოული ყოველთვის იქცევა 0,239-ად. განავალიმოლეკულური მოძრაობის ენერგია.

ამრიგად, ენერგია, როგორც მატერიის მოძრაობის საზომი, ყოველთვის ვლინდება თვისობრივად ორიგინალური ფორმით, რომელიც შეესაბამება მოძრაობის მოცემულ ფორმას და გამოიხატება შესაბამისი საზომი ერთეულებით. მეორეს მხრივ, რაოდენობრივად ასახავს მოძრაობის ყველა ფორმის ერთიანობას, მათ ურთიერთგადამქცევას და მოძრაობის ურღვევობას.

ენერგიის ეკვივალენტური გარდაქმნების ზემოაღნიშნული კანონი არის ფიზიკური ექსპერიმენტული კანონი. ეკვივალენტური ენერგიის გარდაქმნების კანონიშეიძლება გამოიხატოს სხვაგვარად, კერძოდ ფორმით ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი:ენერგია არც იქმნება და არც ნადგურდება; ყველა პროცესში და მოვლენაში, იზოლირებული მატერიალური სისტემის ყველა ნაწილის მთლიანი ენერგია, რომელიც მონაწილეობს ამ პროცესში, არ იზრდება ან მცირდება, რჩება მუდმივი.

ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი უნივერსალურია იმ გაგებით, რომ იგი გამოიყენება ფენომენებზე, რომლებიც ხდება თვითნებურად დიდ სხეულებში, რომლებიც წარმოადგენს უზარმაზარი რაოდენობის მოლეკულების ერთობლიობას და ფენომენებს, რომლებიც ხდება ერთი ან რამდენიმე მოლეკულის მონაწილეობით.

მექანიკური მოძრაობის სხვადასხვა ფორმებისთვის ენერგიის შენარჩუნების კანონი დიდი ხანია გამოხატულია თვისებრივი (დეკარტი - 1640) და რაოდენობრივი (ლაიბნიცი - 1697) სახით.

სითბოს და სამუშაოს ურთიერთ გარდაქმნების შესახებ (იხ. ქვემოთ), ენერგიის შენარჩუნების კანონი, როგორც საბუნებისმეტყველო კანონი, დადასტურდა იუ.რ. მაიერის, გ.ჰელმჰოლცის და დ.პ. XIX საუკუნე.

ეკვივალენტური გარდაქმნების კანონის გამოყენებით შესაძლებელია მოძრაობის სხვადასხვა ფორმის ენერგიების გამოხატვა ერთი ტიპის ენერგიისთვის დამახასიათებელ ერთეულებში (მოძრაობის ერთი ფორმა), შემდეგ კი შეკრების, გამოკლების და ა.შ.

§ 2. თერმოდინამიკის საგანი, მეთოდი და საზღვრები

თერმოდინამიკა თეორიული ფიზიკის ერთ-ერთი მთავარი დარგია. თერმოდინამიკა სწავლობს სხვადასხვა ტიპის ენერგიის ურთიერთგარდაქმნების კანონებს, რომლებიც დაკავშირებულია სხეულებს შორის ენერგიის გადაცემასთან სითბოსა და სამუშაოს სახით.თერმოდინამიკა, რომელიც ყურადღებას ამახვილებს სითბოზე და მუშაობაზე, როგორც ენერგიის გადაცემის ფორმებზე სხვადასხვა პროცესებში, მოიცავს მრავალ ენერგეტიკულ კავშირს და დამოკიდებულებას ნივთიერების სხვადასხვა თვისებებს შორის მის განხილვის წრეში და იძლევა ძალიან ფართოდ გამოყენებად განზოგადებებს ე.წ. თერმოდინამიკის კანონები.

ძირითადი თერმოდინამიკური კანონების დადგენისას, სხეულის შიგნით მომხდარი ენერგიის გარდაქმნები (ხშირად ძალიან რთული), როგორც წესი, არ არის დეტალური. ასევე არ არის დიფერენცირებული ორგანიზმში არსებული ენერგიის ტიპები მის მოცემულ მდგომარეობაში; ყველა ამ ტიპის ენერგიის მთლიანობა განიხილება როგორც ერთი სისტემის შიდა ენერგია .

ზემოთ მოყვანილი თერმოდინამიკის საგანი განსაზღვრავს ამ მეცნიერების მეთოდს და საზღვრებს. განსხვავება სითბოსა და სამუშაოს შორის, რომელიც თერმოდინამიკის საწყის წერტილად არის აღებული, და სითბოს მუშაობის წინააღმდეგობა, აზრი აქვს მხოლოდ მრავალი მოლეკულისგან შემდგარ სხეულებს, ვინაიდან ერთი მოლეკულისთვის ან მცირე რაოდენობის მოლეკულების კომპლექტისთვის, ცნებები სითბო და მუშაობა კარგავს თავის მნიშვნელობას. მაშასადამე, თერმოდინამიკა განიხილავს მხოლოდ სხეულებს, რომლებიც შედგება დიდი რაოდენობით მოლეკულებისგან, ე.წ. მაკროსკოპული სისტემებიუფრო მეტიც, თერმოდინამიკა თავის კლასიკურ ფორმაში არ ითვალისწინებს ცალკეული მოლეკულების ქცევას და თვისებებს.

თერმოდინამიკური მეთოდი ასევე ხასიათდება იმით, რომ კვლევის ობიექტია მატერიალური სამყაროდან იზოლირებული სხეული ან სხეულთა ჯგუფი. თერმოდინამიკური სისტემა (შემდგომში უბრალოდ სისტემა).

სისტემას აქვს გარკვეული საზღვრები, რომლებიც ჰყოფს მას გარე სამყაროსგან (გარემოდან).

სისტემა არის ერთგვაროვანი , თუ მის თითოეულ პარამეტრს აქვს ერთი და იგივე მნიშვნელობა სისტემის ყველა ნაწილში ან მუდმივად იცვლება წერტილიდან წერტილამდე.

სისტემა არის ჰეტეროგენული , თუ იგი შედგება რამდენიმე მაკროსკოპული (რომელიც თავის მხრივ მრავალი მოლეკულისგან შედგება) ნაწილისგან, რომლებიც ერთმანეთისგან გამოყოფილია ხილული ინტერფეისებით. ამ ზედაპირებზე ზოგიერთი პარამეტრი მკვეთრად იცვლება. ასეთია, მაგალითად, სისტემა „მყარი მარილი - გაჯერებული წყლის მარილის ხსნარი - გაჯერებული წყლის ორთქლი“. აქ, მარილის - ხსნარისა და ხსნარის - ორთქლის საზღვრებზე, შემადგენლობა და სიმკვრივე მკვეთრად იცვლება.

სისტემის ჰომოგენური ნაწილები, რომლებიც გამოყოფილია სხვა ნაწილებისგან ხილული ინტერფეისებით, ეწოდება ფაზები . ამ შემთხვევაში, სისტემის ცალკეული ერთგვაროვანი ნაწილების ერთობლიობა, რომლებსაც აქვთ იგივე ფიზიკური და თერმოდინამიკური თვისებები, ითვლება ერთ ფაზად (მაგალითად, ერთი ნივთიერების კრისტალების ნაკრები ან თხევადი წვეთების ნაკრები, რომლებიც შეჩერებულია გაზში და წარმოიქმნება. ნისლი). სისტემის თითოეული ეტაპი ხასიათდება მდგომარეობის საკუთარი განტოლებით.

სისტემას, რომელსაც არ შეუძლია მატერიისა და ენერგიის გაცვლა გარემოსთან (სითბოს ან სამუშაოს სახით) ეწოდება იზოლირებული .

სისტემას, რომელსაც შეუძლია მატერიისა და ენერგიის გაცვლა გარემოსთან (სითბოს ან სამუშაოს სახით) ეწოდება გახსნა.

სისტემას, რომელსაც არ შეუძლია მატერიის გაცვლა გარემოსთან, მაგრამ შეუძლია ენერგიის გაცვლა (სითბოს ან სამუშაოს სახით), ეწოდება დახურული .

თერმოდინამიკა სწავლობს კავშირს მთლიანი მატერიალური სისტემის ისეთ გაზომვად თვისებებსა და მის მაკროსკოპულ ნაწილებს (ფაზებს) შორის, როგორიცაა ტემპერატურა, წნევა, მასა, სიმკვრივე და სისტემაში შემავალი ფაზების ქიმიური შემადგენლობა და სხვა თვისებები, ასევე. როგორც ამ თვისებების ცვლილებებს შორის ურთიერთობა.

თერმოდინამიკის მიერ შესწავლილი თვისებების ერთობლიობა (ე.წ სისტემის თერმოდინამიკური პარამეტრები) განსაზღვრავს სისტემის თერმოდინამიკური მდგომარეობა.ნებისმიერი თერმოდინამიკური თვისების ცვლილება (თუნდაც მხოლოდ ერთი) იწვევს სისტემის თერმოდინამიკური მდგომარეობის ცვლილებას.

ბუნებაში მიმდინარე ყველა პროცესი შეიძლება დაიყოს სპონტანურ (ბუნებრივ) და არასპონტანურად.

სპონტანური პროცესებიეს არის პროცესები, რომლებიც არ საჭიროებს გარე ენერგიის შეყვანას. მაგალითად, სითბოს გადატანა უფრო მაღალი ტემპერატურის მქონე სხეულიდან უფრო დაბალი ტემპერატურის მქონე სხეულზე, წყალში მარილის დაშლა და ა.შ., თავისთავად მიმდინარეობს.

არასპონტანური პროცესებიმათი ნაკადისთვის საჭიროა გარედან ენერგია, მაგალითად, ჰაერის დაყოფა აზოტად და ჟანგბადად.

თერმოდინამიკა ძირითადად ითვალისწინებს სისტემის ისეთ მდგომარეობებს, რომლებშიც მისი პარამეტრები (ტემპერატურა, წნევა, ელექტროსტატიკური პოტენციალი და ა.შ.) დროთა განმავლობაში სპონტანურად არ იცვლება და ცალკეული ფაზის მოცულობის ყველა წერტილში ერთნაირი მნიშვნელობა აქვს. ასეთ სახელმწიფოებს ე.წ დაბალანსებული.

თერმოდინამიკის ერთ-ერთი ძირითადი პოსტულატი არის განცხადება, რომ ნებისმიერი სპონტანური პროცესის მიმდინარეობა საბოლოოდ მიიყვანს იზოლირებულ სისტემას წონასწორულ მდგომარეობაში, როდესაც მისი თვისებები აღარ შეიცვლება, ანუ სისტემაში წონასწორობა დამყარდება.

ფაზებში ტემპერატურის, წნევის და შემადგენლობის არაერთგვაროვანი და დროში ცვალებადი განაწილებით ხასიათდება მდგომარეობები. არათანაბარი. ისინი განიხილება არაწონასწორობის (შეუქცევადი) პროცესების თერმოდინამიკით, რომლებშიც ძირითადი თერმოდინამიკური კანონების გარდა გამოიყენება დამატებითი დაშვებები.

თერმოდინამიკას, რომელიც აგებულია თერმოდინამიკის ძირითადი კანონების საფუძველზე, რომლებიც განიხილება როგორც გამოცდილების განზოგადება, ხშირად უწოდებენ კლასიკურიან ფენომენოლოგიური თერმოდინამიკა.თერმოდინამიკა იძლევა თერმოძრავების თეორიის თეორიულ საფუძვლებს; ამ განყოფილებას ე.წ ტექნიკური თერმოდინამიკა.ეწევა ქიმიური პროცესების შესწავლას თერმოდინამიკური თვალსაზრისით ქიმიური თერმოდინამიკა,რომელიც ფიზიკური ქიმიის ერთ-ერთი მთავარი დარგია.

§ 3. სითბო და მუშაობა

მოძრაობის ფორმების ცვლილებები ერთი სხეულიდან მეორეზე გადასვლისას და ენერგიის შესაბამისი გარდაქმნები ძალიან მრავალფეროვანია. თავად მოძრაობის გადასვლის ფორმები და მასთან დაკავშირებული ენერგიის გადასვლები შეიძლება დაიყოს ორ ჯგუფად.

პირველ ჯგუფში შედის მოძრაობის გადასვლის მხოლოდ ერთი ფორმა ორი მომიჯნავე სხეულის მოლეკულების ქაოტური შეჯახებით, ე.ი. გამტარობით (და ამავე დროს გამოსხივებით). ამ გზით გადაცემული მოძრაობის საზომი არის სითბო .

მეორე ჯგუფი მოიცავს მოძრაობის გადასვლის სხვადასხვა ფორმებს, რომელთა საერთო მახასიათებელია მაკროსკოპული მასების მოძრაობა ნებისმიერი გარე ძალების მოქმედებით, რომლებსაც აქვთ მიმართული ხასიათი. ასეთია სხეულების აწევა გრავიტაციულ ველში, გარკვეული რაოდენობის ელექტროენერგიის გადასვლა უფრო დიდი ელექტროსტატიკური პოტენციალის მცირეზე, გაზის გაფართოება წნევის ქვეშ და ა.შ. ასეთი საშუალებებით გადაცემული მოძრაობის ზოგადი ზომაა მუშაობა .

სითბო და მუშაობა თვისობრივად და რაოდენობრივად ახასიათებს მატერიალური სამყაროს ერთი ნაწილიდან მეორეზე მოძრაობის გადაცემის ორ განსხვავებულ ფორმას.

მოძრაობის გადაცემა მატერიის ერთგვარი რთული მოძრაობაა, რომლის ორ ძირითად ფორმას გამოვყოფთ. სითბო და მუშაობა არის მატერიის მოძრაობის ამ ორი რთული ფორმის საზომი და ისინი უნდა ჩაითვალოს ენერგიის ტიპებად.

სითბოს და მუშაობის საერთო თვისება ის არის, რომ მათ აქვთ მნიშვნელობა მხოლოდ იმ დროის ინტერვალებში, რომლებშიც ეს პროცესები მიმდინარეობს. ასეთი პროცესების დროს ზოგიერთ სხეულში მცირდება მოძრაობა ამა თუ იმ ფორმით და მცირდება შესაბამისი ენერგია, ხოლო სხვა სხეულებში მატულობს მოძრაობა იმავე ან სხვა ფორმით და იზრდება ენერგიის შესაბამისი ტიპები.

ჩვენ არ ვსაუბრობთ სითბოს მარაგზე ან მუშაობაზე რომელიმე სხეულში, არამედ მხოლოდ ცნობილი პროცესის სითბოსა და მუშაობაზე. მისი დასრულების შემდეგ, არ არის საჭირო სხეულებში სითბოს არსებობაზე ან მუშაობაზე საუბარი.

§ 4. სითბოს და სამუშაოს ეკვივალენტობა

მუდმივი ექვივალენტური თანაფარდობა სითბოსა და სამუშაოს შორის მათი ურთიერთგადასვლის დროს დადგინდა D.P. Joule-ის კლასიკურ ექსპერიმენტებში (1842-1867). ტიპიური ჯოულის ექსპერიმენტი შემდეგია.

ჯოულის მოწყობილობა სითბოს მექანიკური ეკვივალენტის დასადგენად.

ცნობილი სიმაღლიდან ჩამოვარდნილი სიმძიმეები ატრიალებენ წყალში ჩაძირულ ამრევს კალორიმეტრში (წონა და კალორიმეტრი წყალთან ერთად წარმოადგენს თერმოდინამიკურ სისტემას.) შემრევის პირების როტაცია წყალში იწვევს კალორიმეტრში წყლის გაცხელებას; ტემპერატურის შესაბამისი მატება რაოდენობრივია.

მითითებული პროცესის დასრულების შემდეგ სისტემა უნდა მიიყვანოთ საწყის მდგომარეობაში. ეს შეიძლება გაკეთდეს გონებრივი გამოცდილებით. წონები ადის თავდაპირველ სიმაღლემდე, ხოლო გარე სამუშაო იხარჯება, რაც ზრდის სისტემის ენერგიას. გარდა ამისა, სითბოს ამოღება კალორიმეტრიდან (გადატანილია გარემოში) საწყის ტემპერატურამდე გაციებით. ეს ოპერაციები სისტემას უბრუნებს თავდაპირველ მდგომარეობას, ანუ სისტემის ყველა გაზომვადი თვისება იძენს იმავე მნიშვნელობებს, რაც ჰქონდათ საწყის მდგომარეობაში. პროცესს, რომლის დროსაც შეიცვალა სისტემის თვისებები და რომლის დასასრულს იგი დაუბრუნდა პირვანდელ მდგომარეობას, ეწოდება წრიული (ციკლური) პროცესი ან ციკლი .

აღწერილი ციკლის ერთადერთი შედეგია სამუშაოს ამოღება სისტემის მიმდებარე გარემოდან და ამ გარემოში კალორიმეტრიდან აღებული სითბოს გადატანა.

ამ ორი სიდიდის შედარება, გაზომილი შესაბამის ერთეულებში, აჩვენებს მათ შორის მუდმივ კავშირს, დამოუკიდებლად დატვირთვის სიდიდისგან, კალორიმეტრის ზომისა და სითბოს და მუშაობის სპეციფიკური რაოდენობით სხვადასხვა ექსპერიმენტებში.

მიზანშეწონილია ჩაწეროთ სითბო და იმუშაოთ ციკლურ პროცესში, როგორც უსასრულოდ მცირე (ელემენტარული) სითბოს ჯამი (ინტეგრალი)  ქდა უსასრულო (დაწყებითი) სამუშაოები  ვდა ინტეგრაციის საწყისი და საბოლოო საზღვრები ემთხვევა (ციკლი).

შემდეგ სითბოს და მუშაობის ეკვივალენტობა ციკლურ პროცესში შეიძლება ჩაიწეროს შემდეგნაირად:

(მე, 1)

განტოლებაში (I, 1) ნიშანი აღნიშნავს ინტეგრაციას ციკლზე. კოეფიციენტის მუდმივობა კ ასახავს სითბოს და მუშაობის ეკვივალენტობას ( კარის სითბოს მექანიკური ეკვივალენტი). განტოლება (I, 1) გამოხატავს ენერგიის შენარჩუნების კანონს სამუშაოს სითბოდ გადაქცევის კონკრეტული, ძალიან მნიშვნელოვანი შემთხვევისთვის.

ჯოულის, როულენდის (1880), მიკულესკუს (1892) და სხვათა კვლევებში გამოიყენებოდა ლითონებში ხახუნის, ზემოქმედების, ელექტრული დენის მუშაობის უშუალო გადაქცევის სიცხეში, მყარი ნივთიერებების დაჭიმვის მეთოდები და სხვ. კ ყოველთვის მუდმივი ექსპერიმენტული შეცდომის ფარგლებში.

შემდეგში ყოველთვის ვარაუდობენ, რომ მუშაობა და სითბო, კოეფიციენტის დახმარებით კგამოხატული იგივე ერთეულებით (რაც არ უნდა იყოს) და კოეფიციენტი კმიდის ქვემოთ.

§ 5. შინაგანი ენერგია

არაწრიული პროცესისთვის, თანასწორობა (I, 1) არ შეინიშნება, რადგან სისტემა არ უბრუნდება თავდაპირველ მდგომარეობას. ამის ნაცვლად, შეიძლება ჩაიწეროს ტოლობები არაწრიული პროცესისთვის (კოეფიციენტის გამოტოვებით კ):

≠

ვინაიდან ინტეგრაციის საზღვრები ზოგადად თვითნებურია, მაშინ ელემენტარული რაოდენობით  ვ და  ქ:

ქ   ვ,

შესაბამისად:

ქ – ვ  0

აღნიშნე განსხვავება  ქ –  ვნებისმიერი ელემენტარული თერმოდინამიკური პროცესის მეშვეობით dU:

dU   ქ – ვ (მე, 2)

ან საბოლოო პროცესისთვის:

–
(I, 2a)

წრიულ პროცესს რომ დავუბრუნდეთ, ვიღებთ (განტოლებიდან I, 1):

=
–
= 0 (I, 3)

ამრიგად, ღირებულება dU არის ზოგიერთი სისტემის მდგომარეობის ფუნქციის სრული დიფერენციალი. როდესაც სისტემა უბრუნდება თავდაპირველ მდგომარეობას (ციკლური ცვლილების შემდეგ), ამ ფუნქციის მნიშვნელობა იძენს თავდაპირველ მნიშვნელობას.

სისტემის მდგომარეობის ფუნქციაუ , განისაზღვრება თანასწორობით (მე, 2) ან (მე, 2ა) ეწოდებაშინაგანი ენერგია სისტემები .

ცხადია, გამოხატულება (I, 2a) შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

= უ 2 – უ 1 = ∆ უ = – (I, 2b)

უ 2 – უ 1 = ∆U = Q – W

ეს მსჯელობა ემპირიულად ასაბუთებს სისტემის მდგომარეობის გარკვეული ფუნქციის არსებობას, რომელსაც აქვს ყველა მოძრაობის მთლიანი საზომის მნიშვნელობა, რომელსაც სისტემა ფლობს.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, შინაგანი ენერგია მოიცავს მოლეკულების მთარგმნელობით და ბრუნვის ენერგიას, ატომებისა და ატომების ჯგუფების ვიბრაციულ ენერგიას მოლეკულაში, ელექტრონის მოძრაობის ენერგიას, ინტრაბირთვულ და სხვა სახის ენერგიას, ანუ ყველა სახის ნაწილაკების ენერგიის მთლიანობას. სისტემაში, გარდა თავად სისტემის პოტენციური და კინეტიკური ენერგიისა.

დავუშვათ, რომ ციკლური პროცესი განხორციელდა ისე, რომ მას შემდეგ, რაც სისტემა დაბრუნდა საწყის მდგომარეობაში, სისტემის შიდა ენერგიამ არ მიიღო საწყისი მნიშვნელობა, არამედ გაიზარდა. ამ შემთხვევაში წრიული პროცესების გამეორება გამოიწვევს სისტემაში ენერგიის დაგროვებას. შესაძლებელი იქნებოდა ამ ენერგიის სამუშაოდ გადაქცევა და ამ გზით სამუშაოს მიღება არა სითბოს ხარჯზე, არამედ „არაფრისგან“, რადგან წრიულ პროცესში მუშაობა და სითბო ერთმანეთის ექვივალენტურია, რაც ნაჩვენებია პირდაპირი ექსპერიმენტებით. .

მითითებული მშენებლობის ციკლის დასრულების შეუძლებლობა perpetuum mobile (perpetuum mobile) პირველი სახის,რომ იძლევა სამუშაოს სხვა ტიპის ენერგიის ექვივალენტური რაოდენობის დახარჯვის გარეშე, დასტურდება ადამიანის ათასობით წლის გამოცდილების უარყოფითი შედეგით. ეს შედეგი მიგვიყვანს იმავე დასკვნამდე, რომელიც მივიღეთ კონკრეტული, მაგრამ უფრო მკაცრი ფორმით ჯოულის ექსპერიმენტების ანალიზით.

კიდევ ერთხელ ჩამოვაყალიბოთ მიღებული შედეგი. სისტემის მთლიანი ენერგია (მისი შიდა ენერგია) ციკლური პროცესის შედეგად უბრუნდება თავდაპირველ მნიშვნელობას, ანუ მოცემულ მდგომარეობაში სისტემის შიდა ენერგიას აქვს ერთი განსაზღვრული მნიშვნელობა და არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ რა ცვლილებები განიცადა სისტემამ. ამ მდგომარეობამდე მისვლამდე.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სისტემის შიდა ენერგია არის სისტემის მდგომარეობის ერთმნიშვნელოვანი, უწყვეტი და სასრული ფუნქცია.

სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება განისაზღვრება გამოხატულებით (I, 2b); გამოთქმა (I, 3) მოქმედებს წრიული პროცესისთვის. სისტემის ზოგიერთი თვისების (პარამეტრის) უსასრულოდ მცირე ცვლილებით, სისტემის შიდა ენერგიაც უსასრულოდ იცვლება. ეს არის უწყვეტი ფუნქციის თვისება.

თერმოდინამიკის ფარგლებში არ არის საჭირო შინაგანი ენერგიის კონცეფციის ზოგადი განმარტების გამოყენება. ფორმალური რაოდენობრივი განსაზღვრება გამონათქვამების (I, 2) ან (I, 2a) მეშვეობით საკმარისია შემდგომი თერმოდინამიკური მსჯელობისა და დასკვნებისთვის.

ვინაიდან სისტემის შიდა ენერგია მისი მდგომარეობის ფუნქციაა, მაშინ, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, შიდა ენერგიის ზრდა სისტემის მდგომარეობის პარამეტრებში უსასრულოდ მცირე ცვლილებებით არის მდგომარეობის ფუნქციის სრული დიფერენციალი. (I, 3) განტოლებაში ინტეგრალის დაშლა ორ ინტეგრალში მდგომარეობიდან ბილიკის მონაკვეთებზე 1 სახელმწიფომდე 2 (გზა „ა“) (იხ. სურ. I) და პირიქით - მდგომარეობიდან 2

მოწინავე კურსი ფიზიკური ქიმიამე-6 გამოცდა დისციპლინის დაუფლებამდე „მოწინავე ფიზიკური ქიმია"უნდა იყოს... გვერდით ფიზიკური ქიმია. / რედაქტირებულია V.V. ბუდანოვა, ნ.კ. ვორობიოვი. - ლ.: Ქიმია, 1986. - 352გვ. პრაქტიკული მუშაობა ფიზიკური ქიმია ...

სამუშაო პროგრამა დისციპლინაში: "ორგანული და ფიზიკური ქიმია" სპეციალობაზე 060601 სამედიცინო ბიოქიმია, კურსდამთავრებულთა კვალიფიკაციის კოდი (65 სპეციალისტი) განათლების ფორმა (სრულ განაკვეთზე)

სამუშაო პროგრამა

ამბიონში ბიბლიოთეკაში 1 ორგანული და ფიზიკური ქიმია(ორგანული ქიმია, ნაწილი I). V.A. სტარცევა, L.E. Nikitina, N.P. ... ამბიონში ბიბლიოთეკაში 1 ორგანული და ფიზიკური ქიმია(ორგანული ქიმია, ნაწილი I). V.A. სტარცევა, L.E. Nikitina, N.P. ...

გამოცდა No2 ფიზიკურ ქიმიაში

დოკუმენტი

ტესტი No2-ის მიერ ფიზიკური ქიმიავარიანტი 2 რა არის ტემპერატურა .... გამოცდა No2 ზე ფიზიკური ქიმიავარიანტი 3 ჩამოთვალეთ ფიზიკური და ქიმიური სიდიდეები ... გამოცდა No2 on ფიზიკური ქიმიავარიანტი 12 განსაზღვრის ელექტროდები. ...

მეთოდური სახელმძღვანელო ლაბორატორიული სამუშაოს No4 ფიზიკური ქიმიის კურსზე ქიმიური ტექნოლოგიური და სამშენებლო მასალების შემსწავლელი ფაკულტეტის სრულ განაკვეთზე სტუდენტებისთვის.

ხელსაწყოების ნაკრები

წონასწორობის მუდმივი ღირებულებები ფიზიკური ქიმიახშირად ტარდება ლაბორატორიული სამუშაოები ... გვ. 3. პეტროვი ნ.ა., ჩერეპანოვი ვ.ა. ერმიშინა იუ.ა. სემინარის შესახებ ფიზიკური ქიმია. ხელსაწყოების ნაკრები. ეკატერინბურგი: გამომცემლობა...

მისაღები გამოცდის პროგრამა სპეციალობაში 02. 00. 04 "ფიზიკური ქიმია"

პროგრამა

წონასწორობა // მ.: მეტალურგია.-1988.-560 წ. კარგად ფიზიკური ქიმია/ ᲛᲔ ᲓᲐ. გერასიმოვი, ვ.პ. დრაივინგი, ე.ი. ერმინი და სხვები: ქვეშ ... .- 1980.- 180 წ. გორშკოვი ბ.ი., კუზნეცოვი ი.ა. / საფუძვლები ფიზიკური ქიმია. მე-2 გამოცემა. // მ.: მოსკოვის უნივერსიტეტის გამომცემლობა...

თერმოდინამიკური სისტემა- სხეული ან სხეულთა ჯგუფი, რომლებიც ურთიერთქმედებაში არიან, გონებრივად ან რეალურად იზოლირებულნი არიან გარემოსგან.

ერთგვაროვანი სისტემა- სისტემა, რომლის შიგნით არ არის სისტემის ნაწილების (ფაზების) გამყოფი ზედაპირი, რომლებიც განსხვავდება თვისებებით.

ჰეტეროგენული სისტემა- სისტემა, რომელშიც არის ზედაპირები, რომლებიც გამოყოფენ სისტემის ნაწილებს, რომლებიც განსხვავდებიან თვისებებით.

ფაზა- ჰეტეროგენული სისტემის ერთგვაროვანი ნაწილების ერთობლიობა, რომლებიც იდენტურია ფიზიკურად და ქიმიური თვისებებიგამოყოფილია სისტემის სხვა ნაწილებისგან ხილული ინტერფეისებით.

იზოლირებული სისტემასისტემა, რომელიც არ ცვლის მატერიას ან ენერგიას თავის გარემოსთან.

დახურული სისტემა- სისტემა, რომელიც ცვლის ენერგიას გარემოსთან, მაგრამ არ ცვლის მატერიას.

ღია სისტემა- სისტემა, რომელიც ცვლის როგორც მატერიას, ასევე ენერგიას გარემოსთან.

სახელმწიფო პარამეტრებიარის განსახილველი სისტემის ზოგიერთი მაკროსკოპული თვისების დამახასიათებელი სიდიდეები.

თერმოდინამიკური პროცესი– სისტემის თერმოდინამიკური მდგომარეობის ნებისმიერი ცვლილება (ცვლილება მინიმუმ ერთი მდგომარეობის პარამეტრში).

შექცევადი პროცესი- პროცესი, რომელიც საშუალებას აძლევს სისტემას დაუბრუნდეს პირვანდელ მდგომარეობას გარემოში რაიმე ცვლილების დატოვების გარეშე.

წონასწორობის პროცესი- პროცესი, რომლის დროსაც სისტემა გადის მდგომარეობათა უწყვეტ სერიას, რომლებიც უსასრულოდ ახლოს არიან წონასწორობის მდგომარეობასთან. წონასწორობის პროცესის დამახასიათებელი ნიშნები:

1) უსასრულო განსხვავება მოქმედ და დაპირისპირებულ ძალებს შორის: ფექს-ფინი > 0;

2) სისტემის მიერ შესრულება მაქსიმალური მუშაობის უშუალო პროცესში | ვ| = მაქს;

3) პროცესის უსასრულოდ ნელი ნაკადი, რომელიც დაკავშირებულია მოქმედ ძალებში უსასრულოდ მცირე განსხვავებასთან და შუალედური მდგომარეობის უსასრულოდ დიდ რაოდენობასთან. ტ > ?.

სპონტანური პროცესი- პროცესი, რომელიც შეიძლება გაგრძელდეს გარედან სამუშაოს დახარჯვის გარეშე და შედეგად, სამუშაოს მიღება შესაძლებელია სისტემის მდგომარეობის ცვლილების პროპორციულად. შეიძლება მოხდეს სპონტანური პროცესი შექცევადიან შეუქცევადად.

არასპონტანური პროცესიპროცესი, რომელიც მოითხოვს გარე მუშაობას სისტემის მდგომარეობის ცვლილების პროპორციულად.

ენერგიაარის სისტემის მუშაობის უნარის საზომი; მატერიის მოძრაობისა და ურთიერთქმედების ზოგადი თვისებრივი საზომი. ენერგია მატერიის თანდაყოლილი თვისებაა. გამოარჩევენ პოტენციური ენერგიაზოგიერთი ძალის ველში სხეულის პოზიციის გამო და კინეტიკური ენერგიაგამოწვეულია სხეულის პოზიციის ცვლილებით სივრცეში.

სისტემის შიდა ენერგია უ არის სისტემის შემადგენელი ყველა ნაწილაკების კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის ჯამი. ასევე შეიძლება განვსაზღვროთ სისტემის შიდა ენერგია, როგორც მისი მთლიანი ენერგია გამოკლებული სისტემის კინეტიკური და პოტენციური ენერგია მთლიანად. [ უ]= ჯ.

სითბო ქ - ენერგიის გადაცემის ფორმა მოლეკულების მოუწესრიგებელი მოძრაობით, ორი მიმდებარე სხეულის მოლეკულების ქაოტური შეჯახებით, ანუ სითბოს გამტარობით (და ამავე დროს გამოსხივების საშუალებით). Q > 0, თუ სისტემა იღებს სითბოს გარემოდან. [ ქ]= ჯ.

მუშაობა ვ - ენერგიის გადაცემის ფორმა ნაწილაკების მოწესრიგებული მოძრაობით (მაკროსკოპული მასები) ნებისმიერი ძალის მოქმედებით. W > 0 თუ გარემომუშაობს სისტემაზე. [W] = ჯ.

ყველა სამუშაო დაყოფილია გაფართოების (ან შეკუმშვის) მექანიკური მუშაობადა სხვა სახის სამუშაოები (სასარგებლო სამუშაო): ? W = -pdV + ?W?.

მყარი და სითხეების სტანდარტული მდგომარეობაარის სუფთა ნივთიერების სტაბილური მდგომარეობა მოცემულ ტემპერატურაზე წნევის ქვეშ p = 1 ატმ.

სტანდარტული სახელმწიფო სუფთა გაზი- აირის მდგომარეობა, რომელიც ემორჩილება იდეალური გაზის მდგომარეობის განტოლებას 1 ატმ წნევის დროს.

სტანდარტული მნიშვნელობები– სტანდარტულ მდგომარეობაში მყოფი ნივთიერებებისთვის განსაზღვრული რაოდენობები (მითითებულია 0-ით).

1.1. თერმოდინამიკის პირველი კანონი

ენერგია ურღვევი და შეუქმნელია; მას შეუძლია შეიცვალოს ერთი ფორმიდან მეორეში მხოლოდ ექვივალენტური პროპორციებით.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი პოსტულატია - მისი ლოგიკურად დამტკიცება ან სხვაგან გამომდინარე შეუძლებელია. ზოგადი დებულებები.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი ადგენს ურთიერთობას სითბოს შორის Q,მუშაობა ვდა სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება? უ.

იზოლირებული სისტემა

იზოლირებული სისტემის შიდა ენერგია მუდმივი რჩება.

U=კონსტ ან dU= 0

დახურული სისტემა

დახურული სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება ხდება სისტემაზე გადაცემული სითბოს ან/და სისტემაზე შესრულებული სამუშაოს გამო.

?U=Q+Wან dU=? Q+? ვ

ღია სისტემა

ღია სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება ხდება სისტემაზე გადაცემული სითბოს ან/და სისტემაზე შესრულებული სამუშაოს გამო, ასევე სისტემის მასის ცვლილების გამო.

?U = Q + W + ?U mან dU=? Q+? W+ მე?უ მედნ მე

შინაგანი ენერგია არის სახელმწიფო ფუნქცია; ეს ნიშნავს, რომ შიდა ენერგიის ცვლილება? უარ არის დამოკიდებული სისტემის გადასვლის გზაზე 1-დან მე-2 მდგომარეობამდე და უდრის განსხვავებას შიდა ენერგიის მნიშვნელობებს შორის U 2და U 1ამ შტატებში:

?U \u003d U 2 - U 1

გარკვეული პროცესისთვის:

?U = ?(v i U i) npod - ?(v i U i) ref

1.2. თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენება ერთკომპონენტიან დახურულ სისტემებზე

იზოქორული პროცესი (V = const; ?ვ = 0)

უმარტივეს შემთხვევაში, სასარგებლო სამუშაო არ კეთდება.

dU=? Q+? W=? Q- PDV dU = ?Q v = C V dT = nC V dT

სისტემის მიერ მიღებული სითბოს მთელი რაოდენობა მიდის შიდა ენერგიის შეცვლაზე.

– სითბოს სიმძლავრე მუდმივი მოცულობით,ე.ი. სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა სისტემის ტემპერატურის ამაღლებისთვის ერთი გრადუსით მუდმივ მოცულობით. [ CV] = J / გრადუსი.

CVარის მოლური სითბოს სიმძლავრე მუდმივ მოცულობაზე, J/(მოლ? გრადუსი). ამისთვის იდეალური აირები:

C V = 2/3 Rარის ერთატომური გაზი;

C V = 5/2 Rარის დიატომიური გაზი.

იზობარული პროცესი (რ = const) dU=? Q+? W = ?Q – pdV ?Q p = dU + pdV = d(U + pV) = dH

H \u003d U + pV - ენთალპიაარის სისტემის მდგომარეობის ფუნქცია.

?Н = ?(? i U i)პროდ - ?(? მე უ მე) ref

?Q p = dU + pdV =dH = C p dT –იზობარული პროცესის თერმული ეფექტი უდრის სისტემის ენთალპიის ცვლილებას.

– სითბოს სიმძლავრე მუდმივი წნევის დროს. [FROM] = ჯ/ გრადუსი.

C გვარის მოლური სითბოს სიმძლავრე მუდმივ წნევაზე, J/(მოლ? გრადუსი).

იდეალური გაზებისთვის: C p = C V + R; C p, C V =[ჯ/(მოლ K)].

ქიმიური რეაქციის თერმული ეფექტი (სითბო).- რეაქციის დროს გამოთავისუფლებული ან შთანთქმული სითბოს რაოდენობა მუდმივ ტემპერატურაზე.

Qv = ?UV Qp = ?ზემოთ რეაქციის თერმული ეფექტის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. კირჩჰოფის კანონი

ქიმიური რეაქციის თერმული ეფექტის ტემპერატურული კოეფიციენტი უდრის რეაქციის დროს სისტემის სითბოს სიმძლავრის ცვლილებას.

კირჩჰოფის კანონი:

ქიმიური პროცესისთვის, სითბოს სიმძლავრის ცვლილება მოცემულია სისტემის შემადგენლობის ცვლილებით:

?C გვ= ?(? i C p,i) prod – ?(? i C p,i) ref თუ? C V =?(? i C V,i) პროდ – ?(? i C V,i) ref

კირჩჰოფის კანონის ინტეგრალური ფორმა:

?H T2 \u003d ?H T1 + ?C p (T 2 - T 1) ან? U T2 \u003d? U Ti +? C V (T 2 - T 1)

1.3. თერმოდინამიკის მეორე კანონი. ენტროპია

1) სითბო არ შეიძლება სპონტანურად გადავიდეს ნაკლებად გახურებული სხეულიდან უფრო გახურებულზე.

2) შეუძლებელია პროცესი, რომლის ერთადერთი შედეგია სითბოს გადაქცევა სამუშაოდ.

3) არსებობს სისტემის მდგომარეობის ფუნქცია, რომელსაც ე.წ ენტროპიარომლის ცვლილება დაკავშირებულია შთანთქმის სითბოსთან და სისტემის ტემპერატურასთან შემდეგნაირად:

არაწონასწორობის პროცესში

წონასწორობის პროცესში

S არის ენტროპია, J / გრადუსი,

არის შემცირებული სითბო.

ენტროპიის სტატისტიკური ინტერპრეტაცია

სისტემის თითოეული მდგომარეობა მინიჭებულია თერმოდინამიკური ალბათობა(განსაზღვრულია როგორც მიკრომდგომარეობების რაოდენობა, რომლებიც ქმნიან სისტემის მოცემულ მაკროსტატს), რაც უფრო დიდია, მით უფრო მოუწესრიგებელი ან განუსაზღვრელია ეს მდგომარეობა. ენტროპია არის მდგომარეობის ფუნქცია, რომელიც აღწერს სისტემის არეულობის ხარისხს.

S=kლნ ვარის ბოლცმანის ფორმულა.

სისტემა მიდრეკილია სპონტანურად გადავიდეს მდგომარეობაზე მაქსიმალური თერმოდინამიკური ალბათობით.

აბსოლუტური ენტროპიის გაანგარიშება

ქიმიური პროცესის დროს ენტროპიის ცვლილება განისაზღვრება მხოლოდ საწყისი ნივთიერებებისა და რეაქციის პროდუქტების ტიპისა და მდგომარეობის მიხედვით და არ არის დამოკიდებული რეაქციის გზაზე:

?S = ?(? i S i)პროდ - ?(?iSi) ref

აბსოლუტური ენტროპიის მნიშვნელობები სტანდარტულ პირობებში მოცემულია საცნობარო ლიტერატურაში.

1.4. თერმოდინამიკური პოტენციალი

პოტენციალიარის მნიშვნელობა, რომლის შემცირება განსაზღვრავს სისტემის მიერ შესრულებულ სამუშაოს.

სპონტანურად შეიძლება მიმდინარეობდეს მხოლოდ ის პროცესები, რომლებიც იწვევს სისტემის თავისუფალი ენერგიის შემცირებას; სისტემა წონასწორობის მდგომარეობაში მოდის, როდესაც თავისუფალი ენერგია მიაღწევს მინიმალურ მნიშვნელობას.

F = U – TS – ჰელმჰოლცის თავისუფალი ენერგია – იზოქორიულ-იზოთერმული პოტენციალი(J) - განსაზღვრავს პროცესის სპონტანური დინების მიმართულებას და ზღვარს დახურულ სისტემაში იზოქორიულ-იზოთერმული პირობებში.

dF = dU – TdSან? F = ?U - T?S

G = H – TS = U + pV – TS – გიბსის თავისუფალი ენერგია – იზობარულ-იზოთერმული პოტენციალი(J) - განსაზღვრავს პროცესის სპონტანური დინების მიმართულებას და ზღვარს დახურულ სისტემაში იზობარი-იზოთერმული პირობებში.

dG = dH – TdSან? G = ?H - T?S ?G= ?(? მე გ ი)პროდ - ?(? მე გ ი) ref ?G0 = ?(? მე ?G arr 0)პროდ - ?(? მე ?G arr 0) ref დახურულ სისტემებში სპონტანური პროცესების პირობები

იზობარულ-იზოთერმული (P =კონსტ, T = const):

?გ< 0, dG < 0

იზოქორიულ-იზოთერმული (V =კონსტ, T = const):

?F< 0, dF< 0

თერმოდინამიკური წონასწორობამინიმალური თავისუფალი ენერგიის მქონე სისტემის ისეთ თერმოდინამიკურ მდგომარეობას ეწოდება, რომელიც მუდმივ გარე პირობებში არ იცვლება დროში და ეს უცვლელობა არ არის რაიმე გარეგანი პროცესის გამო.

თერმოდინამიკური წონასწორობის პირობებიდახურულ სისტემაში

იზობარულ-იზოთერმული (P =კონსტ, T = const):

?G = 0, dG= 0, d 2 G > 0

იზოქორიულ-იზოთერმული (V =კონსტ, T = const):

?F=0, dF = 0, d 2 F >0 ქიმიური რეაქციის იზოთერმული განტოლებები:

რეაქციისთვის v 1 A 1 + v 2 A 2+ … = v? 1 B 1 + v? 2 B 2 +…

Აქ C i, p i- რეაქტიული ნივთიერებების კონცენტრაცია, წნევა დროის ნებისმიერ მომენტში, წონასწორობის მდგომარეობიდან განსხვავებული.

გარე პირობების გავლენა ქიმიურ წონასწორობაზე

ლე შატელიე-ბრაუნის წონასწორობის ცვლის პრინციპი

თუ გარეგანი ზემოქმედება განხორციელდება სისტემაზე, რომელიც იმყოფება ჭეშმარიტ წონასწორობაში, მაშინ სისტემაში წარმოიქმნება სპონტანური პროცესი, რომელიც ანაზღაურებს ამ ზემოქმედებას.

ტემპერატურის ეფექტი წონასწორობის პოზიციაზე

ეგზოთერმული რეაქციები: ?H°< 0 (?U° < 0). Повышение температуры уменьшает величину константы равновесия, т. е. смещает равновесие влево.

ენდოთერმული რეაქციები: ?H° > 0 (?U°> 0). ტემპერატურის მატება ზრდის წონასწორობის მუდმივის მნიშვნელობას (ბალანსს გადააქვს მარჯვნივ).

2. ფაზის წონასწორობა

Კომპონენტი- სისტემის ქიმიურად ერთგვაროვანი კომპონენტი, რომელიც შეიძლება იზოლირებული იყოს სისტემიდან და არსებობდეს მის გარეთ. სისტემის დამოუკიდებელი კომპონენტების რაოდენობა უდრის კომპონენტების რაოდენობას გამოკლებული მათ შორის შესაძლო ქიმიური რეაქციების რაოდენობა.

თავისუფლების ხარისხების რაოდენობაარის სისტემის მდგომარეობის პარამეტრების რაოდენობა, რომელიც შეიძლება ერთდროულად თვითნებურად შეიცვალოს გარკვეულ საზღვრებში, სისტემაში ფაზების რაოდენობისა და ბუნების შეცვლის გარეშე.

ფაზის წესიჯ.გიბსი:

წონასწორული თერმოდინამიკური სისტემის C თავისუფლების ხარისხი უდრის K სისტემის დამოუკიდებელი კომპონენტების რაოდენობას გამოკლებული ფაზების რიცხვი Ф პლუს წონასწორობაზე მოქმედი გარე ფაქტორების რაოდენობა: C \u003d K - F + n.

სისტემისთვის, რომელზეც გავლენას ახდენს მხოლოდ გარე ფაქტორები ტემპერატურა და წნევა,შეიძლება დაიწეროს: C \u003d K - F+ 2.

უწყვეტობის პრინციპი- მდგომარეობის პარამეტრების უწყვეტი ცვლილებით, ინდივიდუალური ფაზის ყველა თვისება ასევე მუდმივად იცვლება; მთლიანი სისტემის თვისებები მუდმივად იცვლება მანამ, სანამ სისტემაში ფაზების რაოდენობა ან ბუნება არ შეიცვლება, რაც იწვევს სისტემის თვისებების მკვეთრ ცვლილებას.

Მიხედვით შესაბამისობის პრინციპი,სისტემის მდგომარეობის დიაგრამაზე, თითოეული ფაზა შეესაბამება სიბრტყის ნაწილს - ფაზის ველს. სიბრტყეების გადაკვეთის ხაზები შეესაბამება წონასწორობას ორ ფაზას შორის. მდგომარეობის დიაგრამაზე ნებისმიერი წერტილი (ე.წ. ფიგურალური წერტილი)შეესაბამება სისტემის გარკვეულ მდგომარეობას მდგომარეობის პარამეტრების გარკვეული მნიშვნელობებით.

2.1. წყლის სტატუსის დიაგრამა

K = 1. სისტემაში შესაძლებელია სამფაზიანი წონასწორობა: თხევადსა და გაზს (ხაზი OA), მყარ და აირს (ხაზი OB), მყარ და თხევად (ხაზი OC) შორის. სამ მრუდს აქვს გადაკვეთის წერტილი O, რომელსაც ეწოდება წყლის სამმაგი წერტილი,– შეესაბამება წონასწორობას სამ ფაზასა და С = 0; სამი ფაზა შეიძლება იყოს წონასწორობაში მხოლოდ ტემპერატურისა და წნევის მკაცრად განსაზღვრულ მნიშვნელობებზე (წყალისთვის სამმაგი წერტილი შეესაბამება მდგომარეობას P = 6,1 კპა და T = 273,16 კ).

დიაგრამის თითოეული არეალის შიგნით (AOB, BOC, AOC) სისტემა ერთფაზიანია; C = 2 (სისტემა ბივარიანტულია).

თითოეულ ხაზზე, სისტემაში ფაზის რაოდენობა არის ორი და, ფაზის წესის მიხედვით, სისტემა მონოვარიანტულია: C \u003d 1 - 2 + 2 \u003d 1, ანუ არის მხოლოდ ერთი წნევის მნიშვნელობა. თითოეული ტემპერატურის მნიშვნელობა.

ფაზის გადასვლის ტემპერატურაზე წნევის გავლენა აღწერილია კლაუსიუს-კლაპეირონის განტოლება:

V2, V1არის ნივთიერების მოლური მოცულობის ცვლილება ფაზური გადასვლის დროს.

წონასწორობის მრუდი მყარი- სითხე "წყლის მდგომარეობის დიაგრამაზე დახრილია მარცხნივ, ხოლო სხვა ნივთიერებების მდგომარეობის დიაგრამებზე - მარჯვნივ, რადგან წყლის სიმკვრივე ყინულის სიმკვრივეზე მეტია, ანუ დნობას თან ახლავს მოცულობის შემცირება. (AV< 0). ამ შემთხვევაში წნევის მატება შეამცირებს ფაზის გადასვლის ტემპერატურას "მყარი - თხევადი" (წყალი - ანომალიური ნივთიერება).ყველა სხვა ნივთიერებისთვის (ე.წ. ნორმალური ნივთიერებები) ?V pl> 0 და, კლაუსიუს-კლაპეირონის განტოლების მიხედვით, წნევის მატება იწვევს დნობის ტემპერატურის ზრდას.

3. ხსნარების თვისებები

3.1. ხსნარების თერმოდინამიკა

გამოსავალი- ჰომოგენური სისტემა, რომელიც შედგება ორი ან მეტი კომპონენტისგან, რომლის შემადგენლობა შეიძლება მუდმივად შეიცვალოს გარკვეულ საზღვრებში მისი თვისებების მკვეთრი ცვლილების გარეშე.

დიფუზია ხსნარებში

დიფუზია- ხსნარში ნივთიერების კონცენტრაციის გათანაბრების სპონტანური პროცესი მისი მოლეკულების ან ატომების თერმული მოძრაობის გამო.

ფიკის კანონი:ნივთიერების რაოდენობა, რომელიც ვრცელდება დროის ერთეულზე ერთეული ზედაპირის ფართობზე, მისი კონცენტრაციის გრადიენტის პროპორციულია:

სადაც ჯარის დიფუზიური ნაკადი; დარის დიფუზიის კოეფიციენტი.

აინშტაინ-სმოლუჩოვსკის განტოლება:

სად? არის საშუალების სიბლანტე; რარის დიფუზური ნაწილაკების რადიუსი.

გაზების ხსნადობა აირებში

დალტონის კანონი:მთლიანი წნევა გაზის ნარევიუდრის მასში შემავალი ყველა აირის ნაწილობრივი წნევის ჯამს:

R სულ = ? პიდა pi = xi P სულ

ჰენრი დალტონის კანონი:გაზის ხსნადობა სითხეში პირდაპირპროპორციულია მისი წნევის სითხეზე: C i = kp i,სადაც C iარის გაზის ხსნარის კონცენტრაცია სითხეში; კარის პროპორციულობის კოეფიციენტი, რაც დამოკიდებულია გაზის ბუნებაზე.

როგორც წესი, როდესაც აირი იხსნება სითხეში, სითბო გამოიყოფა (მდე< 0), ასე რომ ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ხსნადობა მცირდება.

სეჩენოვის ფორმულა:

X \u003d X 0 e-kC ელ

სადაც Xდა X 0არის გაზის ხსნადობა სუფთა გამხსნელში და ელექტროლიტის ხსნარში კონცენტრაციით FROM.

3.2. არაელექტროლიტური ხსნარების კოლიგატური თვისებები

კოლექტიური (კოლექტიური)უწოდებენ ხსნარების თვისებებს გამხსნელის თვისებებთან შედარებით, რაც ძირითადად დამოკიდებულია გახსნილი ნაწილაკების რაოდენობაზე.

განზავებული ხსნარების გაჯერებული ორთქლის წნევა

სითხესთან წონასწორობაში მყოფ ორთქლს ეწოდება გაჯერებული.ამ ორთქლის წნევა p 0დაურეკა გაჯერებული ორთქლის წნევა ან ელასტიურობასუფთა გამხსნელი.

რაულის პირველი კანონი.ხსნარის კომპონენტის გაჯერებული ორთქლის ნაწილობრივი წნევა პირდაპირპროპორციულია ხსნარში მისი მოლური ფრაქციისა, ხოლო პროპორციულობის კოეფიციენტი უდრის გაჯერებული ორთქლის წნევას სუფთა კომპონენტზე:

p i = p i 0 x i

ორობითი ხსნარისთვის, რომელიც შედგება A და B კომპონენტებისგან: გამხსნელის ორთქლის წნევის ფარდობითი შემცირება ხსნარზე უდრის გამხსნელის მოლურ ნაწილს და არ არის დამოკიდებული გამხსნელის ბუნებაზე:

გადაწყვეტილებებს, რომლებზეც რაულტის კანონი მოქმედებს, იდეალური გადაწყვეტილებები ეწოდება.

იდეალური და რეალური გადაწყვეტილებების ორთქლის წნევა

თუ ორობითი (ორი კომპონენტისგან შემდგარი) ხსნარის კომპონენტები აქროლადია, მაშინ ხსნარის ზემოთ ორთქლი შეიცავს ორივე კომპონენტს. ზოგადი შემადგენლობა, მოლ. ფრაქციები (x in) ორთქლის წნევაში:

p = pA0 x A + pB0 x B = p A 0 (1 - xბ) + p B 0 x B = p A 0 - x B (p A 0 – p B 0)

თუ მოცემული კომპონენტის მოლეკულები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან უფრო ძლიერად, ვიდრე სხვა კომპონენტის მოლეკულებთან, მაშინ ნარევზე ჭეშმარიტი ნაწილობრივი ორთქლის წნევა უფრო დიდი იქნება ვიდრე რაულტის პირველი კანონის გამოყენებით გამოთვლილი. (პოზიტიური გადახრები, ?Нტელევიზორი > 0). თუ ერთგვაროვანი ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან უფრო სუსტი ვიდრე ჰეტეროგენული ნაწილაკები, კომპონენტების ნაწილობრივი ორთქლის წნევა ნაკლები იქნება გამოთვლილზე (უარყოფითი გადახრები, ?Hგამოსავალი< 0).

განზავებული ხსნარების კრისტალიზაციის ტემპერატურა

რაულის მეორე კანონი.ხსნარის გაყინვის წერტილის დაქვეითება T დეპუტატი პირდაპირპროპორციულია ხსნარის მოლარული კონცენტრაციის: T დეპუტატი \u003d T 0 - T \u003d KS m,სადაც T 0 -სუფთა გამხსნელის გაყინვის წერტილი; თარის ხსნარის გაყინვის წერტილი; რომარის გამხსნელის კრიოსკოპიული მუდმივი, გ/კგ მოლი,

T 0 2არის გამხსნელის გაყინვის ტემპერატურა; მარის გამხსნელის მოლეკულური წონა, ?Nm არის გამხსნელის შერწყმის მოლური სითბო.

განზავებული ხსნარების დუღილის წერტილი

დუღილის ტემპერატურაარის ტემპერატურა, რომლის დროსაც გაჯერებული ორთქლის წნევა უდრის გარე წნევას.

არამდგრადი ნივთიერებების ხსნარების დუღილის მატება? T K \u003d T k - T k 0გაჯერებული ორთქლის წნევის შემცირების პროპორციული და ხსნარის მოლარული კონცენტრაციის პირდაპირპროპორციული: ევროკავშირის მ,სადაც E - ბულიოსკოპიული მუდმივიგამხსნელი, გ/კგ მოლი,

განზავებული ხსნარების ოსმოსური წნევა

ოსმოზი- გამხსნელის მოლეკულების უპირატესად ცალმხრივი გავლა ნახევრად გამტარი მემბრანის მეშვეობით ხსნარში ან გამხსნელის მოლეკულებში დაბალი კონცენტრაციის ხსნარიდან უფრო მაღალი კონცენტრაციის ხსნარში.

წნევა, რომელიც უნდა განხორციელდეს ხსნარზე, რათა არ მოხდეს გამხსნელის გადაადგილება ხსნარში მემბრანის მეშვეობით, რომელიც გამოყოფს ხსნარს სუფთა გამხსნელისაგან, რიცხობრივად ტოლია ოსმოსური წნევა?(პა).

ვანტ ჰოფის პრინციპი:იდეალური ხსნარის ოსმოსური წნევა უდრის იმ წნევას, რომელსაც ხსნარი განახორციელებს, თუ ის, იმავე ტემპერატურაზე მყოფი აირის მდგომარეობაში, დაიკავებს იმავე მოცულობას, რასაც ხსნარი იკავებს: = CRT.

იზოტონური ხსნარები– ორი ხსნარი ერთი და იგივე ოსმოსური წნევით (?1 = ?2).

ჰიპერტონული ფიზიოლოგიური ხსნარი- ხსნარი, რომლის ოსმოსური წნევა სხვაზე მეტია (? 1 > ? 2).

ჰიპოტონური ხსნარი- ხსნარი, რომლის ოსმოსური წნევა ნაკლებია სხვაზე (? 1< ? 2).

3.3. ელექტროლიტური ხსნარები

დისოციაციის ხარისხი?არის მოლეკულების რაოდენობის თანაფარდობა n,დაიშალა იონებად, მოლეკულების მთლიან რაოდენობამდე N:

იზოტონური კოეფიციენტი ვან ჰოფიარის ელექტროლიტის ხსნარში ნაწილაკების რეალური რაოდენობის თანაფარდობა ამ ხსნარში ნაწილაკების რაოდენობასთან დისოციაციის გარეშე.

თუ დან ნმოლეკულები დაშორებულია n,და თითოეული მოლეკულა დაიშალა იონები, მაშინ

არაელექტროლიტებისთვის მე = 1.

ელექტროლიტებისთვის 1< მე? ?.

3.4. ელექტროლიტური ხსნარების კოლიგიური თვისებები:

თეორია ელექტროლიტური დისოციაციაარენიუსი

1. ხსნარებში ელექტროლიტები იშლება იონებად - იშლება.

2. დისოციაცია არის შექცევადი წონასწორობის პროცესი.

3. იონების ურთიერთქმედების ძალები გამხსნელ მოლეკულებთან და ერთმანეთთან მცირეა (ანუ ხსნარები იდეალურია).

ელექტროლიტების დისოციაცია ხსნარში ხდება პოლარული გამხსნელის მოლეკულების მოქმედებით; ხსნარში იონების არსებობა განსაზღვრავს მის ელექტროგამტარობას.

დისოციაციის ხარისხის მიხედვით ელექტროლიტები იყოფა სამ ჯგუფად: ძლიერი(? ? 0,7), საშუალო სიძლიერე(0,3 < ? < 0,7) и სუსტი(? ? 0,3).

სუსტი ელექტროლიტები. დისოციაციის მუდმივი

ზოგიერთი ელექტროლიტისთვის, რომელიც იონებად იშლება ხსნარში, განტოლების შესაბამისად:

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

ბინარული ელექტროლიტისთვის:

- ოსტვალდის განზავების კანონი: სუსტი ელექტროლიტის დისოციაციის ხარისხი იზრდება ხსნარის განზავებასთან ერთად.

ხსნარის აქტივობა- ემპირიული მნიშვნელობა, რომელიც ცვლის კონცენტრაციას, - აქტივობა (ეფექტური კონცენტრაცია) ა,დაკავშირებულია კონცენტრაციასთან აქტივობის კოეფიციენტის საშუალებით ვ, რომელიც არის რეალური გადაწყვეტის თვისებების გადახრის საზომი იდეალურიდან:

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

ბინარული ელექტროლიტისთვის:

არის ელექტროლიტის საშუალო აქტივობა;

არის საშუალო აქტივობის კოეფიციენტი.

დებიე-ჰუკელის ლიმიტის კანონიბინარული ელექტროლიტისთვის: ლგ ვ = -0.51z2I?,სადაც ზარის იმ იონის მუხტი, რომლისთვისაც გამოითვლება აქტივობის კოეფიციენტი;

I არის ხსნარის იონური სიძლიერე I = 0.5? (C i r i 2).

4. ელექტროლიტური ხსნარების ელექტრული გამტარობა

პირველი ტიპის დირიჟორები- ლითონები და მათი დნობები, რომლებშიც ელექტროენერგია გადადის ელექტრონებით.

II ტიპის დირიჟორები– ელექტროლიტების ხსნარები და დნება იონური გამტარობის ტიპის.

Ელექტროობაარის დამუხტული ნაწილაკების მოწესრიგებული მოძრაობა.

ნებისმიერი გამტარი, რომლის მეშვეობითაც დენი მიედინება, წარმოადგენს გარკვეულ წინააღმდეგობა R,რომელიც ოჰმის კანონის მიხედვით პირდაპირპროპორციულია გამტარის სიგრძისა ლდა კვეთის ფართობის უკუპროპორციულია S;პროპორციულობის ფაქტორი არის წინააღმდეგობამასალა? - დირიჟორის წინააღმდეგობა, რომლის სიგრძეა 1 სმ და ჯვარი 1 სმ 2:

ღირებულება ვ,წინააღმდეგობის საპირისპირო ეწოდება ელექტრო გამტარობის- ელექტროლიტური ხსნარის ელექტრული დენის გატარების უნარის რაოდენობრივი საზომი.

Ელექტრო გამტარობის? (k) - პირველი ტიპის გამტარის ელექტრული გამტარობა 1 მ სიგრძით 1 მ 2 განივი ფართობით ან ელექტროლიტური ხსნარის 1 მ 3 (1 სმ 3) ელექტრული გამტარობით ( მეორე ტიპის დირიჟორი) ელექტროდებს შორის მანძილი 1 მ (1 სმ) და ელექტროდის ფართობი 1 მ 2 (1 სმ 2).

ხსნარის მოლური ელექტროგამტარობა) ?არის ხსნარის ელექტრული გამტარობა, რომელიც შეიცავს 1 მოლ ხსნარს და მოთავსებულია ელექტროდებს შორის, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთისგან 1 სმ დაშორებით.

ძლიერი და სუსტი ელექტროლიტების მოლური ელექტრული გამტარობა იზრდება კონცენტრაციის შემცირებით (ანუ მატებასთან ერთად ხსნარის განზავება V = 1/გ) მიაღწიეთ გარკვეულ ზღვრულ მნიშვნელობას? 0 (? ?), დაურეკა მოლური ელექტროგამტარობა უსასრულო განზავებისას.

ორობითი ელექტროლიტისთვის ერთჯერადი დამუხტული იონებით მუდმივ ტემპერატურაზე და ველის სიძლიერით 1 ვ მ -1:

? = ?F(u + + და?),

სადაც ფარის ფარადეის ნომერი; და + , და? - აბსოლუტური მობილურობები (m 2 V -1 s -1)კატიონი და ანიონი - ამ იონების მოძრაობის სიჩქარე სტანდარტულ პირობებში, პოტენციური სხვაობით 1 ვ ხსნარის სიგრძეზე 1 მ-ზე.

? + = ფუ + ; ?? = ფუ?,

სად? +, ?? - მობილურობაკატიონი და ანიონი, Ohm m 2 mol -1 (Ohm cm 2 mol -1).

? = ?(? + + ??)

ძლიერი ელექტროლიტებისთვის? ?1 და ? = ? + + ??

ხსნარის უსასრულო განზავებით (V > ?, ? + > ? ? + , ?? > ? ? ?, ? > 1) ძლიერი და სუსტი ელექტროლიტებისთვის? ? = ? ? + – ? ? ? - კოლრაუშის კანონი:არის თუ არა მოლური ელექტროგამტარობა უსასრულო განზავებისას ელექტროლიტური მობილურობების ჯამის ტოლი? ? + , ? ? ? მოცემული ელექტროლიტის კატიონი და ანიონი.

იონები H + და OH? აქვთ არანორმალურად მაღალი მობილურობა, რაც დაკავშირებულია ამ იონების მიერ მუხტის გადაცემის სპეციალურ მექანიზმთან - სარელეო მექანიზმი.ჰიდრონიუმის იონებს H 3 O + და წყლის მოლეკულებს შორის, ასევე წყლის მოლეკულებსა და OH-ს შორის? პროტონები მუდმივად იცვლება განტოლებების მიხედვით:

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

H 2 O + OH? >ოჰ? + H 2 O

5. ელექტროქიმიური პროცესები

5.1. ელექტროდის პოტენციალი. გალვანური ელემენტები. EMF

როდესაც ორი ქიმიურად ან ფიზიკურად განსხვავებული მასალა შედის კონტაქტში (ლითონი 1 (პირველი ტიპის გამტარი) - ლითონი 2 (პირველი ტიპის გამტარი), ლითონი (პირველი ტიპის გამტარი) - ლითონის მარილის ხსნარი (მეორე ტიპის გამტარი) , ელექტროლიტური ხსნარი 1 (მეორე სახის გამტარი) - მათ შორის წარმოიქმნება ელექტროლიტური ხსნარი 2 (მეორე სახის გამტარი) და ა.შ. ელექტრო ორმაგი ფენა (DES). DES არის საპირისპიროდ დამუხტული ნაწილაკების მოწესრიგებული განაწილების შედეგი ინტერფეისზე.

DEL-ის წარმოქმნა იწვევს პოტენციურ ნახტომს?, რომელსაც წონასწორობის პირობებში მეტალი (პირველი სახის გამტარი) - ლითონის მარილის ხსნარი (მეორე სახის გამტარი) ეწოდება. გალვანური პოტენციალი.

სისტემა: ლითონი (Me) - მოცემული მე-ს მარილის წყალხსნარი - ე.წ ელექტროდიან ნახევარი ელემენტიდა სქემატურად ნაჩვენებია შემდეგნაირად:

ელექტროდი (p/e) იწერება ისე, რომ ხსნარში ყველა ნივთიერება მოთავსებულია მარცხნივ, ხოლო ელექტროდის მასალა მოთავსებულია ვერტიკალური ხაზის მარჯვნივ.

? > 0, თუ შემცირების რეაქცია ხდება ელექტროდზე Me n+ + არა? -მე 0,

? < 0, если на электроде протекает реакция окисления Ме 0 - Ме n+ + არა?.

ელექტროდის პოტენციალი E Me n+/Me არის წონასწორობის პოტენციური სხვაობა, რომელიც ჩნდება პირველი ტიპის/მეორე ტიპის ფაზის საზღვრის გამტარზე და იზომება სტანდარტულ წყალბადის ელექტროდთან შედარებით.

ნერნსტის განტოლება,სადაც ნარის ელექტრონების რეაქციაში მონაწილე ელექტრონების რაოდენობა; FROM Me n+ არის კათიონების კონცენტრაცია; ემე n+ /მე არის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი.

საკონტაქტო პოტენციალი? ?- წონასწორული პოტენციალის ნახტომი, რომელიც ხდება პირველი ტიპის ორ გამტარს შორის.

დიფუზიის პოტენციალი? dif არის წონასწორული პოტენციალის სხვაობა, რომელიც ხდება მეორე ტიპის ფაზის საზღვრის გამტარში / მეორე ტიპის გამტარში.

გალვანური უჯრედი (მაგ.)- ელექტრული წრე, რომელიც შედგება ორი ან მეტი პ.ე. და მასში მიმდინარე ქიმიური რეაქციის გამო ელექტრული ენერგიის გამომუშავება და ქიმიური რეაქციის დაჟანგვისა და შემცირების ეტაპები სივრცულად გამოყოფილია.

ელექტროდი, რომელზედაც ხდება ჟანგვის პროცესი გალვანური უჯრედის მუშაობის დროს, ეწოდება ანოდი,ელექტროდი, რომელზედაც მიმდინარეობს აღდგენის პროცესი, - კათოდი.

IUPAC-ის წესები გალვანური უჯრედების და მათში მიმდინარე რეაქციების აღრიცხვისთვის

1. გ.ე. სამუშაო შესრულებულია, ამიტომ ელემენტის EMF ითვლება დადებით მნიშვნელობად.

2. გალვანური წრედის EMF-ის მნიშვნელობა ეგანისაზღვრება პოტენციური ნახტომების ალგებრული ჯამით ყველა ფაზის ინტერფეისზე, მაგრამ რადგან დაჟანგვა ხდება ანოდზე, EMF გამოითვლება ანოდის (მარცხენა ელექტროდის) პოტენციალის გამოკლებით კათოდის (მარჯვენა ელექტროდი) რიცხვითი მნიშვნელობიდან. ) პოტენციალი - მარჯვენა ბოძის წესი.მაშასადამე, ელემენტის წრე იწერება ისე, რომ მარცხენა ელექტროდი უარყოფითია (დაჟანგვა ხდება), ხოლო მარჯვენა ელექტროდი დადებითი (მიმდინარეობს შემცირების პროცესი).

3. პირველი სახის გამტარსა და მეორე ტიპის გამტარს შორის ინტერფეისი მითითებულია ერთი ხაზით.

4. მეორე სახის ორ გამტარს შორის საზღვარი გამოსახულია წერტილოვანი ხაზით.

5. ელექტროლიტური ხიდი II ტიპის ორი გამტარის საზღვარზე მითითებულია ორი წერტილიანი ხაზით.

6. ერთი ფაზის კომპონენტები იწერება მძიმით გამოყოფილი.

7. ელექტროდის რეაქციის განტოლება იწერება ისე, რომ დაჟანგული ფორმით (Ox) ნივთიერებები განლაგებულია მარცხნივ, ხოლო შემცირებული ფორმით (წითელი) მარჯვნივ.

დანიელ-იაკობის გალვანური უჯრედიშედგება თუთიისა და სპილენძის ფირფიტებისგან, ჩაძირული ZnSO 4 და CuSO 4 შესაბამის ხსნარებში, რომლებიც გამოყოფილია მარილის ხიდით KCl ხსნარით: ელექტროლიტური ხიდი უზრუნველყოფს ელექტროგამტარობას ხსნარებს შორის, მაგრამ ხელს უშლის მათ ორმხრივ დიფუზიას.

(-) Zn | Zn2+ :: Cu2+ | Cu(+)

რეაქციები ელექტროდებზე:

Zn0 > Zn2+ + 2e? Cu 2+ + 2е? > Cu 0

მთლიანი რედოქსის პროცესი:

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

გალვანური უჯრედის დენის მუშაობა (და, შესაბამისად, პოტენციური სხვაობა) მაქსიმალური იქნება მისი შექცევადი მუშაობის დროს, როდესაც ელექტროდებზე პროცესები უსასრულოდ ნელა მიმდინარეობს და დენის სიძლიერე წრეში უსასრულოდ მცირეა.

მაქსიმალური პოტენციური განსხვავება, რომელიც ხდება გალვანური უჯრედის შექცევადი მუშაობის დროს, არის გალვანური უჯრედის ელექტრომოძრავი ძალა (EMF) E.

ელემენტი emf ე Zn/Cu = ? Cu2+ /Cu+? Zn2+ /Zn + ? +-მდე? განსხვავება.

Გარდა? განსხვავება და? რათა: ე Zn/Cu = ? Cu2+ /Cu+? Zn2+ /Zn = ე Cu 2+ /Cu + ე Zn 2+ /Zn - გალვანური უჯრედები, რომლებიც შედგება ორი იდენტური ლითონის ელექტროდისაგან, ჩაძირული ამ ლითონის მარილიან ხსნარებში სხვადასხვა კონცენტრაციით С 1 > С 2 . ამ შემთხვევაში, კათოდი იქნება უფრო მაღალი კონცენტრაციის ელექტროდი, რადგან ორივე ელექტროდის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი თანაბარია.

კონცენტრაციის ჯაჭვები

კონცენტრაციის ელემენტის მუშაობის ერთადერთი შედეგია ლითონის იონების გადატანა უფრო კონცენტრირებული ხსნარიდან ნაკლებად კონცენტრირებულში.

კონცენტრაციის გალვანურ უჯრედში ელექტრული დენის მუშაობა არის დიფუზიური პროცესის მუშაობა, რომელიც შექცევადად ხორციელდება მისი სივრცითი დაყოფის შედეგად ორ შექცევად ელექტროდულ პროცესზე, რომლებიც მიმართულების საპირისპიროა.

5.2. ელექტროდების კლასიფიკაცია

პირველი ტიპის ელექტროდები. ლითონის ფირფიტა ჩაეფლო იმავე ლითონის მარილიან ხსნარში. ელემენტის შექცევადი მუშაობის დროს, რომელშიც შედის ელექტროდი, მეტალის ფირფიტაზე მიმდინარეობს კათიონების ლითონიდან ხსნარზე ან ხსნარიდან მეტალზე გადასვლის პროცესი.

მეორე სახის ელექტროდები.ლითონი დაფარულია ამ ლითონის ნაკლებად ხსნადი მარილით და არის ხსნარში, რომელიც შეიცავს სხვა ხსნად მარილს იმავე ანიონთან ერთად. ამ ტიპის ელექტროდები შექცევადია ანიონთან მიმართებაში.

საცნობარო ელექტროდები- ელექტროდები ზუსტად ცნობილი და გამეორებადი პოტენციალის მნიშვნელობებით.

წყალბადის ელექტროდიარის წყალბადის გაზით გარეცხილი პლატინის ფირფიტა, ჩაეფლო წყალბადის იონების შემცველ ხსნარში. პლატინის მიერ ადსორბირებული წყალბადი წონასწორობაშია აირისებრ წყალბადთან.

Pt, N 2 / N +

ელექტროქიმიური წონასწორობა ელექტროდზე:

2H++ 2ე? - H 2 .

სტანდარტული წყალბადის ელექტროდის პოტენციალი (H + 1 მოლ/ლ იონების აქტივობით და წყალბადის წნევით 101,3 კპა) ნავარაუდევია ნულოვანი.

არასტანდარტული წყალბადის ელექტროდის ელექტროდის პოტენციალი:

კალომელის ელექტროდიშედგება ვერცხლისწყლის ელექტროდისგან, რომელიც მოთავსებულია გარკვეული კონცენტრაციის KCl ხსნარში და გაჯერებულია Hg 2 Cl 2 კალომელით:

Hg / Hg 2 Cl 2, KCl

კალომელის ელექტროდი შექცევადია ქლორიდის ანიონებთან მიმართებაში

ვერცხლის ქლორიდის ელექტროდი- შექცევადია ქლორის ანიონებთან მიმართებაში:

Ag/AgCl, KCl

თუ KCl ხსნარი გაჯერებულია, მაშინ E AgC l \u003d 0.2224 - 0.00065 (t - 25), V.

ინდიკატორი ელექტროდები.წყალბადის იონთან მიმართებაში შექცევადი ელექტროდები პრაქტიკაში გამოიყენება ხსნარში ამ იონების აქტივობის დასადგენად.

ქინჰიდრონის ელექტროდიწარმოადგენს საცდელ ხსნართან ერთად ჭურჭელში ჩაშვებულ პლატინის მავთულს, რომელშიც პირველად მოთავსებულია ქინჰიდრონის C 6 H 4 O 2 C 6 H 4 (OH) 2 ჭარბი რაოდენობა - ქინონის C 6 H 4 O 2 და ჰიდროქინონის ნაერთი. C 6 H 4 (OH ) 2, რომელსაც შეუძლია ურთიერთგარდაქმნა წონასწორობის რედოქს პროცესში, რომელშიც წყალბადის იონები მონაწილეობენ:

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

ყველაზე ხშირად გამოიყენება მინის ელექტროდითხელკედლიანი მინის ბურთით დამთავრებული მილის სახით. ბურთი ივსება ბუფერული ხსნარით გარკვეული pH მნიშვნელობით, რომელშიც ჩაეფლო დამხმარე ელექტროდი (ჩვეულებრივ ვერცხლის ქლორიდი). pH-ის გასაზომად, მინის ელექტროდი ჩაეფლო სატესტო ხსნარში საცნობარო ელექტროდთან ერთად. მინის ელექტროდის ბურთი წინასწარ მუშავდება დიდი ხნის განმავლობაში მჟავა ხსნარით. ამ შემთხვევაში, წყალბადის იონები შეჰყავთ ბურთის კედლებში, ცვლის ტუტე ლითონის კათიონებს. ელექტროდის პროცესი მცირდება წყალბადის იონების გაცვლამდე ორ ფაზას შორის - საცდელი ხსნარი და მინა: H ხსნარი - H st + .

სტანდარტული სიმძლავრე ე st 0 თითოეულ ელექტროდს აქვს თავისი მნიშვნელობა, რომელიც იცვლება დროთა განმავლობაში; ამიტომ, მინის ელექტროდი კალიბრირებულია pH-ის ყოველი გაზომვის წინ სტანდარტული ბუფერული ხსნარებით ზუსტად ცნობილი pH-ით.

რედოქსის ელექტროდები

ელექტროდი, რომელიც შედგება პირველი ტიპის ინერტული გამტარისგან, მოთავსებულია ელექტროლიტის ხსნარში, რომელიც შეიცავს ერთ ელემენტს. სხვადასხვა ხარისხითდაჟანგვა ეწოდება რედოქსიან რედოქს ელექტროდი.

ელექტროდის რეაქცია: Oh n+ + არა? -წითელი.

Ამ შემთხვევაში ინერტული მეიღებს არაპირდაპირ მონაწილეობას ელექტროდურ რეაქციაში, არის შუამავალი ელექტრონების გადატანაში მე-ს შემცირებული ფორმიდან (წითელი) ჟანგვის ფორმაში (Ox) ან პირიქით.

6. ზედაპირული მოვლენები და ადსორბცია

6.1. ზედაპირული დაძაბულობა და გიბსის ადსორბცია

ზედაპირის ფენომენებიეწოდება ფაზის საზღვარზე მიმდინარე პროცესებს და ზედაპირული (სასაზღვრო) ფენის შემადგენლობისა და სტრუქტურის თავისებურებების გამო.

Gs = ?s,

სადაც გსარის სისტემის ზედაპირის გიბსის ენერგია, J; ? - პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელსაც ეწოდება ზედაპირული დაძაბულობა, J / m 2; s არის ზედაპირული ზედაპირი, m2.

ზედაპირული დაძაბულობაშესახებარის სიდიდე, რომელიც იზომება გიბსის ენერგიით ზედაპირის ფენის ფართობის ერთეულზე. ის რიცხობრივად უდრის სამუშაოს, რომელიც უნდა შესრულდეს ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების ძალების წინააღმდეგ, რათა შეიქმნას ერთეული ინტერფეისი მუდმივ ტემპერატურაზე.

დუპრე მოდელიდან, ზედაპირული დაძაბულობატოლია ძალის მიმართ, რომელიც მიმართავს ინტერფეისის შემცირებას და დაკავშირებულია კონტურის სიგრძის ერთეულთან, რომელიც ზღუდავს ზედაპირს

ხსნადი ნივთიერებების უნარს, შეცვალონ გამხსნელის ზედაპირული დაძაბულობა, ეწოდება ზედაპირული აქტივობა გ:

ნივთიერებების კლასიფიკაცია გამხსნელის ზედაპირულ დაძაბულობაზე გავლენის მიხედვით

1. სურფაქტანტები (სურფაქტანტები)- შეამცირეთ გამხსნელის ზედაპირული დაძაბულობა (? ხსნარი< ? 0) g >0 (წყალთან მიმართებაში - ამფიფილური სტრუქტურის ორგანული ნაერთები).

2. ზედაპირული არააქტიური ნივთიერებები (SID)– ოდნავ გაზარდეთ გამხსნელის ზედაპირული დაჭიმულობა (? ხსნარი > ? 0) გ< 0 (неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, ?-аминокислоты и др).

3. ზედაპირული არააქტიური ნივთიერებები (NSV)- პრაქტიკულად არ იცვლება გამხსნელის ზედაპირული დაძაბულობა (? rr = ? 0) g = 0 (წყალთან მიმართებაში ნივთიერებებია საქაროზა და სხვა მრავალი).

Duclos-Traube წესი:ნებისმიერ ჰომოლოგიურ სერიაში დაბალ კონცენტრაციებში, ნახშირბადის ჯაჭვის გახანგრძლივება ერთი CH 2 ჯგუფით ზრდის ზედაპირულ აქტივობას 3-3,5-ჯერ:

ცხიმოვანი მჟავების წყალხსნარებისთვის (შიშკოვსკის განტოლება):

სადაც ბდა რომარის ემპირიული მუდმივები, ბიგივე ყველაფერზე ჰომოლოგიური სერია, K იზრდება სერიის ყოველი მომდევნო ტერმინისთვის 3–3,5-ჯერ.

ნივთიერების კონცენტრაციის სპონტანური ცვლილების პროცესს ორ ფაზას შორის ინტერფეისზე ეწოდება ადსორბცია. ადსორბენტიეწოდება ნივთიერებას, რომლის ზედაპირზე ხდება სხვა ნივთიერების კონცენტრაციის ცვლილება - ადსორბირებას.

გიბსის ადსორბციის იზოთერმი:

ახასიათებს ადსორბატის სიჭარბე ზედაპირულ ფენაში მის საწყის რაოდენობასთან შედარებით ამ ფენაში ჭარბიან ე.წ გიბსი, ადსორბცია(G).

6.2. ადსორბცია მყარი აირის ინტერფეისზე

ფიზიკური ადსორბციაწარმოიქმნება ვან დერ ვაალსის ადსორბირებული მოლეკულის ზედაპირთან ურთიერთქმედების გამო, ახასიათებს შექცევადობა და ადსორბციის დაქვეითება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ანუ ეგზოთერმიულობა (ფიზიკური ადსორბციის თერმული ეფექტი ჩვეულებრივ ახლოსაა ადსორბატის გათხევადების სიცხესთან. 10–80 კჯ/მოლი).

ქიმიური ადსორბცია (ქიმისორბცია)განხორციელებული ადსორბენტისა და ადსორბატის მოლეკულების ქიმიური ურთიერთქმედებით, ჩვეულებრივ შეუქცევადია; არის ლოკალიზებულიანუ, ადსორბატის მოლეკულები ვერ მოძრაობენ ადსორბენტის ზედაპირზე. ვინაიდან ქიმისორბცია არის ქიმიური პროცესი, რომელიც მოითხოვს აქტივაციის ენერგიას 40-120 კჯ/მოლ-მდე, ტემპერატურის მატება ხელს უწყობს მის წარმოქმნას.

ჰენრის განტოლება(მონომოლეკულური ადსორბცია ერთგვაროვან ზედაპირზე დაბალი წნევით ან დაბალი კონცენტრაციით):

G = Ksან G \u003d Kr,

რომარის ადსორბციის წონასწორობის მუდმივი, რომელიც დამოკიდებულია ადსორბენტისა და ადსორბატის ბუნებაზე; C, rარის გახსნილი ნივთიერების კონცენტრაცია ან გაზის წნევა.

ლანგმუირის მონომოლეკულური ადსორბციის თეორია

1. ადსორბცია ლოკალიზებულია და გამოწვეულია ქიმიურთან მიახლოებული ძალებით.

2. ადსორბცია ხდება ადსორბენტის ერთგვაროვან ზედაპირზე.

3. ადსორბირებული მოლეკულების მხოლოდ ერთი ფენა შეიძლება ჩამოყალიბდეს ზედაპირზე.

4. ადსორბციის პროცესი შექცევადია და წონასწორული.

ლანგმუირის ადსორბციის იზოთერმი:

სადაც Г 0 – ერთფენიანი სიმძლავრეარის მუდმივი ტოლი შეზღუდვის ადსორბციისა, რომელიც შეინიშნება შედარებით მაღალ წონასწორულ კონცენტრაციებზე, მოლ/მ 2; ბარის მუდმივი, რომელიც ტოლია ადსორბციის სიჩქარის მუდმივობისა და დეზორბციის სიჩქარის მუდმივის თანაფარდობისა.

ფროუნდლიხის განტოლება(ადსორბცია არაერთგვაროვან ზედაპირზე): Г = K F n-თან ერთად,სადაც. კ ფარის მუდმივი რიცხვითი ტოლი ადსორბციის წონასწორული კონცენტრაციით, რომელიც ტოლია ერთიანობას; ნარის მუდმივი, რომელიც განსაზღვრავს ადსორბციის იზოთერმის გამრუდებას (n= 0,1–0,6).

მოლეკულური ადსორბცია ხსნარებიდან:

სადაც C 0 არის ადსორბატის საწყისი კონცენტრაცია; FROMარის ადსორბატის წონასწორული კონცენტრაცია; ვარის ადსორბატური ხსნარის მოცულობა; მარის ადსორბენტის მასა.

მოედანი S 0,თითო მოლეკულაზე გაჯერებულ ადსორბციულ ფენაში, სადესანტო ტერიტორია:

მ 2 /მოლეკულა.

ადსორბციული ფენის სისქე:

სადაც მარის სურფაქტანტის მოლეკულური წონა; ? არის სურფაქტანტის სიმკვრივე.

რებინდერის წესი:პოლარულ ადსორბენტებზე უკეთესად შეიწოვება დაბალი პოლარობის გამხსნელების პოლარული ადსორბატები; პოლარულ ადსორბენტებზე, პოლარული გამხსნელების არაპოლარული ადსორბატები.

ადსორბენტის ზედაპირზე სურფაქტანტის მოლეკულების ორიენტაცია სქემატურად არის ნაჩვენები სურათზე:

6.3. ადსორბცია ელექტროლიტური ხსნარებიდან

გაცვლითი ადსორბცია- ხსნარსა და მყარ ფაზას შორის იონური გაცვლის პროცესი, რომლის დროსაც მყარი ფაზა შთანთქავს ნებისმიერი ნიშნის იონებს (კატიონები ან ანიონები) ხსნარიდან და მათ ნაცვლად შეუძლია გაათავისუფლოს იგივე ნიშნის სხვა იონების ექვივალენტური რაოდენობა. გამოსავალი. სამუდამოდ კონკრეტულიანუ, მოცემული ადსორბენტისთვის, მხოლოდ გარკვეულ იონებს შეუძლიათ გაცვლა; გაცვლითი ადსორბცია ჩვეულებრივ შეუქცევადია.

პაკეტი-პესკოვი-ფაიანსის წესი:ბროლის ზედაპირზე მყარი სხეულიიონი სპეციალურად შეიწოვება ელექტროლიტური ხსნარიდან, რომელსაც შეუძლია დაასრულოს თავისი კრისტალური ბადე ან შეიძლება წარმოქმნას ცუდად ხსნადი ნაერთი ერთ-ერთ იონთან, რომელიც ქმნის კრისტალს.

7. კოლოიდური (დისპერსირებული) სისტემები

კოლოიდური (დისპერსული) სისტემაჰეტეროგენული სისტემა ეწოდება, რომელშიც ერთ-ერთი ფაზა წარმოდგენილია სხვა ერთგვაროვანი ფაზის მოცულობაში თანაბრად განაწილებული პატარა ნაწილაკებით. ეს არის ულტრამიკრობეროგენული სისტემები, რომლებიც შედგება ნაწილაკებისგან დისპერსიული ფაზა- დაქუცმაცებული ნაწილაკების აგრეგატები, რომელთა ზომა 10 -9 -10 -5 მ ფარგლებშია და უწყვეტი დისპერსიული საშუალო,რომელშიც ეს ნაწილაკებია განაწილებული.

ნიშნები მატერიის კოლოიდური მდგომარეობა - დისპერსიულობა და ჰეტეროგენულობა.

დისპერსიის ხარისხი?არის საშუალო დიამეტრის ორმხრივი ან, არასფერული ნაწილაკებისთვის, საშუალო ეკვივალენტური დიამეტრის ორმხრივი დ(მ -1):

სპეციფიკური ზედაპირის ფართობიარის დისპერსიული ფაზის S DF მთლიანი ზედაპირის თანაფარდობა მის მთლიან მოცულობასთან ან მასასთან:

7.1. კლასიფიკაცია და დისპერსიული სისტემების მიღების მეთოდები

კლასიფიკაცია ფაზების აგრეგაციის მდგომარეობის მიხედვით

დისპერსიული სისტემა, რომელშიც დისპერსიული ფაზაც და დისპერსიული გარემოც აირებია, არ არსებობს, ვინაიდან აირები ერთმანეთში უსასრულოდ ხსნადია.

სისტემების კლასიფიკაცია დისპერსიული ფაზის ნაწილაკების ზომის მიხედვით:

1) ძლიერ დისპერსიული, 10 -9_ 10 -7 მ (ლალის მინა);

2) საშუალო დისპერსიული, 10 -7_ 10 -5 მ ( ხსნადი ყავა);

3) უხეში, > 10 -5 მ (წვიმის წვეთები).

კოლოიდური სისტემების მიღების მეთოდები დისპერსიას

ფიზიკური დისპერსია:მექანიკური დაფქვა კოლოიდური წისქვილების გამოყენებით; ნივთიერებების ელექტრული შესხურება; ულტრაბგერითი დისპერსია და სხვა მეთოდები. წარმოქმნილი ნაწილაკების ერთმანეთთან შეკვრის თავიდან ასაცილებლად, დისპერსია ხორციელდება თანდასწრებით სტაბილიზატორი- ელექტროლიტი ან ნივთიერება, რომელიც შეიწოვება ინტერფეისზე (სურფაქტანტები).

ქიმიური დისპერსია (პეპტიზაცია):ახლად მომზადებული ნალექის გადაქცევა კოლოიდურ მდგომარეობაში პეპტიზერის გამოყენებით.

კონდენსაცია

ფიზიკური კონდენსაცია: 1) გამხსნელის ჩანაცვლების მეთოდი, რომელიც შედგება იმაში, რომ სითხე, რომელიც ერევა გამხსნელს, ემატება ნივთიერების ნამდვილ ხსნარს, რომელშიც თავად ნივთიერება ცუდად იხსნება; ნივთიერების ხსნადობის შემცირების გამო ახალ გამხსნელში, ხსნარი ხდება ზეგაჯერებული და ნივთიერების ნაწილი კონდენსირდება, წარმოქმნის დისპერსიული ფაზის ნაწილაკებს; 2) ორთქლის კონდენსაციის მეთოდი; ორიგინალური ნივთიერება არის წყვილი; ტემპერატურის კლებასთან ერთად ორთქლი ხდება ზეგაჯერებული და ნაწილობრივ კონდენსირდება, წარმოქმნის დისპერსიულ ფაზას.

ქიმიური კონდენსაცია:ნებისმიერი ქიმიური რეაქცია, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ცუდად ხსნადი ნაერთი; კოლოიდური ხსნარის მისაღებად რეაქცია უნდა ჩატარდეს განზავებულ ხსნარში ნაწილაკების ზრდის დაბალი სიჩქარით, ერთ-ერთი საწყისი მასალა ჭარბად არის მიღებული და არის სტაბილიზატორი.

7.2. დისპერსიული სისტემების ოპტიკური თვისებები

როდესაც შუქი ეცემა დისპერსიულ სისტემაზე, შეიძლება შეინიშნოს შემდეგი ფენომენები:

მსუბუქი გადასასვლელიდისპერსიული ფაზის ნაწილაკები (დაფიქსირდა გამჭვირვალე სისტემებისთვის, რომლებშიც ნაწილაკები გაცილებით მცირეა, ვიდრე შემხვედრი სინათლის ტალღის სიგრძე (r<< ?);

სინათლის რეფრაქციადისპერსიული ფაზის ნაწილაკები (თუ ეს ნაწილაკები გამჭვირვალეა);

სინათლის ანარეკლიდისპერსიული ფაზის ნაწილაკები (თუ ნაწილაკები გაუმჭვირვალეა);

რეფრაქცია და ასახვასინათლე შეინიშნება სისტემებისთვის, რომლებშიც ნაწილაკები გაცილებით დიდია, ვიდრე შემხვედრი სინათლის ტალღის სიგრძე (r >> ?). ვიზუალურად ეს ფენომენი გამოიხატება ამ სისტემების სიმღვრივეში;

სინათლის გაფანტვადაფიქსირდა სისტემებისთვის, რომლებშიც დისპერსიული ფაზის ნაწილაკები უფრო მცირეა, მაგრამ თანაზომიერიდაცემის სინათლის ტალღის სიგრძით (r ? 0.1 ?);

ადსორბციასინათლის (შთანთქმა) გაფანტული ფაზის მიერ სინათლის ენერგიის სითბოდ გადაქცევით.

რეილის განტოლება:

სადაც I, I 0 არის გაფანტული და დაცემის სინათლის ინტენსივობა; ვარის ერთი ნაწილაკის მოცულობა; ? – ნაწილობრივი კონცენტრაცია (ნაწილაკების რაოდენობა ერთეულ მოცულობაზე); ? არის ტალღის სიგრძე; n 1, n 0არის ნაწილაკების და საშუალო რეფრაქციული მაჩვენებლები, შესაბამისად.

კოლოიდური ხსნარის სხვადასხვა ფერის ფენომენს გადამცემ და გაფანტულ (არეკლებულ) სინათლეში ე.წ. ოპალესცენცია.ფერადი ხსნარების შემთხვევაში, არსებობს მათი ფერისა და ფერის გადაფარვა, რომელიც გამოწვეულია ოპალესცენციით (ფენომენი სინათლის დიქროიზმი).

7.3. მოლეკულური კინეტიკური თვისებები

დამახასიათებელია კოლოიდური სისტემები ბრაუნის მოძრაობა- მიკროსკოპული და კოლოიდური ზომის ნაწილაკების უწყვეტი შემთხვევითი მოძრაობა. ეს მოძრაობა რაც უფრო ინტენსიურია, მით უფრო მაღალია ტემპერატურა და უფრო დაბალია ნაწილაკების მასა და დისპერსიული საშუალების სიბლანტე.

დიფუზიაარის ნაწილაკების კონცენტრაციის გათანაბრების სპონტანური პროცესი.

ფიკის კანონი:

კოლოიდური ნაწილაკების დიდი ზომის გამო, კოლოიდური სისტემებში დიფუზია უფრო ნელია, ვიდრე ნამდვილ ხსნარებში.

ოსმოსური წნევა:

სადაც mtot არის გახსნილი ნივთიერების მასა; მარის ერთი ნაწილაკის მასა; ვარის სისტემის მოცულობა; ნ აარის ავოგადროს ნომერი; თარის აბსოლუტური ტემპერატურა; ? - ნაწილობრივი კონცენტრაცია; კარის ბოლცმანის მუდმივი.

სფერული ნაწილაკებისთვის:

სად? m არის დისპერსიული ფაზის მასა ხსნარის მოცულობის ერთეულზე; ? არის დისპერსიული საშუალების სიმკვრივე; r არის ნაწილაკების რადიუსი.

7.4. მიკელის სტრუქტურა

ლიოფობიური მიცელისისტემას ეწოდება ჰეტეროგენული მიკროსისტემა, რომელიც შედგება დისპერსიული ფაზის მიკროკრისტალისგან, რომელიც გარშემორტყმულია გამხსნელი სტაბილიზატორის იონებით.

პოტენციალის განმსაზღვრელიმყარი ფაზის ნაწილაკების ზედაპირზე ადსორბირებული იონები (ერთეული)და მისცეს მას ბრალდებით. აგრეგატი პოტენციალის განმსაზღვრელ იონებთან ერთად არის მიკელის ბირთვი.

დახლებიარის იონები დაჯგუფებული მიცელის ბირთვთან ახლოს.

კონტრაიონების მდებარეობა დისპერსიულ გარემოში განისაზღვრება ორი საპირისპირო ფაქტორით: თერმული მოძრაობა (დიფუზია) და ელექტროსტატიკური მიზიდულობა.

კონტრიონები, რომლებიც ქმნიან მკვრივს ადსორბციული ფენა,უწოდებენ "დაკავშირებულს" და ერთად core make up კოლოიდური ნაწილაკი ან გრანულა. კოლოიდურ ნაწილაკს (გრანულს) აქვს მუხტი, რომლის ნიშანი განპირობებულია პოტენციალის განმსაზღვრელი იონების მუხტის ნიშნით.

კონტრიონები, რომლებიც ქმნიან დიფუზური ფენა,- "მობილური", ან "უფასო".

კოლოიდური ნაწილაკი ხსნადი კონტრიონების მიმდებარე დიფუზური ფენით არის მიცელი.კოლოიდური ნაწილაკისგან განსხვავებით, მიცელი ელექტრული ნეიტრალურია და არ აქვს მკაცრად განსაზღვრული ზომები.

იონური სტაბილიზატორის მქონე მიცელში, ფაზის საზღვარზე არის DES, წარმოიქმნება პოტენციური განსხვავება დისპერსიულ ფაზასა და დისპერსიულ გარემოს შორის - თერმოდინამიკური პოტენციალივ (ინტერფაზა),რომელიც განისაზღვრება მოცემული დისპერსიული სისტემის თვისებებით, აგრეთვე მყარ ფაზაზე ადსორბირებული პოტენციალის განმსაზღვრელი იონების მუხტითა და კონცენტრაციით.

დამუხტული კოლოიდური ნაწილაკების მოძრაობა სტაციონარული სითხეში ერთ-ერთ ელექტროდზე გარე ელექტრული ველის მოქმედებით ე.წ. ელექტროფორეზი.

ზედაპირს, რომელზეც მოძრაობა ხდება, ეწოდება მოცურების ზედაპირი.პოტენციური ნახტომის სიდიდე იმ ფაზების საზღვარზე, რომლებიც მოძრაობენ ერთმანეთთან შედარებით ელექტროფორეზის დროს და ბრაუნის მოძრაობაში, ანუ მოცურების ზედაპირზე, ე.წ. ელექტროკინეტიკური ან?-პოტენციალი (ზეტა პოტენციალი).

7.5. სტაბილურობა და კოაგულაცია

დისპერსიული სისტემების სტაბილურობაახასიათებს დისპერსიული ფაზის უნარს შეინარჩუნოს ნაწილაკების ერთგვაროვანი განაწილების მდგომარეობა დისპერსიული საშუალების მოცულობაში.

დისპერსიული სისტემების შედარებითი სტაბილურობის ორი ტიპი არსებობს: დალექვა და აგრეგაცია.

ნალექის წინააღმდეგობა- სისტემის უნარი გაუძლოს გრავიტაციის მოქმედებას. დანალექი არის ნაწილაკების დაბინძურება ხსნარში გრავიტაციის გავლენის ქვეშ.

მდგომარეობა დალექვის წონასწორობა:ნაწილაკი მუდმივი სიჩქარით მოძრაობს, ე.ი. თანაბრად,ხახუნის ძალა აბალანსებს მიზიდულობის ძალას:

6??rU = 4/3?r 3 (? - ? 0) გ,

სად? არის დისპერსიული ფაზის სიმკვრივე, ? 0 არის დისპერსიული გარემოს სიმკვრივე, g არის სიმძიმის აჩქარება, ? არის საშუალების სიბლანტე.

აგრეგატიული სტაბილურობაახასიათებს დისპერსიული ფაზის ნაწილაკების უნარს, წინააღმდეგობა გაუწიონ მათ შეწებებას და ამით შეინარჩუნონ ზომა.

ხდება აგრეგატური სტაბილურობის დარღვევა კოაგულაცია არის ნაწილაკების ერთმანეთთან შეერთების პროცესი დიდი აგრეგატების წარმოქმნით.კოაგულაციის შედეგად სისტემა კარგავს დალექვის მდგრადობას, ვინაიდან ნაწილაკები ძალიან დიდი ხდება და ვერ მონაწილეობენ ბრაუნის მოძრაობაში.

კოაგულაციის მიზეზები:

> ტემპერატურის ცვლილება;

> ელექტრული და ელექტრომაგნიტური ველების მოქმედება;

> ხილული სინათლის მოქმედება;

> ელემენტარული ნაწილაკების ზემოქმედება;

> მექანიკური ზემოქმედება;

> ელექტროლიტის დამატება და ა.შ.

ყველაზე დიდი პრაქტიკული ინტერესია ელექტროლიტებით კოაგულაცია.

ელექტროლიტებით კოაგულაციის სახეები

კონცენტრაციაკოაგულაცია ხდება გავლენის ქვეშ გულგრილიელექტროლიტები. გულგრილიეწოდება ელექტროლიტი, რომლის დანერგვისას ინტერფეისული პოტენციალი<р не изменяется. Данный электролит не содержит таких ионов, которые были бы способны к специфической адсорбции на частицах по правилу Па-нета-Фаянса, т. е. не способны достраивать кристаллическую решетку агрегата:

მდგომარეობას, რომელშიც დიფუზური ფენა ქრება და კოლოიდური ნაწილაკი ხდება ელექტრონულად ნეიტრალური, ეწოდება იზოელექტრული– ელექტროკინეტიკური პოტენციალი (?) ნულის ტოლია, ხდება კოაგულაცია. მიცელის ფორმულა ამ მდგომარეობაში იღებს ფორმას: (mnAg + nNO 3 ?) 0 .

ნეიტრალიზაციაკოაგულაცია ხდება ხსნარში დამატებისას არა გულგრილიელექტროლიტი. არა გულგრილიელექტროლიტი ეწოდება ელექტროლიტს, რომელსაც შეუძლია შეცვალოს ინტერფეისური (?) და წრფივად დაკავშირებული ელექტროკინეტიკური (?) პოტენციალი, ანუ ეს ელექტროლიტი შეიცავს იონებს, რომლებიც შეიძლება სპეციალურად შეიწოვოს აგრეგატის ზედაპირზე, დაასრულოს მისი კრისტალური ბადე ან ქიმიურად ურთიერთქმედდეს პოტენციალთან. - განმსაზღვრელი იონები.

შექცევად პროცესს, რომლის დროსაც კოაგულატი კვლავ გადადის კოლოიდურ მდგომარეობაში, ეწოდება პეპტიზაცია ან დაშლა.

კოაგულაციის წესები

1. ხსნარში საკმარისი რაოდენობით დამატებული ყველა ძლიერი ელექტროლიტი იწვევს მის კოაგულაციას. ელექტროლიტების მინიმალურ კონცენტრაციას, რომელიც იწვევს ხსნარის კოაგულაციას გარკვეულ მოკლე დროში, ეწოდება კოაგულაციის ბარიერი:

სადაც C el არის ელექტროლიტ-კოაგულანტის კონცენტრაცია; ვ el არის დამატებული ელექტროლიტის მოცულობა; ვ sol (ჩვეულებრივ 10 მლ) არის ხსნარის მოცულობა.

2. იონს, რომლის მუხტი ემთხვევა ნიშნით ლიოფობიური სოლის მიცელის კონტრ იონების მუხტს, აქვს კოაგულაციური ეფექტი (შედედების იონის მუხტი საპირისპიროა კოლოიდური ნაწილაკების მუხტისა). ამ იონს ე.წ კოაგულანტი იონი.

3. იონის შედედების უნარი - კოაგულანტი რაც მეტია, მით მეტია იონის მუხტი:

მნიშვნელობის წესი:

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

იგივე მუხტის მქონე იონის კოაგულაციის უნარი რაც უფრო დიდია, მით უფრო დიდია მისი ბროლის რადიუსი. Ag + > Cs + > Rb + > NH 4 + > K + > Na + > Li+ - ლიოტროპული სერია.

კოლოიდური დაცვამასში სპირალის (მაღალმოლეკულური წონის ნაერთი) ან ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების (სურფაქტანტი) შეყვანით ეწოდება ხსნარის აგრეგაციული სტაბილურობის გაზრდა.

დაცვის ნომერიეწოდება მშრალი ნივთიერების მილიგრამების მინიმალურ რაოდენობას, რომელიც აუცილებელია 10 მლ ხსნარის დასაცავად, როდესაც მას ემატება ელექტროლიტი კოაგულაციის ზღურბლის ტოლი რაოდენობით.