프로젝트, 계획, 도면
물리 화학에서 s가 있는 시스템 k. 물리 화학 섹션

물리 화학에서 s가 있는 시스템 k. 물리 화학 섹션

과학의 분류는 물질의 운동 형태와 그 상호 관계 및 차이점의 분류를 기반으로합니다. 따라서 물리 및 화학의 여러 가지와 함께 물리 화학의 경계를 설명하기 위해서는 운동의 화학적 형태와 물리적 형태 사이의 연결과 차이점을 고려해야 합니다.

운동의 화학적 형태, 즉 화학 과정의 경우 반응 물질 분자의 원자 수와 배열의 변화가 특징적입니다. 많은 중에서 운동의 물리적 형태 (전자기장, 소립자의 이동과 변형, 원자핵의 물리학 등) 화학과정과 특히 밀접한 관련이 있음 분자내 운동 형태 (분자의 진동, 전자 여기 및 이온화). 가장 간단한 화학 과정 - 분자의 열 해리의 기본 작용은 분자 진동의 강도(진폭 및 에너지), 특히 원자가 결합을 따른 핵의 진동이 증가함에 따라 발생합니다. 분자의 특정 결합 방향으로 진동 에너지의 알려진 임계값을 달성하면 이 결합이 끊어지고 분자가 두 부분으로 해리됩니다.

여러 분자(보통 2개)를 포함하는 보다 복잡한 반응은 불안정하고 수명이 짧은 복합체(소위 활성 복합체)로 충돌할 때 두 분자의 조합으로 간주될 수 있으며 이 복합체가 새로운 분자로 빠르게 파괴됩니다. 이 복합체는 특정 연결을 통해 내부 진동 중에 불안정한 것으로 판명되었습니다.

따라서 기본 화학 작용은 분자의 진동 운동의 특별하고 중요한 지점입니다. 후자는 그 자체로 화학적 운동으로 간주될 수 없지만 1차 화학 공정의 기초입니다.

상당한 질량의 물질, 즉 많은 분자의 화학적 변형, 분자 충돌 및 분자 사이의 에너지 교환 (반응 생성물의 분자 운동 에너지를 초기 물질의 분자로 전달 충돌)이 필요합니다. 따라서 실제 화학 과정은 두 번째 과정과 밀접하게 관련되어 있습니다. 운동의 물리적 형태 - 종종 열 운동이라고 불리는 거시적 몸체 분자의 무질서한 운동.

화학적 운동 형태와 두 가지 물리적 운동 형태의 상호 관계는 위에서 가장 일반적인 용어로 간략하게 설명했습니다. 분명히, 화학 과정과 전자기장의 운동 복사, 원자 및 분자의 이온화 (전기 화학) 등과 동일한 연결이 있습니다.

물질의 구조 . 이 섹션은 원자의 구조, 분자의 구조 및 응집 상태의 교리를 포함합니다.

원자 구조의 교리는 물리 화학보다 물리학과 더 관련이 있습니다. 이 교리는 분자 구조를 연구하는 기초입니다.

분자 구조 연구에서는 분자의 기하학, 분자 내 운동 및 분자 내의 원자를 결합하는 힘을 연구합니다. 분자 구조에 대한 실험 연구에서는 분자 분광법(전파 분광법 포함)이 가장 많이 사용되었으며 전기, X선, 자기 및 기타 방법도 널리 사용됩니다.

응집 상태 이론에서는 기체, 액체 및 결정의 분자 상호 작용과 다양한 응집 상태의 물질 특성을 고려합니다. 물리화학에서 매우 중요한 이 과학 분야는 물리학(분자 물리학)의 일부라고 할 수 있습니다.

물질의 구조에 대한 전체 섹션은 또한 물리학의 일부로 간주될 수 있습니다.

화학 열역학 . 이 절에서는 일반 열역학 법칙에 기초하여 화학평형의 법칙과 일반적으로 위상의 법칙이라고 불리는 상평형의 원리를 설명한다. 화학 열역학의 일부는 다음과 같습니다. 열화학,화학 반응의 열 효과가 고려됩니다.

용액의 교리는 용액을 구성하는 물질의 성질에 기초하여 용액(여러 물질의 균질 혼합물)의 성질을 설명하고 예측하는 것을 목표로 합니다.

이 문제의 해결책은 이종 분자의 상호 작용에 대한 일반 이론의 구성, 즉 주요 문제의 해결책인 분자 물리학의 구성이 필요합니다. 일반이론의 발전과 특정 일반화를 위하여 용액의 분자구조와 조성에 따른 다양한 물성을 연구한다.

표면 현상의 교리 . 고체와 액체의 표면층(상 사이의 계면)의 다양한 특성을 연구합니다. 표면층에서 연구되는 주요 현상 중 하나는 흡착(표층에 물질 축적).

액체, 고체 및 기체 상 사이의 계면이 고도로 발달된 시스템(콜로이드 용액, 에멀젼, 미스트, 연기)에서 표면층의 특성이 가장 중요하게 되며 전체 시스템의 고유한 많은 특성을 결정합니다. 그런 미세 이질적인시스템이 연구되고 있습니다 콜로이드 화학,물리 화학의 주요 독립 섹션이며 고등 화학 교육 기관의 독립 학문입니다.

전기화학. 전기 현상과 화학 반응의 상호 작용(전기 분해, 전류의 화학 소스, 전기 합성 이론)을 연구합니다. 전기 화학은 일반적으로 전해질 용액의 특성에 대한 연구를 포함하며, 이는 동일한 권리로 용액 연구에 기인할 수 있습니다.

화학 역학 및 촉매 작용 . 우리는 화학 반응의 속도, 외부 조건(압력, 온도, 방전 등)에 대한 반응 속도의 의존성, 분자의 구조 및 에너지 상태와 반응 속도의 관계, 반응 속도에 미치는 영향을 연구합니다. 화학량론적 반응식에 관여하지 않는 물질의 (촉매).

광화학. 방사선과 화학 변형(방사선의 영향으로 발생하는 반응, 예를 들어 사진 과정 및 광합성, 발광)에 관여하는 물질의 상호 작용을 연구합니다. 광화학은 화학 동역학 및 분자 구조 연구와 밀접한 관련이 있습니다.

물리 화학의 주요 섹션에 대한 위의 목록은 이 과학의 최근 영역 중 일부와 더 작은 섹션을 다루지 않으며, 이는 더 큰 섹션의 일부 또는 물리 화학의 독립 섹션으로 간주될 수 있습니다. 예를 들어, 방사선 화학, 거대분자 물질의 물리화학, 자기화학, 기체 전기화학 및 기타 물리 화학 분야가 있습니다. 그 중 일부는 현재 빠르게 중요성이 커지고 있습니다.

물리 및 화학 연구 방법

물리화학의 기본적인 방법은 당연히 물리와 화학의 방법이다. 이것은 우선 실험 방법입니다. 외부 조건에 대한 물질의 특성 의존성에 대한 연구와 시간에 따른 화학 반응의 흐름 법칙과 화학 평형 법칙에 대한 실험적 연구입니다.

실험 재료에 대한 이론적 이해와 물질의 특성 및 화학 반응 법칙에 대한 일관된 지식 시스템의 생성은 다음과 같은 이론 물리학 방법을 기반으로 합니다.

양자역학적 방법 (특히, 파동 역학의 방법) 개별 원자와 분자의 구조와 특성, 그리고 상호 작용에 대한 연구의 기초가 됩니다. 개별 분자의 특성과 관련된 사실은 주로 실험적인 광학 방법의 도움으로 얻어집니다.

통계 물리학 방법 , 이는 물질의 특성을 계산하는 것을 가능하게 합니다. 개별 분자의 특성에 대한 지식을 기반으로 많은 분자("거시적" 특성)로 구성됩니다.

열역학적 방법 , 물질의 다양한 특성("거시적" 특성)을 정량적으로 연관시키고 다른 특성의 실험 값을 기반으로 이러한 특성 중 일부를 계산할 수 있습니다.

특정 분야의 현대 물리화학적 연구는 물질의 다양한 특성을 연구하고 분자 구조와의 관계를 설명하기 위해 다양한 실험적 및 이론적 방법을 사용하는 것이 특징입니다. 전체 데이터 세트와 위의 이론적 방법은 외부 조건 및 화학 반응에 참여하는 분자 구조에 대한 화학 변형의 방향, 속도 및 한계의 의존성을 결정하는 주요 목표를 달성하는 데 사용됩니다.

물리 화학

물리 화학의 주제. 그 의미

화학 및 물리 현상 연구의 관계 물리 화학.이 화학 분야는 화학과 물리학의 경계입니다. 물리 화학은 두 과학의 이론 및 실험 방법과 자체 방법을 사용하여 화학 반응과 그에 수반되는 물리적 과정에 대한 다각적인 연구에 참여하고 있습니다. 그러나 다방면의 연구라 할지라도 그 현상을 완벽하게 다룰 수 없고 그 현상을 철저히 다루지 않기 때문에 다른 자연과학의 법칙과 마찬가지로 물리화학의 법칙과 규칙성은 항상 현상을 단순화하고 이를 충분히 반영하지 못한다.

물리 화학의 급속한 발전과 중요성 증가는 물리와 화학의 경계 위치와 관련이 있습니다. 물리 화학의 주요 일반 임무는 연구 대상 시스템을 구성하는 물질의 구조 및 특성에 대한 데이터를 기반으로 다양한 조건에서 공정의 시간 경과 및 최종 결과(평형 상태)를 예측하는 것입니다.

물리 화학 발전의 역사에 대한 간략한 개요

"물리 화학"이라는 용어와 이 과학의 정의는 1752-1754년에 M.V. Lomonosov에 의해 처음 주어졌습니다. 과학 아카데미의 학생들에게 물리 화학 과정을 읽고 "진정한 물리 화학 입문"(1752) 과정의 원고를 남겼습니다. Lomonosov는 많은 연구를 수행했으며 그 주제는 그가 편집 한 "물리 화학 과정 계획"(1752)과 실험 작업 프로그램 "물리 화학 경험"(1754)에 해당합니다. 그의 지도하에 물리화학에 대한 학생 워크샵도 개최되었습니다.

Lomonosov는 물리 화학에 대해 다음과 같이 정의했습니다. "물리 화학은 물리학의 규정과 실험을 기반으로 화학 작업 중에 혼합체에서 일어나는 일을 설명하는 과학입니다." 이 정의는 현대에 가깝습니다.

물리 화학의 발전을 위해 19세기 중반에 열역학의 두 가지 법칙(S. Carnot, Yu.R. Mayer, G. Helmholtz, D.P. Joule, R. Clausius, W. Thomson)의 발견은 매우 중요했습니다. 중요성.

19세기에는 물리학과 화학의 경계에 있는 분야에 대한 연구의 수와 다양성이 지속적으로 증가했습니다. 화학 평형의 열역학 이론이 개발되었습니다(K.M. Guldberg, P. Waage, D.W. Gibbs). L.F. Wilhelmi의 연구는 화학 반응 속도(화학적 동역학) 연구의 기초를 마련했습니다. 용액에서 전기의 이동이 연구되었고(I.V. Gittorf, F.V.G. Kolrausch), 증기와 용액의 평형 법칙이 연구되었으며(D.P. Konovalov), 솔루션 이론이 개발되었습니다(D.I. Mendeleev).

독립적인 과학 및 학문 분야로서의 물리 화학의 인식은 1887년 독일 라이프치히 대학에 W. Ostwald가 이끄는 최초의 물리 화학과가 설립되고 물리에 관한 최초의 과학 저널이 창간되면서 표현되었습니다. 거기에 화학. 에 후기 XIX세기에 라이프치히 대학은 물리 화학 발전의 중심지였으며 주요 물리 화학자는 W. Ostwald, J. H. Van't Hoff, S. Arrhenius 및 W. Nernst였습니다. 이때까지 물리 화학의 세 가지 주요 섹션인 화학 열역학, 화학 동역학 및 전기화학이 정의되었습니다.

과학의 가장 중요한 분야로, 그 발전은 필요조건기술 진보, 화학 공정 연구 포함; 물리 화학은 이 문제의 발전에 주도적인 역할을 합니다.

물리 화학 섹션. 연구 방법

화학 열역학. 이 절에서는 일반 열역학 법칙에 기초하여 화학평형의 법칙과 상평형의 원리를 설명한다.

용액의 교리는 용액을 구성하는 물질의 성질에 기초하여 용액(여러 물질의 균질 혼합물)의 성질을 설명하고 예측하는 것을 목표로 합니다.

표면 현상의 교리. 고체와 액체의 표면층(상 사이의 계면)의 다양한 특성을 연구합니다. 표면층에서 주요 연구 현상 중 하나는 흡착(표층에 물질 축적).

액체, 고체 및 기체 상 사이의 계면이 고도로 발달된 시스템(에멀젼, 미스트, 연기 등)에서 표면층의 특성이 가장 중요하게 되며 전체 시스템의 많은 고유한 특성을 다음과 같이 결정합니다. 전부의. 그런 분산 (마이크로 이종)시스템이 연구되고 있습니다 콜로이드 화학,물리 화학의 주요 독립 분과입니다.

물리 화학의 주요 섹션에 대한 위의 목록은 이 과학의 일부 영역과 더 작은 섹션을 다루지 않으며, 이는 더 큰 섹션의 일부 또는 물리 화학의 독립 섹션으로 간주될 수 있습니다. 물리화학의 다양한 분야들 사이의 긴밀한 상호관계를 다시 한 번 강조해야 합니다. 어떤 현상을 연구할 때 화학의 많은 분야(종종 다른 과학)를 연구하기 위한 아이디어, 이론 및 방법의 무기고를 사용해야 합니다. 물리 화학에 대한 초기 지식이 있어야 교육 목적으로 자료를 표시된 섹션에 배포하는 것이 가능합니다.

물리 및 화학 연구 방법. 물리화학의 기본적인 방법은 당연히 물리와 화학의 방법이다. 이것은 우선 실험 방법입니다-외부 조건에 대한 물질 특성의 의존성 연구, 다양한 과정의 흐름 법칙 및 화학 평형 법칙에 대한 실험적 연구.

실험 데이터의 이론적 이해와 일관된 지식 시스템의 생성은 이론 물리학의 방법을 기반으로 합니다.

그 중 하나인 열역학적 방법을 사용하면 물질의 다양한 특성("거시적" 특성)을 정량적으로 연관시키고 다른 특성의 실험 값을 기반으로 이러한 특성 중 일부를 계산할 수 있습니다.

제1장
열역학 제1법칙

따뜻함과 일

한 몸에서 다른 몸으로 전환하는 동안 운동 형태의 변화와 그에 따른 에너지 변환은 매우 다양합니다. 운동 자체의 전이 형태와 이에 연결된 에너지 전이의 형태는 두 가지로 나눌 수 있다.

첫 번째 그룹은 두 개의 인접한 몸체 분자의 혼란스러운 충돌에 의한 한 가지 형태의 운동 전이만을 포함합니다. 전도에 의해 (동시에 방사선에 의해). 이러한 방식으로 전달되는 움직임의 측정값은 열 .

두 번째 그룹에는 다양한 형태의 움직임 전환이 포함되며, 공통 기능이는 방향성을 갖는 외부 힘의 작용에 따른 거시적 질량의 움직임입니다. 중력장에서 물체의 상승, 더 큰 정전기 전위에서 더 작은 전위로 일정량의 전기 전이, 압력 하에서 기체의 팽창 등이 있습니다. 그러한 수단에 의해 전달되는 움직임의 일반적인 측정은 다음과 같습니다. 일하다 .

열과 일은 물질 세계의 한 부분에서 다른 부분으로 운동을 전달하는 두 가지 다른 형태를 질적, 양적으로 특징짓습니다.

운동의 전달은 우리가 구별하는 두 가지 주요 형태인 물질의 일종의 복잡한 운동입니다. 열과 일은 이 두 가지 복잡한 물질 운동 형태의 척도이며 에너지의 한 유형으로 간주되어야 합니다.

열과 일의 공통 속성은 이러한 과정이 일어나는 시간 간격 동안에만 중요하다는 것입니다. 이러한 과정에서 어떤 물체에서는 어떤 형태의 움직임이 감소하고 해당 에너지가 감소하는 반면, 다른 물체에서는 동일하거나 다른 형태의 움직임이 증가하고 해당 유형의 에너지가 증가합니다.

우리는 열의 축적량이나 신체의 일에 대해 이야기하는 것이 아니라 알려진 과정의 열과 일에 대해서만 이야기합니다. 완료 후에는 신체의 열이나 일의 존재에 대해 이야기 할 필요가 없습니다.

내부 에너지

비원형 프로세스의 경우 시스템이 원래 상태로 돌아가지 않기 때문에 등식(I, 1)이 관찰되지 않습니다. 대신, 비원형 프로세스에 대한 등식을 작성할 수 있습니다(계수 생략 케이):

적분의 한계는 일반적으로 임의적이므로 기본 수량의 경우 dW그리고 dQ:

디 큐¹d 여,

따라서:

디 큐– 디 여 ¹ 0

차이점을 나타내다 dQ - dW모든 기본 열역학 과정에 대해 듀:

듀º 디 큐– 디 여(나, 2)

또는 최종 프로세스:

– (나, 2a)

순환 프로세스로 돌아가서 (방정식 I, 1에서) 다음을 얻습니다.

= – = 0 (나, 3)

따라서 가치 듀일부 시스템 상태 함수의 총 미분입니다. 시스템이 원래 상태로 돌아갈 때(주기적인 변경 후), 이 함수의 값은 원래 값을 얻습니다.

시스템 상태 기능 유,등식 (I, 2) 또는 (I, 2a)로 정의되는 내부 에너지 시스템 .

분명히 식 (I, 2a)는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

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

유 2 – U 1 \u003d ∆U \u003d Q - W

이 추론은 시스템이 가지고 있는 모든 움직임의 총 측정의 의미를 갖는 시스템 상태의 특정 기능의 존재를 경험적으로 입증합니다.

즉, 내부 에너지는 분자의 병진 및 회전 에너지, 분자의 원자 및 원자 그룹의 진동 에너지, 전자 운동 에너지, 핵 내 및 기타 유형의 에너지, 즉 모든 유형의 입자의 총체를 포함합니다. 시스템 자체의 위치 및 운동 에너지를 제외하고 시스템의 에너지 .

시스템이 초기 상태로 돌아간 후 시스템의 내부 에너지가 초기 값을 취하지 않고 증가하는 방식으로 순환 프로세스가 수행되었다고 가정합니다. 이 경우 순환 과정의 반복으로 인해 시스템에 에너지가 축적됩니다. 이 에너지를 일로 변환하고 열을 희생하지 않고 "무에서" 이런 식으로 일을 얻는 것이 가능할 것입니다. 왜냐하면 순환 과정에서 일과 열은 서로 동등하기 때문입니다. 이는 직접 실험에 의해 보여집니다 .

지정된 빌드 주기를 완료할 수 없음 퍼페츄움 모빌(perpetuum mobile) 1종,동등한 양의 다른 유형의 에너지를 소비하지 않고 일을 제공하는 것은 수천 년의 인간 경험의 부정적인 결과에 의해 입증됩니다. 이 결과는 우리가 Joule의 실험을 분석하여 특정하지만 더 엄격한 형식에서 얻은 것과 동일한 결론으로 이어집니다.

얻은 결과를 다시 한 번 공식화합시다. 순환 과정의 결과로 시스템의 총 에너지 공급(내부 에너지)은 원래 값으로 돌아갑니다. 즉, 주어진 상태에서 시스템의 내부 에너지는 하나의 명확한 값을 가지며 시스템 변경 사항에 의존하지 않습니다 이 상태에 오기 전에 겪었습니다.

즉, 시스템의 내부 에너지는 시스템 상태의 모호하지 않고 연속적이며 유한한 함수입니다.

시스템의 내부 에너지 변화는 식 (I, 2b)에 의해 결정됩니다. 식 (I, 3)은 순환 프로세스에 유효합니다. 계의 일부 속성(매개변수)의 극미한 변화와 함께 계의 내부 에너지도 극미하게 변합니다. 이것은 연속 함수의 속성입니다.

열역학 내에서 내부 에너지 개념의 일반적인 정의를 사용할 필요는 없습니다. 식 (I, 2) 또는 (I, 2a)를 통한 공식적인 양적 정의는 모든 추가 열역학적 추론 및 결론에 충분합니다.

시스템의 내부 에너지는 상태의 함수이기 때문에 이미 언급했듯이 시스템 상태의 매개변수에서 무한히 작은 변화에 따른 내부 에너지의 증가는 상태 함수의 총 미분입니다. 방정식 (I, 3)의 적분을 상태에서 경로의 섹션에 대한 두 개의 적분으로 나눕니다. 1 국가까지 2 (경로 "a") (그림 I 참조) 및 그 반대 - 상태에서 2 국가까지 1 (다른 방법으로 "b" ), - 우리는 다음을 얻습니다:

(나, 4)

(나, 5)

"a"와 "c" 또는 "b"와 "c" 등의 경로를 비교하여 동일한 결과에 도달합니다.

쌀. I. 순환(순환) 프로세스의 계획.

식 (I, 5)는 다음을 보여줍니다. 한 상태에서 다른 상태로 전환하는 동안 시스템의 내부 에너지 증가는 프로세스의 경로에 의존하지 않고 시스템의 초기 및 최종 상태에만 의존합니다.

열역학 제1법칙

열역학 제1법칙은 에너지 보존 법칙과 직접적으로 관련되어 있습니다. 화학 반응을 포함한 다양한 과정에서 에너지 균형을 계산할 수 있습니다.

에너지 보존 법칙에서 다음과 같습니다.

Q = ∆U + W

닫힌 시스템에 대한 결과 표현식은 다음과 같이 읽을 수 있습니다. 시스템에 공급된 열은 내부 에너지를 변경하고 작업을 수행하는 데만 사용됩니다.

방정식 (I, 3) 및 (I, 5)와 관련된 위의 설명은 다음을 제공합니다. 열역학 제1법칙의 공식화(내부 에너지를 정량화하는 방정식 (I, 2)와 결합).

열역학 제1법칙은 열과 일의 변환과 관련된 과정에 적용되는 에너지 보존 법칙의 정량적 공식화입니다.

열역학 제1법칙의 또 다른 공식은 식 (I, 2a)에서 얻을 수 있습니다. 고립된 시스템에서 dQ = 0그리고 dW = 0, 그리고 듀=0; 따라서 격리된 시스템에서 발생하는 모든 프로세스에 대해:

(I.6)

즉. 고립계의 내부에너지는 일정하다. . 열역학 제1법칙의 이러한 공식화는 에너지가 생성되거나 사라지지 않는 특정 조건 및 유한 시스템에 적용되는 일반 에너지 보존 법칙을 정량적으로 표현한 것입니다.

열역학 제1법칙은 전체 가치첫 번째 법칙을 표현하는 방정식은 다양한 프로세스에서 시스템 에너지의 변화만을 계산하기 때문에 모든 상태에서 시스템의 내부 에너지. 마찬가지로 거시적 과정에서 내부 에너지의 변화를 직접 측정할 수 없습니다. 측정 가능한 양(이 과정의 열 및 작업)을 고려하여 방정식(I, 2b)을 사용하여 이 변화를 계산하는 것만 가능합니다.

열과 일(각각 개별적으로)은 방정식 (I, 3) 또는 (I, 5)로 표현되고 내부 에너지에 고유한 상태 함수 특성을 갖지 않습니다. 시스템을 상태 1에서 상태 2로 옮기는 프로세스의 열과 일은 일반적으로 프로세스의 경로와 값에 따라 다릅니다. δQ그리고 δW상태 함수의 미분이 아니라 단순히 극소량입니다. 원소 열그리고 초등 작업.

따라서 내부 에너지 미분 듀원소 열 이외의 다른 수학적 특성을 가짐 dQ그리고 일 dW. 이것은 열역학 시스템을 구성하는 데 필수적입니다.

상태 방정식

평형 상태의 시스템과 그 구성 단계의 많은 속성은 상호 의존적입니다. 그 중 하나가 변경되면 다른 것도 변경됩니다. 시스템(단계)의 속성 간의 양적 기능 종속성은 다양한 유형의 방정식에 의해 반영될 수 있습니다.

이러한 방정식의 가장 높은 가치그것은 가지고있다 상태 방정식평형 상태에 있는 시스템의 각 상의 압력, 온도, 밀도(또는 부피), 조성 및 기타 특성을 통합 형태로 연결하는 상.

상태 방정식은 계의 열역학 방정식 및 그 동질 부분(상)과 밀접한 관련이 있지만 열역학의 기본 방정식에서 특정 형식으로 유도될 수 없으며 경험적으로 구하거나 다음을 기반으로 하는 통계 물리학 방법에 의해 얻어야 합니다. 분자 매개변수(즉, 개별 분자의 구조와 특성을 특징짓는 양). 가장 간단한 상태 방정식은 Clapeyron-Mendeleev 방정식, van der Waals 방정식 등 저압에서 기체에 대한 방정식입니다.

위상의 다양한 속성과 관련된 상태 방정식 및 기타 방정식의 존재는 시스템 상태의 명확한 특성화를 위해 소수의 독립적인 속성만 아는 것으로 충분하다는 사실로 이어집니다. 이러한 속성을 독립 변수또는 상태 매개변수시스템. 나머지 속성은 상태 매개변수의 기능이며 후자의 값이 주어지면 고유하게 결정됩니다. 이 경우 많은 문제에 대해 연구 중인 단계의 특정 상태 방정식을 알고 있는지 여부는 중요하지 않습니다. 해당 종속성이 항상 실제로 존재하는 것이 중요합니다.

따라서 시스템의 상태는 독립 변수(상태 매개변수)에 의해 결정되며, 그 수는 특정 시스템의 특성에 따라 달라지며, 그 선택은 원칙적으로 임의적이며 편의를 고려한 것과 관련이 있습니다. 가장 단순한 시스템의 상태를 결정하려면 - 질량 및 조성이 균질하고 일정하며(한 단계로 구성되고 화학적으로 변하지 않음) - 3개 중 2개의 독립 변수를 아는 것으로 충분합니다(부피 V,압력 피그리고 온도 티).보다 복잡한 시스템에서 독립 변수에는 농도, 전하, 정전기 전위, 자기장 강도 등이 포함될 수 있습니다.

열량 계수

상태의 함수인 시스템의 내부 에너지는 시스템의 독립 변수(상태 매개변수)의 함수입니다.

가장 단순한 시스템에서

유 = 에프 (브이, 티) (나, 7)

총 미분 U :

dU = dV + dT (1,8)

값 대체 듀방정식 (I, 8)에서 방정식 (I, 2)까지 다음을 찾습니다.

δQ = dV + dT + δW(나, 9)

연구 중인 시스템에서 팽창 작업만 발생하고 전기 작업, 중력, 표면력 등이 없는 경우 d 여 = PDF.그 다음에

δQ = + 피 dV + dT(나, 9a)

방정식 (I, 9a)에서 독립 변수의 미분에서 계수를 기호로 표시 엘그리고 이력서 ,우리는 얻는다:

δQ = ldV + C V dT(1,10)

방정식 (I, 9a) 및 (I, 10)은 다음을 의미합니다.

= 내가 = +P(I.11)

= C V =

수량 그리고 함수의 파생물이 아닙니다. 첫 번째는 등온팽창열신체. 치수가 압력의 치수와 일치하는 이 양은 외부 압력과 항의 합입니다. ; 이는 분자의 상호 인력을 반영합니다. 이 항은 실제 가스의 경우 작고 액체 및 고체의 경우 매우 큽니다(일반적인 외부 압력 값과 비교).

값 이력서, 방정식 (I, 11)에 따르면, 일정한 부피의 열용량. 일정한 부피에서 시스템에 의해 흡수된 열은 내부 에너지를 증가시키는 데 전적으로 사용됩니다(팽창 작업을 포함한 모든 유형의 작업이 없는 경우).

변수가 있는 내부 에너지의 총 미분 계수 V그리고 티위에 표시된 것처럼 단순한 물리적 의미를 갖습니다.

독립변수로 선택 피그리고 티또는 V그리고 피내부 에너지를 이러한 변수 쌍의 함수로 고려하면 유사하게 다음을 얻을 수 있습니다.

디 큐 = HDP + CP dT(나, 10a)

디 큐= c dV+l DP(나, 10b)

어디서 수량 시, CP , c와 l은 방정식 (I, 11)에 제시된 것보다 더 복잡한 관계에 의해 내부 에너지의 도함수와 관련됩니다. 참고 피 =있다 일정한 압력에서 열용량,ㅏ 시간 = – 압력의 등온 증가 열.후자의 값은 본질적으로 음수입니다.

승산 엘, 시간, C V , CP , c와 λ는 칼로리 비율.독립적인 물리적 의미(특히 씨피,씨 V와 엘), 그들은 또한 열역학적 결론과 계산에 유용한 보조량입니다.

다양한 공정 운영

일이라는 이름으로 많은 에너지 프로세스가 결합됩니다. 이러한 프로세스의 공통 속성은 외부에서 작용하는 힘을 극복하기 위해 시스템 에너지를 소비한다는 것입니다. 이러한 과정에는 예를 들어 잠재적인 장에서 질량의 이동이 포함됩니다. 운동이 힘 기울기에 반대되는 경우 시스템은 일의 형태로 에너지를 소비합니다. 작업량은 긍정적입니다. 힘 기울기를 따라 이동할 때 시스템은 외부에서 일의 형태로 에너지를 받습니다. 작업량은 음수입니다. 중력장에서 알려진 질량을 들어올리는 작업입니다. 이 경우 초등 작업:

디 여 = – mgdH

어디 중- 체질량; 시간초기 0 레벨 위의 높이입니다. 시스템이 외부 압력으로 팽창할 때 피,시스템이 작동합니다 , 이 경우 초등 작업은 동일합니다. PdV(V 1그리고 V 2 -시스템의 초기 및 최종 볼륨).

전하가 움직일 때 큐전위 강하 방향에 대한 전기장에서 제이잠재적인 변화가 다음과 같은 영역에서 디제이,뿐만 아니라 잠재적인 신체의 전하의 증가와 함께 제이, 값으로 dq작업이 시스템에서 수행되고 첫 번째 경우의 값은 동일합니다. qdj, 그리고 두 번째 경우 jdq.

유사한 방식으로 인터페이스 표면을 증가시키는 작업은 다음과 같이 표현할 수 있습니다. 에스시스템의 균질한 부분 사이(단계): d 여=-s DS,
여기서 s는 표면 장력입니다.

일반적으로 초등 작업 dW질적으로 다른 여러 기초 작업의 합계입니다.

디 여 = PD V- mgdH-에스 DS- 제이 디 q + … (1.12)

여기 피, -mg, -σ, -j는 일반화된 의미의 힘입니다. (일반화된 세력)또는 강도 요인; V, H, S, 큐 – 일반화된 좌표또는 커패시턴스 요인.

각각의 특정한 경우에, 연구 중인 시스템에서 어떤 유형의 작업이 가능한지를 결정하는 것이 필요하며, 이에 대한 적절한 표현을 컴파일 dW, 방정식 (I, 2a)에서 사용하십시오. 방정식 (I, 12)의 적분 및 특정 프로세스에 대한 작업 계산은 프로세스가 평형 상태에 있고 상태 방정식을 알고 있는 경우에만 가능합니다.

매우 많은 시스템에서 일련의 방정식 (I, 12)을 확장 작업이라는 하나의 항으로 제한하는 것이 가능합니다.

평형 과정에서 팽창 작업은 상태 방정식에서 오는 다양한 방정식으로 표현됩니다. 다음은 그 중 일부입니다.

1) 일정한 부피로 진행되는 공정 (등변성 과정, V = const):

W = ∫δW = ∫PdV = 0(나, 13)

2) 일정한 압력에서 진행되는 공정 (등압 과정, P = const):

여= = P (V 2 - V 1) \u003d PDV(나, 14)

3) 일정한 온도에서 일어나는 과정 (등온 과정, T = const). 증축공사 이상 기체, 무엇을 위해 PV=nRT:

W = dV = nRT 로그(나, 15)

엔탈피

팽창 작업만 수행되는 공정에 대한 열역학 제1법칙의 방정식은 다음과 같은 형식을 취합니다.

δQ = dU + PdV(나, 19)

공정이 일정한 압력에서 진행되면 적분하여 다음을 얻습니다.

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

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

왜냐하면 피그리고 V– 상태 매개변수, 유는 상태 함수이고 합은 U+PV또한 상태 함수이며 프로세스의 변경은 프로세스의 경로에 의존하지 않고 초기 및 최종 상태에만 의존합니다. 이 기능은 엔탈피그리고 기호로 표시됩니다. 시간. 가치의 결정 시간신원 서비스:

HU + PV(나, 22)

방정식 (I, 21)에서 일정한 압력에서 흡수된 열은 엔탈피 D의 증가와 같습니다. 시간프로세스 경로에 의존하지 않습니다.

(나, 21a)

열역학 제2법칙

가장 일반적이고 확실히 자발적인 과정은 뜨거운 물체에서 차가운 물체로의 열 전달(열전도)과 일의 열로의 전이(마찰)입니다. 수세기 동안 인류의 일상적, 기술적, 과학적 실천은 이러한 과정의 일상적인 현실과 역과정의 자발적인 발생 불가능을 보여주었습니다. 작업 본체를 둘러싼 본체에서). 이것은 일련의 과정의 유일한 결과가 덜 가열된 물체에서 더 가열된 물체로 열을 전달하는 것일 수 없다고 주장하는 근거를 제공합니다. (Clausius의 가정).

더 가열된 물체에서 덜 가열된 물체로의 표시된 열 전이의 반대는 열 전도에 의한 열 전달의 일반적인 비평형 과정입니다. 이는 되돌릴 수 없습니다. 즉, 동일한 상태 시퀀스를 통해 되돌릴 수 없습니다. 그러나 이것만으로는 충분하지 않습니다. 시스템에서 직접 열 전달 과정이 발생하면 열 전달에 참여하는 모든 신체가 원래 상태로 돌아갈 수 있는 일련의 과정을 수행할 수 없습니다. 원래 상태이며 다른 본체에서는 변경 사항이 발생하지 않습니다. 열전도 과정은 되돌릴 수 없습니다.

동일한 실험적 근거를 가지고 있는 또 다른 일반적인 입장은 다음과 같이 기술합니다. 일련의 과정의 유일한 결과는 열을 일로 변환할 수 없습니다(즉, 시스템이 환경으로부터 열을 흡수하고 일 등가물을 방출하는 것입니다. 이 더위에). 따라서 (마찰에 의해) 일을 열로 변환하는 자발적인 과정은 (열전도와 마찬가지로) 되돌릴 수 없습니다.

마지막 진술은 다르게 말할 수 있습니다. 프로세스에 참여하는 가장 추운 신체의 열은 작업의 원천이 될 수 없습니다. (톰슨의 가정).

두 위치(Clausius와 Thomson의 가정)는 열역학 제2법칙의 공식화이며 서로 동등합니다.

열의 전달 또는 일로의 변환은 프로세스의 유일한 결과로 간주되기 때문에 열 교환에 참여하는 시스템은 프로세스 또는 프로세스 조합의 결과로 원래 상태로 돌아가는 것이 분명히 필요합니다. 이러한 순환 과정에서 시스템의 내부 에너지는 변하지 않습니다.

위의 공식 중 두 번째(특히 마지막 형식)가 올바르지 않다고 가정해 보겠습니다. 그런 다음 주기적으로 작동하는 기계를 구축하는 것이 가능하며 "작업 본체"가 주기적으로 원래 상태로 돌아가고 이 기계는 시스템보다 뜨겁지 않은 본체에서 외부에서 흡수된 열로 인해 작업을 제공합니다. 자체 및 시스템을 둘러싼 다른 모든 본체. 이러한 과정은 열역학 제1법칙(열로 인한 일)을 위반하지 않고 진행되지만 실제로는 무에서 일을 얻는 것과 같습니다. 모든 기계는 환경에서 거의 무진장한 열원을 가지고 있기 때문입니다. 그래서 배가 움직일 수 있었고, 바닷물의 따뜻함을 빼앗아 연료가 필요하지 않았습니다. 그런 기계를 두 번째 종류의 perpetuum mobile(perpetuum mobile).이 정의에 기초하여 열역학 제2법칙을 공식화하여 Thomson의 가정에 다른 형태를 부여할 수 있습니다. 두 번째 종류의 영구 이동은 불가능합니다.

Clausius와 Thomson의 규정과 두 번째 종류의 영구 이동이 불가능하다는 주장은 다른 법률이나 규정에 근거하여 입증될 수 없음을 강조해야 합니다. 그것들은 그것들로부터 뒤따르는 모든 결과들에 의해 정당화되지만 모든 가능한 경우들에 대해 증명될 수는 없는 추측들이다.

물론 매우 정확하고 간결한 열역학 제2법칙의 공식을 하나 더 제시해 보겠습니다. 이 공식에는 가역적 프로세스와 비가역적 프로세스 간의 차이가 표현되는 새로운 상태 기능의 존재에 대한 가정이 포함되어 있습니다.

엔트로피 계산 방법

엔트로피를 결정하는 방정식 (II, 1) 및 (II, 1a)는 시스템의 엔트로피 변화에 대한 열역학적 계산을 위한 유일한 초기 방정식입니다. 방정식 (II, 1a)의 원소 열을 열량 계수에 대한 표현으로 대체하면(방정식 (I, 10) 및 (I, 10a) 참조) 평형 과정에 대해 다음을 얻습니다.

kJ/mol; 녹는 온도 티평방 \u003d 5.5 ° С ( 티= 278,5 에게). 따라서 엔트로피 변화 1 몰용융 중 벤젠(용융 엔트로피)은 다음과 같습니다.

DS스퀘어 = 35,06J/mol

2. 일정한 압력에서 가열(등압 공정; 피 = 상수). 방정식 (I, 18a) 및 (II, 1a)에서 다음을 얻습니다.

D.S. =(Ⅱ, 6)

알루미늄 1몰을 25°C에서 600°C로 가열했을 때의 엔트로피 변화를 알아봅시다. 알루미늄의 실제 몰 열용량은 다음 방정식으로 표현할 수 있습니다.

Cp = 565.5 + 0.290 티.방정식 (II, 6)에 따르면 엔트로피의 변화는 다음과 같습니다.

DS = = 565.5 + 0.290(873 - 298) = 607.8 + 166.8 = 774.6J/molK

플랑크의 가정. 절대 엔트로피 값

방정식 (II, 3)에 의해 시스템의 엔트로피의 절대 값을 계산하는 것은 불가능합니다. 이 가능성은 M. Planck(1912)가 공식화한 열역학의 두 법칙을 따르지 않는 새롭고 증명할 수 없는 입장에 의해 제공됩니다. 이 조항에 따르면, 플랑크의 가정, 절대 영도에서 개별 결정 물질의 엔트로피는 0입니다.:

엄밀히 말하면, 플랑크의 가정은 결정이 이상적으로 구축된 개별 물질에 대해서만 유효합니다(결정 격자에서 모든 노드는 분자 또는 원자가 차지하고 규칙적으로 교대하고 규칙적으로 배향됨). 이러한 결정을 이상적인 고체.실제 결정은 결정 격자가 완벽하게 만들어지지 않았기 때문에 그렇지 않습니다.

어느 정도 무작위로 만들어진 결정 격자의 엔트로피는 완벽하게 만들어진 결정 격자의 엔트로피보다 큽니다. 따라서 0K에서도 실제 결정은 0보다 큰 엔트로피를 갖습니다. 그러나 절대 영도에서 개별 물질의 실제 잘 형성된 결정의 엔트로피는 작습니다.

Planck의 가정에 따라 이상적인 강체에 대한 방정식 (II, 6)은 다음과 같은 형식을 취합니다.

플랑크의 가정은 화학 공정의 열역학 연구에서 화학 화합물의 엔트로피의 절대 값을 계산하는 데 사용됩니다. 큰 중요성화학 평형을 계산할 때.

엔트로피는 기술 열역학(열 공학)에서 수증기와 같은 열 기관의 작동 유체의 중요한 매개 변수 중 하나로 널리 사용됩니다. 주어진 상태에서 수증기의 엔트로피 값은 일부 표준 상태(보통 0°C 및 1)와 비교하여 계산됩니다. 암.이러한 엔트로피 값은 소위 구성하는 데 사용됩니다. 엔트로피 상태 다이어그램좌표의 수증기 성또는 쉿(몰리에 다이어그램). 이러한 다이어그램에서 다이어그램과 같이 V-P열기관의 작동체에서 발생하고 기계의 작동주기를 구성하는 다양한 과정을 묘사하는 것이 가능합니다.

결론적으로, 우리는 열역학 분야를 탐구할 필요가 없다는 점에 유의해야 합니다. 우리의 목적은 이 과학의 주요 아이디어를 설명하고 주장을 기반으로 할 수 있는 이유를 설명하는 것입니다.

마지막으로, 열역학의 두 법칙은 종종 다음과 같이 공식화됩니다.

제1법칙 우주의 에너지는 항상 일정하다.

제2법칙 우주의 엔트로피는 항상 증가한다.

물리적 인, 과학 일반법구조와 화학을 결정합니다. 12월 인-인 변신 내선 정황. 화학을 연구합니다. 이론의 도움으로 현상 그리고 실험. 물리학의 방법.

독립적으로 물리학이 형성되었습니다. 18 세기 "물리적"이라는 용어는 M.V.에 속합니다. 1752년 처음으로 학생들에게 책을 읽어준 로모노소프 상트페테르부르크 대학교물리적 코스. 그는 흔적을 소유하고 있습니다. 정의: "물리학은 물리학의 규정과 실험을 기반으로 화학 작업 중에 혼합체에서 일어나는 일을 설명하는 과학입니다." 물리학에 관한 기사를 출판하기 위한 최초의 과학 저널은 W. Ostwald와 J. van't Hoff에 의해 1887년에 창간되었습니다.

에프 물리적이 주요 이론입니다. 현대의 기초 , 통계와 같은 중요한 물리학 분야를 기반으로 합니다. 물리학 및 비선형 역학, 현장 이론 등. 여기에는 섬 구조의 교리가 포함됩니다. 아 그리고 . 물리의 별도 섹션으로, 그들은 종종 물리(포함)의 교리, 물리 화학 고분자를 선택합니다. 연결 그것들은 물리적인 것과 밀접하게 인접하며 때로는 물리적인 것과 독립적으로 간주됩니다. 섹션 및 . 물리적인 부분의 대부분은 방법론적인 연구의 대상과 방법에 대해 상당히 명확한 경계를 가지고 있습니다. 사용된 기능 및 장비.

현대의 물리적 발달 단계는 화학의 일반 법칙에 대한 심층 분석이 특징입니다. 부두로의 전환. 수준, 매트의 광범위한 사용. , 범위 확장 내선 화학에 미치는 영향. 시스템(고온 및 극저온, 높고 강한 방사선 및 자기 효과), 초고속 공정 연구, 화학 물질의 에너지 저장 방법. 인화 등

신청 양자 이론, 우선 화학을 설명할 때. 현상을 의미합니다. 해석 수준에 대한 관심이 증가하고 에서 두 가지 방향을 선택하게 되었습니다. 양자 역학에 기반한 방향. 이론 및 현미경에 대한 운영. 현상에 대한 설명 수준, 흔히 화학이라고 합니다. 물리학, 그리고 앙상블로 작동하는 방향 큰 수통계적으로 효력이 발생하는 입자. 법률, - 물리적. 이러한 세분화로 물리 화학과 화학의 경계. 물리학은 할 수 없습니다. 화학 속도 이론에서 특히 분명합니다. 지구.

섬의 구조에 관한 교리와광범위한 실험을 요약합니다. 그러한 물리적 물질을 사용하여 얻은 재료. 분자와 같은 방법으로 상호 작용을 연구합니다. 전자기 decomp에서 in-tion을 가진 방사선. 파장 범위, 사진 및 X선 회절 방법, 광학 자기 기반 방법. 효과 등. 이러한 방법을 사용하면 전자, 평형 위치 및 핵 및 콘덴서의 진동 진폭에 대한 구조적 데이터를 얻을 수 있습니다. in-ve, 에너지 시스템에 대해. 지오메트리 변경에 대한 레벨 및 전환. 환경 또는 개별 단편 등을 변경할 때의 구성

연결하는 작업과 함께 속성 인그들의 구조와 함께 현대적입니다. 물리학은 또한 주어진 특성을 가진 화합물의 구조를 예측하는 역 문제에 적극적으로 참여합니다.

decomp의 특성에 대한 매우 중요한 정보 소스입니다. 화학의 상태와 특성. 변환은 양자 화학의 결과입니다. 계산. 화학의 행동을 고려할 때 물리적으로 사용되는 개념과 아이디어의 시스템을 제공합니다. 교각 당 화합물. 레벨 및 in-in을 구성하는 특성과 이 in-va의 St. you 사이의 상관 관계를 설정할 때. 양자 화학의 결과 덕분입니다. 계산 pov-sey 위치 에너지 화학. 다른 시스템 그리고 실험. 기회 최근 몇 년, 특히 발달, 신체는 St. Comm의 포괄적인 연구에 가깝습니다. 들뜬 상태 및 매우 들뜬 상태에서 구조적 특징 분석 Comm. 그러한 상태와 화학 물질의 역학에서 이러한 기능의 징후의 특성. 변형.

일반적인 것의 한계는 평형 상태와 가역적 과정만을 기술할 수 있다는 것입니다. 실제 비가역적 과정은 1930년대에 발생한 문제의 주제입니다. 20 세기 . 물리 연구의이 영역은 비평 형 거시적입니다. 발생률이 국부적으로 일정하게 유지되는 시스템(이러한 시스템은 국부적으로 평형에 가깝습니다). 그것은 우리가 chem이 있는 시스템을 고려할 수 있게 해줍니다. p-tions 및 물질 전달(), 열, 전기. 요금 등

화학적 변형을 연구합니다. 시간 내, 즉 화학 물질의 속도. p-tions, 이러한 변환의 메커니즘 및 화학 물질의 의존성. 구현 조건에서 프로세스. 그녀는 변화의 패턴을 설정합니다시간에 따른 변환 시스템의 구성의 niya는 화학 물질의 비율 사이의 관계를 보여줍니다. p-tion 및 외부 조건, 또한 화학 물질의 속도와 방향에 영향을 미치는 요인을 연구합니다. 지구.

대부분의 화학. p-tions는 개별 기본 화학으로 구성된 복잡한 다단계 프로세스입니다. 변환, 수송 및 에너지 전달. 이론적 인 화학 동역학은 기본 요소의 메커니즘에 대한 연구를 포함하고 고전의 아이디어와 장치를 기반으로 이러한 프로세스를 계산합니다. 역학 및 양자 이론, 복잡한 화학 모델의 구성에 종사하고 있습니다. 프로세스, 화학 구조 사이의 관계를 설정합니다. 화합물과 그 반응. 능력. 운동의 식별 복잡한 p-tion(형식 동역학)에 대한 패턴은 종종 매트를 기반으로 합니다. 복잡한 p-tion의 메커니즘에 대한 가설을 테스트하고 미분 시스템을 설정할 수 있습니다. 설명, 분해 시 프로세스 구현 결과를 설명합니다. 내선 정황.

화학용. 역학은 많은 물리적 사용이 특징입니다. 반응물의 국부적인 여기를 수행하고, 빠른(최대 펨토초) 변환을 연구하고, 동역학 등록을 자동화할 수 있는 연구 방법. 컴퓨터 등에서 동시에 처리하는 데이터. 운동을 집중적으로 축적합니다. 키네틱을 통한 정보 , 포함 화학을 위해. 극한 상황에 처한 지역.

화학 물질과 밀접하게 관련된 물리적인 매우 중요한 부분입니다. 역학은 화학 물질의 속도와 방향의 변화에 대한 교리입니다. 지역 노출 대상 (

물리 화학

§ 1. 물리 화학의 주제. 그 의미

§ 2. 물리 화학 발전의 역사에 대한 간략한 개요

독립적인 과학 및 학문 분야로서의 물리 화학의 인식은 1887년 독일 라이프치히 대학에 W. Ostwald가 이끄는 최초의 물리 화학과가 설립되고 물리에 관한 최초의 과학 저널이 창간되면서 표현되었습니다. 거기에 화학. 19세기 말 라이프치히 대학은 물리화학 발전의 중심지였으며, 대표적인 물리화학자는 W. Ostwald, J. H. Van't Hoff, S. Arrhenius, W. Nernst였습니다. 이때까지 물리 화학의 세 가지 주요 섹션인 화학 열역학, 화학 동역학 및 전기화학이 정의되었습니다.

기술 발전의 필수 조건인 과학의 가장 중요한 분야는 화학 공정 연구를 포함합니다. 물리 화학은 이 문제의 발전에 주도적인 역할을 합니다.

§ 3. 물리 화학 섹션. 연구 방법

화학 열역학. 이 절에서는 일반 열역학 법칙에 기초하여 화학평형의 법칙과 상평형의 원리를 설명한다.

용액의 교리는 용액을 구성하는 물질의 성질에 기초하여 용액(여러 물질의 균질 혼합물)의 성질을 설명하고 예측하는 것을 목표로 합니다.

실험 데이터의 이론적 이해와 일관된 지식 시스템의 생성은 이론 물리학의 방법을 기반으로 합니다.

제1장
열역학 제1법칙

§ 1. 에너지. 에너지 보존 및 변환의 법칙

물질의 필수 속성(속성)은 움직임입니다. 그것은 물질 그 자체처럼 파괴할 수 없다. 물질의 운동은 서로 다른 형태로 전달될 수 있는 다양한 형태로 나타납니다. 물질의 운동량은 에너지.정량적으로 에너지는 각각의 특정한 움직임 형태의 특성 매개변수를 통해 특정한 방식으로, 그리고 이 형태에 특정한 단위로 표현된다.

SI 단위 체계에서 에너지 단위(열과 일)는 줄( 제이), 1에서 힘의 일과 동일 시간 1로 가는 길에 중. 1 J = 1Nm.

널리 사용되는 에너지 단위(열)인 칼로리는 현재 사용이 허용된 오프 시스템 단위입니다. 현재 사용되는 칼로리는 정의상 특정 줄 수와 동일합니다. 1 대변 4.1868줄과 같습니다. 이 단위는 열 공학에 사용되며 다음과 같이 부를 수 있습니다. 열칼로리.화학 열역학에서는 4.1840줄에 해당하는 약간 다른 단위가 사용됩니다. 열화학 칼로리.적용의 편의성은 참고서에 수집되고 이러한 단위로 표시되는 광범위한 실험 열화학 물질을 사용하는 편리성과 관련이 있습니다.

운동의 한 형태가 다른 형태로 변형될 때, 다른 단위로 표현되는 사라지고 나타난 운동의 에너지는 서로 동등하다. 발생한 운동(에너지의 등가 변환 법칙).이 비율은 두 가지 운동 형태의 에너지와 한 형태의 운동에서 다른 운동 형태로의 전환이 발생하는 특정 조건에 의존하지 않습니다. 따라서 전류의 에너지가 혼란스러운 분자 운동의 에너지로 변환될 때 1줄의 전기 에너지는 항상 0.239로 바뀝니다. 대변분자 운동의 에너지.

따라서 물질의 운동을 측정하는 에너지는 항상 주어진 운동 형태에 해당하는 질적으로 원래의 형태로 나타나며 적절한 측정 단위로 표현됩니다. 다른 한편, 그것은 모든 형태의 운동의 통일성, 상호 전환성 및 운동의 불멸성을 정량적으로 반영합니다.

위의 에너지 등가변환법칙은 물리적 실험법칙이다. 등가 에너지 변환의 법칙형식으로 다르게 표현할 수 있습니다. 에너지 보존 및 변환 법칙:에너지는 생성되거나 소멸되지 않습니다. 모든 과정과 현상에서 이 과정에 참여하는 고립된 물질계의 모든 부분의 총 에너지는 증가하거나 감소하지 않고 일정하게 유지됩니다.

에너지 보존 및 변환의 법칙은 무수히 많은 분자의 집합체를 나타내는 임의의 큰 물체에서 발생하는 현상과 하나 또는 몇 개의 분자가 참여하여 발생하는 현상에 적용된다는 점에서 보편적입니다.

다양한 형태의 기계적 운동에 대해 에너지 보존 법칙은 오랫동안 정성적 형태(Descartes-1640)와 양적 형태(Leibniz-1697)로 표현되었습니다.

열과 일의 상호 변환(아래 참조)에 대해 에너지 보존 법칙은 40년대에 수행된 Yu. R. Mayer, G. Helmholtz 및 D.P. Joule의 연구에 의해 자연 과학 법칙으로 입증되었습니다. XIX 세기.

등가변환의 법칙을 이용하여 다양한 형태의 운동에너지를 한 종류의 에너지(한 형태의 운동)의 특성 단위로 표현한 후 덧셈, 뺄셈 등의 연산을 수행할 수 있다.

§ 2. 열역학의 주제, 방법 및 한계

열역학은 이론 물리학의 주요 분야 중 하나입니다. 열역학은 열과 일의 형태로 신체 사이의 에너지 전달과 관련된 다양한 유형의 에너지의 상호 변환 법칙을 연구합니다.열역학은 다양한 과정에서 에너지 전달의 형태로 열과 일에 관심을 집중하면서 고려 대상에 있는 물질의 다양한 특성 사이에 수많은 에너지 연결과 의존성을 포함하며 매우 광범위하게 적용할 수 있는 일반화 열역학 법칙.

기본 열역학 법칙을 설정할 때 신체 내부에서 발생하는 에너지 변환(종종 매우 복잡한)은 일반적으로 상세하지 않습니다. 주어진 상태에서 신체에 내재된 에너지의 유형도 구별되지 않습니다. 이러한 모든 유형의 에너지의 총체는 단일로 간주됩니다. 시스템의 내부 에너지 .

위에서 설명한 열역학의 주제는 이 과학의 방법과 경계를 정의합니다. 열역학에서 출발점으로 삼는 열과 일의 구별과 일에 대한 열의 반대는 많은 분자로 구성된 물체에 대해서만 의미가 있습니다. 열과 일은 의미를 잃는다. 따라서 열역학은 소위 많은 수의 분자로 구성된 몸체만을 고려합니다. 거시적 시스템게다가 고전적인 형태의 열역학은 개별 분자의 거동과 특성을 고려하지 않습니다.

열역학적 방법은 또한 연구 대상이 물질 세계에서 분리된 물체 또는 물체 그룹이라는 사실을 특징으로 합니다. 열역학 시스템 (이하 간단히 체계).

시스템에는 외부 세계(환경)와 구분하는 특정 경계가 있습니다.

시스템은 동종의 , 각 매개변수가 시스템의 모든 부분에서 동일한 값을 가지거나 지점에서 지점으로 지속적으로 변경되는 경우.

시스템은 이질적인 , 눈에 보이는 경계면에 의해 서로 분리된 여러 거시적(많은 분자로 구성됨) 부분으로 구성된 경우. 이러한 표면에서 일부 매개변수는 갑자기 변경됩니다. 예를 들어, "고체 염 - 포화 염 수용액 - 포화 수증기" 시스템이 있습니다. 여기서 염-용액-증기의 경계에서 조성과 밀도가 급격하게 변한다.

가시적인 인터페이스에 의해 다른 부분과 분리된 시스템의 균질한 부분을 단계 . 이 경우 동일한 물리적 및 열역학적 특성을 가진 시스템의 개별 균질한 부분 집합이 한 단계로 간주됩니다(예: 한 물질의 결정 집합 또는 기체에 부유되어 안개를 형성하는 액적 집합 ). 시스템의 각 단계는 자체 상태 방정식을 특징으로 합니다.

열이나 일의 형태로 환경과 물질과 에너지를 교환할 수 없는 시스템을 외딴 .

물질과 에너지를 환경과 (열이나 일의 형태로) 교환할 수 있는 시스템을 열려 있는.

물질을 환경과 교환할 수 없지만 에너지(열이나 일의 형태로)를 교환할 수 있는 시스템을 닫은 .

열역학은 시스템에 포함된 상의 온도, 압력, 질량, 밀도 및 화학적 조성과 같은 물질 시스템 전체와 거시적 부분(상)의 측정 가능한 속성과 기타 속성 간의 관계를 연구합니다. 이러한 속성의 변경 간의 관계로.

열역학에 의해 연구된 일련의 특성(소위 시스템의 열역학적 매개변수) 정의 시스템의 열역학적 상태.열역학적 특성이 변경되면(단 하나만이라도) 시스템의 열역학적 상태가 변경됩니다.

자연에서 발생하는 모든 과정은 자발적(자연적)과 비자발적 과정으로 나눌 수 있습니다.

자발적인 과정이들은 외부 에너지 입력이 필요하지 않은 프로세스입니다. 예를 들어, 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 열이 전달되는 것, 염분의 물 용해 등이 저절로 진행됩니다.

비자발적 프로세스예를 들어 공기를 질소와 산소로 분리하는 것과 같이 흐름을 위해 외부로부터의 에너지가 필요합니다.

열역학에서 주로 매개변수(온도, 압력, 정전기 전위 등)가 시간에 따라 자발적으로 변경되지 않고 개별 상의 부피의 모든 지점에서 동일한 값을 갖는 시스템의 이러한 상태가 고려됩니다. 이러한 상태를 균형이 잡힌.

열역학의 기본 가정 중 하나는 다음과 같은 진술입니다. 임의의 자발적 과정의 과정은 궁극적으로 고립된 시스템을 평형 상태로 가져오고, 그 특성이 더 이상 변경되지 않을 때, 즉 시스템에서 평형이 확립될 것입니다.

위상 내에서 온도, 압력 및 조성의 고르지 않고 시간에 따라 변하는 분포를 특징으로 하는 상태는 다음과 같습니다. 비평형. 그것들은 기본 열역학 법칙 외에도 추가 가정이 사용되는 비평형(가역적) 과정의 열역학에 의해 고려됩니다.

경험의 일반화로 간주되는 열역학의 기본 법칙에 기초하여 구축된 열역학은 종종 고전또는 현상학적 열역학.열역학은 열기관 이론의 이론적 토대를 제공합니다. 이 섹션은 기술 열역학.열역학적 관점에서 화학 공정에 대한 연구는 다음과 같습니다. 화학 열역학,물리 화학의 주요 분야 중 하나입니다.

§ 3. 열과 일

두 번째 그룹에는 다양한 형태의 이동 전환이 포함되며, 그 공통된 특징은 지시된 특성을 가진 외부 힘의 작용에 따른 거시적 덩어리의 이동입니다. 중력장에서 물체의 상승, 더 큰 정전기 전위에서 더 작은 전위로 일정량의 전기 전이, 압력 하에서 기체의 팽창 등이 있습니다. 그러한 수단에 의해 전달되는 움직임의 일반적인 측정은 다음과 같습니다. 일하다 .

열과 일은 물질 세계의 한 부분에서 다른 부분으로 운동을 전달하는 두 가지 다른 형태를 질적, 양적으로 특징짓습니다.

§ 4. 열과 일의 등가

D.P. Joule(1842-1867)의 고전적 실험에서 상호 전이 동안 열과 일 사이의 일정한 등가 비율이 설정되었습니다. 대표적인 줄 실험은 다음과 같다.

열의 기계적 등가물을 결정하기 위한 줄 장치.

알려진 높이에서 떨어지는 추는 열량계의 물에 잠긴 교반기를 회전시킵니다(추와 물이 있는 열량계는 열역학적 시스템을 구성합니다.). 물 속에서 교반기 블레이드의 회전은 열량계의 물을 가열합니다. 상응하는 온도 상승이 정량화된다.

지정된 프로세스가 완료된 후 시스템을 원래 상태로 가져와야 합니다. 이것은 정신적 경험을 통해 할 수 있습니다. 무게는 원래 높이로 올라가고 외부 작업이 소비되어 시스템의 에너지가 증가합니다. 또한 초기 온도로 냉각하여 열량계에서 열을 제거합니다(환경으로 전달됨). 이러한 작업은 시스템을 원래 상태로 되돌립니다. 즉, 시스템의 모든 측정 가능한 속성은 초기 상태에서와 동일한 값을 얻습니다. 시스템의 속성이 변경되고 마지막에 원래 상태로 되돌아가는 과정을 시스템이라고 합니다. 순환(순환) 프로세스 또는 주기 .

설명된 주기의 유일한 결과는 시스템을 둘러싼 환경에서 작업을 제거하고 열량계에서 가져온 열을 이 환경으로 전달하는 것입니다.

해당 단위로 측정된 이 두 양을 비교하면 부하의 크기, 열량계의 크기, 다른 실험에서 특정 열량과 작업량에 관계없이 두 양 사이의 일정한 관계가 나타납니다.

무한히 작은(기본) 열의 합(적분)으로 순환 과정에서 열과 작업을 쓰는 것이 좋습니다.  큐및 극미한(기본) 작업  여, 적분의 초기 한계와 최종 한계가 일치합니다(주기).

그러면 순환 과정에서 열과 일의 등가는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

(나, 1)

방정식 (I, 1)에서 기호 주기에 대한 통합을 나타냅니다. 계수 불변성 케이 열과 일의 등가를 반영합니다( 케이열의 기계적 등가물). 식 (I, 1)은 일을 열로 변환하는 매우 중요한 특정 경우에 대한 에너지 보존 법칙을 나타냅니다.

Joule, Rowland(1880), Miculescu(1892) 등의 연구에서 금속의 마찰, 충격, 전류의 일을 직접 열로 변환, 고체의 신축 등의 방법이 사용되었습니다. 케이 실험 오차 내에서 항상 일정합니다.

다음에서는 계수의 도움으로 일과 열이 항상 있다고 가정합니다. 케이동일한 단위로 표현(무슨 상관없이) 및 계수 케이내려간다.

§ 5. 내부 에너지

≠

적분의 한계는 일반적으로 임의적이므로 기본 수량의 경우  여 그리고  큐:

큐   여,

따라서:

큐 – 여  0

차이점을 나타내다  큐 –  여모든 기본 열역학 과정에 대해 듀:

듀   큐 – 여 (나, 2)

또는 최종 프로세스:

–
(나, 2a)

순환 프로세스로 돌아가서 (방정식 I, 1에서) 다음을 얻습니다.

=
–
= 0(나, 3)

따라서 가치 듀 일부 시스템 상태 함수의 총 미분입니다. 시스템이 원래 상태로 돌아갈 때(주기적인 변경 후), 이 함수의 값은 원래 값을 얻습니다.

시스템 상태 기능유 , 평등에 의해 정의 (나, 2) 또는 (나, 2a)가 호출됩니다내부 에너지 시스템 .

분명히 식 (I, 2a)는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

= 유 2 – 유 1 = ∆ 유 = – (나, 2b)

유 2 – 유 1 = ∆U = Q – W

이 추론은 시스템이 가지고 있는 모든 움직임의 총 측정의 의미를 갖는 시스템 상태의 특정 기능의 존재를 경험적으로 입증합니다.

즉, 시스템의 내부 에너지 시스템 상태의 단일 값, 연속 및 유한 함수입니다.

시스템의 내부 에너지는 상태의 함수이기 때문에 이미 언급했듯이 시스템 상태의 매개변수에서 무한히 작은 변화에 따른 내부 에너지의 증가는 상태 함수의 총 미분입니다. 방정식 (I, 3)의 적분을 상태에서 경로의 섹션에 대한 두 개의 적분으로 나눕니다. 1 국가까지 2 (경로 "a") (그림 I 참조) 및 그 반대 - 상태에서 2

고급 과정 물리적 인 화학 6차 시험 "고급" 분야를 마스터하기 전에 물리적 인 화학"해야...에 의해 물리적 인 화학. / 편집자 V.V. 부다노바, NK 보로비요프. – 엘.: 화학, 1986. - 352p. 실무~에 물리적 인 화학 ...

해당 분야의 작업 프로그램: "유기 및 물리 화학" 전문 060601 의학 생화학, 대학원 자격 코드(65 전문가) 교육 형태(풀타임)

작업 프로그램

강단에서 도서관에서 1 유기농 및 물리적 인 화학(본질적인 화학, 파트 I). V.A. Startseva, L.E. Nikitina, N.P. ... 강단에서 도서관에서 1 유기농 및 물리적 인 화학(본질적인 화학, 파트 I). V.A. Startseva, L.E. Nikitina, N.P. ...

물리 화학 시험 2 번

문서

테스트 2번 by 물리적 인 화학옵션 2 온도는 무엇입니까 .... 시험 번호 2에 물리적 인 화학옵션 3 물리적 및 화학적 양을 나열하십시오 ... 시험 번호 2에 물리적 인 화학옵션 12 측정 전극. ...

화학 기술 학부 및 건축 자재 과학 학부의 정규 학생을위한 물리 화학 과정에서 실험실 작업을위한 체계적인 매뉴얼 번호 4

툴킷

평형 상수의 값 물리적 인 화학종종 ... p.에 관한 실험실 작업이 있습니다. 3. Petrov N.A., Cherepanov V.A. 예르미시나 유아 워크숍 물리적 인 화학. 툴킷. 예카테린부르크: 출판사...

전공 입시 프로그램 02. 00. 04 "물리화학"

프로그램

평형 // M.: 야금.-1988.-560s. 잘 물리적 인 화학/ 나와. Gerasimov, V.P. 드레빙, E.I. Ermin 외: ... .- 1980.- 180년대. Gorshkov B.I., Kuznetsov I.A. / 기초 물리적 인 화학. 2판. // M.: 모스크바 대학교 출판사...

열역학 시스템- 정신적으로 또는 실제로 환경에서 고립되어 상호 작용하는 신체 또는 신체 그룹.

균질 시스템- 속성이 다른 시스템(상) 부분을 분리하는 표면이 없는 시스템.

이기종 시스템- 속성이 다른 시스템 부분을 분리하는 표면이 있는 시스템.

단계- 물리적 및 물리적 측면에서 동일한 이기종 시스템의 동종 부분 집합 화학적 특성보이는 인터페이스에 의해 시스템의 다른 부분과 분리됩니다.

고립된 시스템환경과 물질이나 에너지를 교환하지 않는 시스템.

폐쇄 시스템- 환경과 에너지를 교환하지만 물질은 교환하지 않는 시스템.

개방형 시스템- 물질과 에너지를 환경과 교환하는 시스템.

상태 옵션고려 중인 시스템의 일부 거시적 속성을 특징짓는 양입니다.

열역학적 과정- 시스템의 열역학적 상태의 모든 변경(최소한 하나의 상태 매개변수의 변경).

가역적 프로세스- 시스템이 환경에 어떠한 변화도 남기지 않고 원래 상태로 돌아갈 수 있도록 하는 프로세스.

평형 과정- 시스템이 평형 상태에 무한히 가까운 연속적인 일련의 상태를 통과하는 과정. 평형 과정의 특징:

1) 작용하는 힘과 반대되는 힘 사이의 극미한 차이: 펙스핀 > 0;

2) 최대 작업의 직접적인 과정에서 시스템에 의한 성능 | 여| = 최대;

3) 작용력의 무한히 작은 차이와 무한히 많은 수의 중간 상태와 관련된 과정의 무한히 느린 흐름 티 > ?.

자발적인 과정- 외부에서 작업을 들이지 않고 진행할 수 있는 프로세스로, 결과적으로 발생한 시스템 상태의 변화에 비례하는 양의 작업을 얻을 수 있습니다. 자발적인 과정이 일어날 수 있음 거꾸로 할 수 있는또는 돌이킬 수 없이.

비자발적 프로세스- 프로세스의 흐름은 시스템 상태의 변화에 비례하는 양만큼 외부에서 작업 비용을 요구합니다.

에너지작업을 수행하는 시스템의 능력을 측정합니다. 물질의 운동과 상호 작용에 대한 일반적인 질적 측정. 에너지는 물질의 고유한 속성입니다. 구별하다 잠재력일부 힘의 분야에서 신체의 위치로 인해 운동 에너지공간에서 신체의 위치 변화로 인해 발생합니다.

시스템의 내부 에너지 유 시스템을 구성하는 모든 입자의 운동 에너지와 잠재적 에너지의 합입니다. 또한 시스템의 내부 에너지를 전체 에너지에서 시스템 전체의 운동 및 위치 에너지를 뺀 것으로 정의할 수 있습니다. [ 유]= 제이

열 큐 - 분자의 무질서한 운동을 통한 에너지 전달의 형태, 두 개의 인접한 몸체의 분자의 혼란스러운 충돌, 즉 열 전도를 통한(동시에 복사를 통한). 질문 >시스템이 환경으로부터 열을 받는 경우 0입니다. [ 큐]= 제이

일하다 여 - 어떤 힘의 작용하에 입자(거시적 질량)의 정렬된 운동에 의한 에너지 전달의 형태. 여 > 0이면 환경시스템에서 작동합니다. [W] = J.

모든 작업은 다음과 같이 나뉩니다. 팽창(또는 수축)의 기계적 작업및 기타 유형의 작업(유용한 작업): ? W = -pdV + ?W?.

고체 및 액체의 표준 상태압력 하에서 주어진 온도에서 순수한 물질의 안정 상태 피 = 1기압

표준 상태 순수 가스- 1기압의 이상 기체 상태 방정식을 따르는 기체 상태.

표준 값– 표준 상태의 물질에 대해 정의된 양(위 첨자 0으로 표시).

1.1. 열역학 제1법칙

에너지는 파괴할 수 없고 창조되지 않습니다. 그것은 같은 비율로 한 형태에서 다른 형태로 바뀔 수 있습니다.

열역학 제1법칙은 가정입니다. 더 이상 논리적으로 증명하거나 추론할 수 없습니다. 일반 조항.

열역학 제1법칙은 열 사이의 관계를 설정합니다. 큐,일하다 여시스템 내부 에너지의 변화? 유.

고립된 시스템

고립계의 내부 에너지는 일정하게 유지됩니다.

유=상수 또는 듀= 0

폐쇄 시스템

닫힌 시스템의 내부 에너지 변화는 시스템에 전달된 열 및/또는 시스템에 수행된 작업으로 인해 발생합니다.

?U=질문+승또는 듀=?질문+? 여

개방형 시스템

열린 계의 내부 에너지 변화는 계에 가해진 열 및/또는 계에 가해진 일과 계의 질량 변화로 인해 발생합니다.

?U = Q + W + ?U m또는 듀=?질문+? 여+ 나?유 나 DN 나

내부 에너지는 상태 함수입니다. 이것은 내부 에너지의 변화를 의미합니까? 유상태 1에서 상태 2로의 시스템 전환 경로에 의존하지 않으며 내부 에너지 값의 차이와 같습니다 유 2그리고 유 1이러한 상태에서:

?U \u003d U 2 - U 1

일부 프로세스의 경우:

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

1.2. 균질한 1성분 폐쇄 시스템에 열역학 제1법칙 적용

등변성 과정 (V = 상수; ?V = 0)

가장 단순한 경우에는 유용한 작업이 수행되지 않습니다.

듀=?질문+? 여=?큐- PDF dU = ?Q v = C V dT = nC V dT

시스템이 받는 모든 열량은 내부 에너지를 변경하는 데 사용됩니다.

– 일정한 부피에서 열용량,즉, 일정한 부피에서 시스템의 온도를 1도 올리는 데 필요한 열량입니다. [ 이력서] = J/도

이력서는 일정한 부피에서 몰 열용량, J/(mol? deg)입니다. 을 위한 이상 기체:

C V = 2 / 3 R는 단원자 기체이고;

C V = 5 / 2 R이원자 기체이다.

등압 과정 (아르 자형 = 상수) 듀=?질문+? W = ?Q – pdV ?Q p = dU + pdV = d(U + pV) = dH

H \u003d U + pV - 엔탈피시스템 상태 함수입니다.

?Н = ?(? i U i)자극 - ?(? 나는 U 나는)참조

?Q p = dU + pdV = dH = C p dT –등압 과정의 열 효과는 시스템의 엔탈피 변화와 같습니다.

– 일정한 압력에서 열용량. [에서] = J/도

CP는 일정한 압력에서의 몰 열용량, J/(mol? deg)입니다.

이상 기체의 경우: C p = C V + R; C p, C V =[J/(mol·K)].

화학 반응의 열 효과(열)- 일정한 온도에서 반응하는 동안 방출되거나 흡수되는 열의 양.

Qv = ?UV Qp = ?위로 온도에 대한 반응의 열 효과 의존성. 키르히호프의 법칙

화학 반응의 열 효과의 온도 계수는 반응 중 시스템의 열용량 변화와 같습니다.

키르히호프의 법칙:

화학 공정의 경우 열용량의 변화는 시스템 구성의 변화에 의해 주어집니다.

?피= ?(? i C p,i) prod – ?(? i C p,i) ref 또는? C V =?(? i C V,i) prod – ?(? i C V,i) ref

Kirchhoff의 법칙의 적분 형태:

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

1.3. 열역학 제2법칙. 엔트로피

1) 열은 덜 가열된 물체에서 더 뜨거운 물체로 자발적으로 이동할 수 없습니다.

2) 열을 일로 바꾸는 과정은 불가능하다.

3) 라는 시스템 상태 기능이 있습니다. 엔트로피흡수된 열과 시스템의 온도와 관련된 변화는 다음과 같습니다.

비평형 과정에서

평형 과정에서

S는 엔트로피, J/도,

감소된 열이다.

엔트로피의 통계적 해석

시스템의 각 상태가 할당됩니다. 열역학적 확률(시스템의 주어진 거시 상태를 구성하는 미시 상태의 수로 정의됨) 이 상태가 클수록 무질서하거나 불확실합니다. 엔트로피는 시스템의 무질서 정도를 설명하는 상태 함수입니다.

S=k인 여볼츠만 공식이다.

시스템은 최대 열역학적 확률을 가진 상태로 자발적으로 전환되는 경향이 있습니다.

절대 엔트로피 계산

화학 공정 중 엔트로피의 변화는 초기 물질 및 반응 생성물의 유형 및 상태에 의해서만 결정되며 반응 경로에 의존하지 않습니다.

?S = ?(? 나는 S i)자극 - ?(?이시)참조

표준 조건에서의 절대 엔트로피 값은 참고 문헌에 나와 있습니다.

1.4. 열역학적 전위

잠재적인감소는 시스템이 수행한 작업을 결정하는 값입니다.

시스템의 자유 에너지를 감소시키는 과정만이 자발적으로 진행될 수 있습니다. 시스템은 자유 에너지가 최소값에 도달할 때 평형 상태에 도달합니다.

F = U – TS – Helmholtz 자유 에너지 – 등온성-등온 전위(J) - 등온성 등온 조건에서 닫힌 시스템에서 프로세스의 자발적 흐름의 방향과 한계를 결정합니다.

dF = dU – TdS또는? F = ?U - T?S

G = H – TS = U + pV – TS – 깁스 자유 에너지 – 등압-등온 전위(J) - 등압-등온 조건에서 닫힌 시스템에서 프로세스의 자발적 흐름의 방향과 한계를 결정합니다.

dG = dH – TdS또는? G = ?H - T?S ?G= ?(? 나는 G 나는)자극 - ?(? 나는 G 나는)참조 ?G0 = ?(? 나는 ?G arr 0)자극 - ?(? 나는 ?G arr 0)참조 폐쇄계에서 자발적인 과정을 위한 조건

등압 등온(P =상수, 티 =상수):

?G< 0, dG < 0

등코릭-등온(V =상수, 티 =상수):

?에프< 0, dF< 0

열역학적 평형일정한 외부 조건에서 시간이 지남에 따라 변하지 않는 최소 자유 에너지를 갖는 시스템의 이러한 열역학적 상태가 호출되며 이러한 불변성은 외부 프로세스로 인한 것이 아닙니다.

열역학적 평형 조건닫힌 시스템에서

등압 등온(P =상수, 티 =상수):

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

등코릭-등온(V =상수, 티 =상수):

?F=0, dF = 0, d2F >0 화학 반응 등온선 방정식:

반응을 위해 v 1 A 1 + v 2 A 2+ … = V? 1 B 1 + V? 2 B 2 + …

여기 씨아이,피아이- 평형 상태와 다른 어떤 순간의 반응 물질의 농도, 압력.

화학 평형에 대한 외부 조건의 영향

르 샤틀리에-브라운 평형 이동 원리

진정한 평형 상태에 있는 시스템에 외부 영향이 가해지면 이 영향을 보상하는 시스템에서 자발적인 과정이 발생합니다.

평형 위치에 대한 온도의 영향

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

흡열 반응: ?H° > 0 (?U°> 0). 온도가 증가하면 평형 상수 값이 증가합니다(평형을 오른쪽으로 이동).

2. 위상 평형

요소- 시스템에서 분리되어 시스템 외부에 존재할 수 있는 화학적으로 균질한 시스템 구성요소. 시스템의 독립 구성 요소 수는 구성 요소 수에서 구성 요소 사이의 가능한 화학 반응 수를 뺀 것과 같습니다.

자유도 수시스템의 위상 수와 특성을 변경하지 않고 특정 제한 내에서 동시에 임의로 변경할 수 있는 시스템 상태 매개변수의 수입니다.

위상 규칙 J. 깁스:

평형 열역학 시스템 C의 자유도 수는 시스템 K의 독립 구성 요소 수에서 위상 수 Ф를 뺀 값에 평형에 영향을 미치는 외부 요인 수를 더한 것과 같습니다. C \u003d K-F + n.

외부 요인에만 영향을 받는 시스템의 경우 온도와 압력,다음과 같이 작성할 수 있습니다. C \u003d K-F+ 2.

연속성 원리- 상태 매개변수가 지속적으로 변경되면 개별 단계의 모든 속성도 지속적으로 변경됩니다. 전체 시스템의 속성은 시스템의 단계 수 또는 특성이 변경될 때까지 지속적으로 변경되어 시스템 속성이 갑자기 변경됩니다.

에 따르면 적합성 원칙,시스템 상태 다이어그램에서 각 위상은 평면의 일부인 위상 필드에 해당합니다. 평면의 교차선은 두 단계 사이의 평형에 해당합니다. 상태 다이어그램의 모든 지점(소위. 비유적 점)상태 매개 변수의 특정 값을 사용하여 시스템의 특정 상태에 해당합니다.

2.1. 물 상태 다이어그램

케이 = 1. 시스템에서 3상 평형이 가능합니다: 액체와 기체(라인 OA), 고체와 기체(라인 OB), 고체와 액체(라인 OC). 세 곡선에는 교차점 O가 있습니다. 물의 삼중점,- 3상 및 С = 0 사이의 평형에 해당합니다. 세 단계는 엄격하게 정의된 온도와 압력 값에서만 평형 상태에 있을 수 있습니다(물의 경우 삼중점은 다음과 같은 상태에 해당합니다. 피 = 6.1kPa 및 티 = 273.16K).

다이어그램의 각 영역(AOB, BOC, AOC) 내에서 시스템은 단상입니다. C = 2(시스템은 이변량입니다).

각 라인에서 시스템의 위상 수는 2이고 위상 규칙에 따라 시스템은 일변량입니다. C \u003d 1 - 2 + 2 \u003d 1, 즉, 각 온도 값.

상전이 온도에 대한 압력의 영향은 다음과 같이 설명됩니다. Clausius-Clapeyron 방정식:

V2, V1상전이 동안 물질의 몰 부피 변화입니다.

평형 곡선 단단한- 액체 "물의 상태 다이어그램에서 왼쪽으로 기울어지고 다른 물질의 상태 다이어그램에서 오른쪽으로 기울어집니다. 물의 밀도가 얼음의 밀도보다 크기 때문입니다. 즉, 용융은 부피 감소를 동반합니다 (AV< 0). 이 경우 압력이 증가하면 상전이 "고체 - 액체"(물 - 변칙 물질).기타 모든 물질(소위. 정상 물질) ?V pl> 0이고, Clausius-Clapeyron 방정식에 따르면 압력이 증가하면 용융 온도가 증가합니다.

3. 용액의 속성

3.1. 솔루션의 열역학

해결책- 둘 이상의 구성 요소로 구성된 균질한 시스템으로, 그 구성은 속성의 급격한 변화 없이 특정 한계 내에서 지속적으로 변할 수 있습니다.

용액의 확산

확산- 분자 또는 원자의 열 운동으로 인해 용액에서 물질의 농도를 균일하게 하는 자발적인 과정.

픽의 법칙:단위 표면적을 통해 단위 시간당 확산되는 물질의 양은 농도 구배에 비례합니다.

어디 제이확산 플럭스입니다. 디확산 계수입니다.

아인슈타인-스몰루쇼프스키 방정식:

어디? 는 매체의 점도입니다. 아르 자형확산 입자의 반경입니다.

가스에서 가스의 용해도

돌턴의 법칙:총 압력 가스 혼합물그것에 포함 된 모든 가스의 부분 압력의 합과 같습니다.

R 총 = ? 파이그리고 파이 = xi총 P

헨리 달튼의 법칙:액체에서 기체의 용해도는 액체에 대한 압력에 정비례합니다. C i = kp i ,어디 시액체의 기체 용액의 농도입니다. 케이는 기체의 성질에 따른 비례 계수입니다.

일반적으로 기체가 액체에 용해되면 열이 방출됩니다. (에게< 0) 그래서 온도가 증가함에 따라 용해도가 감소합니다.

세체노프의 공식:

X \u003d X 0 e -kC 엘

어디 엑스그리고 X 0순수한 용매와 농도가 있는 전해질 용액에서 기체의 용해도 에서.

3.2. 비전해질 용액의 집합적 특성

집단적(집단적)주로 용해 된 입자의 수에 따라 용매의 특성에 대한 용액의 특성이라고합니다.

묽은 용액의 포화 증기압

액체와 평형을 이루는 증기를 가득한.이 증기의 압력 p 0~라고 불리는 포화 증기의 압력 또는 탄성순수한 용매.

라울의 첫 번째 법칙.용액 성분의 포화 증기 부분 압력은 용액의 몰 분율에 정비례하고 비례 계수는 순수 성분에 대한 포화 증기압과 같습니다.

피 나는 = 피 나는 0 x 나는

성분 A와 B로 구성된 이원 용액의 경우: 용액에 대한 용매의 증기압의 상대적 감소는 용질의 몰 분율과 같으며 용질의 성질에 의존하지 않습니다.

Raoult의 법칙이 성립하는 솔루션을 이상적인 솔루션이라고 합니다.

이상 및 실제 솔루션의 증기압

2성분 용액(두 성분으로 구성)의 성분이 휘발성인 경우 용액 위의 증기에는 두 성분이 모두 포함됩니다. 일반 조성, 몰. (x in) 증기 압력의 분수:

피 = pA0 엑스 A + pB0 엑스 B = 피 A 0 (1 – x나) + 피 B 0 엑스 B = 피 A 0 – x B (p A 0 – p B 0)

주어진 성분의 분자가 다른 성분의 분자보다 더 강하게 상호 작용하면 혼합물의 실제 부분 증기압은 Raoult의 제1 법칙을 사용하여 계산된 것보다 더 큽니다. (양의 편차, ?Н TV > 0). 균질 입자가 불균일 입자보다 약하게 상호 작용하면 구성 요소의 부분 증기압이 계산된 것보다 작을 것입니다. (음의 편차, ?H해결책< 0).

묽은 용액의 결정화 온도

라울의 제2법칙.용액의 빙점 감소 T 대리인은 용액의 몰 농도에 정비례합니다. \u003d T 0 - T \u003d KS m,어디 티 0 -순수한 용매의 어는점; 티용액의 어는점입니다. 에게는 용매의 극저온 상수, deg/kg mol,

티 0 2는 용매의 동결 온도입니다. 중는 용매의 분자량이고, ΔNm은 용매의 몰 융해열입니다.

묽은 용액의 끓는점

끓는 온도포화 증기압이 외부 압력과 같아지는 온도입니다.

비 휘발성 물질 용액의 끓는점 증가? T K \u003d T k - T k 0포화 증기압의 감소에 비례하고 용액의 몰 농도에 정비례합니다. EUm ,어디 E - ebullioscopic 상수용매, deg/kg mol,

희석 용액의 삼투압

삼투- 용매 분자가 반투막을 통해 용액으로 주로 일방적으로 통과하거나 농도가 낮은 용액에서 농도가 높은 용액으로 용매 분자가 이동합니다.

순수한 용매로부터 용액을 분리하는 막을 통해 용매가 용액으로 이동하는 것을 방지하기 위해 용액에 가해야 하는 압력은 수치적으로 다음과 같습니다. 삼투압?(아빠).

반트 호프 원칙:이상적인 용액의 삼투압은 동일한 온도에서 기체 상태인 용질이 용액이 차지하는 동일한 부피를 차지할 경우 용질이 가하는 압력과 같습니다. = 브라운관.

등장성 솔루션– 동일한 삼투압을 갖는 두 가지 솔루션(?1 = ?2).

고장성 식염수- 삼투압이 다른 용액보다 큰 용액(? 1 > ? 2).

저장 용액- 삼투압이 다른 용액보다 낮은 용액(? 1< ? 2).

3.3. 전해질 용액

해리 정도?분자 수의 비율이다. N,이온으로 붕괴하여 총 분자 수 N:

등장 계수 i Van Hoff는 해리되지 않은 이 용액의 입자 수에 대한 전해질 용액의 실제 입자 수의 비율입니다.

만약에서 N분자가 해리 N,그리고 각 분자는 이온, 그럼

비전해질용 나는 = 1.

전해질 1< 나? ?.

3.4. 전해질 용액의 집합적 특성:

이론 전해 해리아레니우스

1. 용액의 전해질은 이온으로 분해되어 해리됩니다.

2. 해리는 가역적인 평형 과정입니다.

3. 이온과 용매 분자 및 서로 간의 상호 작용력은 작습니다(즉, 용액이 이상적임).

용액에서 전해질의 해리는 극성 용매 분자의 작용하에 발생합니다. 용액에 이온이 존재하면 전기 전도도가 결정됩니다.

해리 정도에 따라 전해질은 세 그룹으로 나뉩니다. 강한(? ? 0,7), 중간 강도(0,3 < ? < 0,7) и 약한(? ? 0,3).

약한 전해질. 해리 상수

방정식에 따라 용액에서 이온으로 분해되는 일부 전해질의 경우:

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

이원 전해질의 경우:

- 오스트발트 희석법칙: 용액의 희석에 따라 약한 전해질의 해리도가 증가한다.

용질 활동– 농도를 대체하는 경험적 값, – 활성(유효 농도) ㅏ,활동 계수를 통한 농도 관련 에프, 이는 이상적인 솔루션과 실제 솔루션의 속성 편차를 측정한 것입니다.

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

이원 전해질의 경우:

는 전해질의 평균 활성입니다.

는 평균 활동 계수입니다.

Debye-Hückel 극한 법칙이원 전해질: lg 에프 = -0.51z2I?,어디 지활동 계수가 계산되는 이온의 전하입니다.

I는 용액의 이온 강도입니다. I = 0.5?(C i r i 2).

4. 전해액의 전기전도도

첫 번째 종류의 지휘자- 전기가 전자에 의해 운반되는 금속 및 그 용융물.

II 종류의 도체– 이온성 유형의 전도성을 갖는 전해질 용액 및 용융물.

전기하전 입자의 질서 있는 움직임이다.

전류가 흐르는 모든 도체는 특정 저항 R,옴의 법칙에 따르면 도체의 길이에 정비례합니다. 엘단면적에 반비례 에스;비례 계수는 저항재료? - 길이가 1cm이고 단면적이 1cm2인 도체의 저항:

값 여,저항의 반대말은 전기 전도도- 전류를 전도하는 전해질 용액의 능력에 대한 정량적 측정.

전기 전도도? (k) - 단면적이 1m 2인 길이 1m의 제1종 도체의 전기 전도도 또는 전해액(도체)의 전기 전도도 1m 3(1cm 3) 두 번째 종류) 전극 사이의 거리가 1m(1cm)이고 전극 면적이 1m2(1cm2)입니다.

용액의 몰 전기 전도도) ?는 1mol의 용질을 포함하고 서로 1cm의 거리에 있는 전극 사이에 배치된 용액의 전기 전도도입니다.

강한 전해질과 약한 전해질의 몰 전기 전도도는 농도가 감소함에 따라 증가합니다. 용액의 희석 V = 1 / C) 한계값에 도달했습니까? 0 (? ?), 라고 불리는 무한 희석에서의 몰 전기 전도도.

일정한 온도와 1 V m -1 의 전계 강도에서 단일 전하를 띤 이온을 가진 이원 전해질의 경우:

? = ?F(u + + 및?),

어디 에프패러데이 수입니다. 그리고 + , 그리고? - 절대 이동도(m 2 V -1 s -1)양이온 및 음이온 - 표준 조건에서 이러한 이온의 이동 속도, 용액 길이 1m당 1V의 전위차.

? + = 푸 + ; ?? = 푸?,

어디? + , ?? – 이동성양이온 및 음이온, Ohm m 2 mol -1 (Ohm cm 2 mol -1).

? = ?(? + + ??)

강한 전해질을 위해? ?1 및 ? = ? + + ??

용액의 무한 희석으로 (V > ?, ? + > ? ? + , ?? > ? ? ?, ? > 1) 강한 전해질과 약한 전해질 모두에 대해? ? = ? ? + – ? ? ? - 콜라우쉬의 법칙:무한 희석에서의 몰 전기 전도도는 전해 이동도의 합과 같습니까? ? + , ? ? ? 주어진 전해질의 양이온과 음이온.

이온 H + 및 OH? 이러한 이온에 의한 전하 이동의 특별한 메커니즘과 관련된 비정상적으로 높은 이동도를 가집니다. 릴레이 메커니즘.히드로늄 이온 H 3 O +와 물 분자 사이, 물 분자와 OH 사이? 양성자는 다음 방정식에 따라 지속적으로 교환됩니다.

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

H 2 O + OH? >오? + H2O

5. 전기화학 공정

5.1. 전극 전위. 갈바닉 요소. EMF

화학적 또는 물리적으로 다른 두 물질이 접촉할 때(금속 1(제1종 도체) - 금속 2(제1종 도체), 금속(제1종 도체) - 금속염 용액(제2종 도체) , 전해액 1(제2종 도체)-전해액 2(제2종 도체) 등) 사이에 발생 전기 이중층(DES). DES는 계면에서 반대 전하를 띤 입자의 정렬된 분포의 결과입니다.

DEL의 형성은 평형 조건에서 금속 (제 1 종류의 도체)-금속 염 용액 (두 번째 종류의 도체)이라고 불리는 전위 점프로 이어집니다. 갈바니 전위.

시스템: 금속(Me) - 주어진 Me의 염 수용액 - 이라고 합니다. 전극또는 절반 요소다음과 같이 개략적으로 표시됩니다.

전극(p/e)은 용액의 모든 물질이 왼쪽에, 전극 물질이 세로선의 오른쪽에 놓이도록 쓰여집니다.

? > 0, 전극 Me n+ +에서 환원 반응이 일어나는 경우 네? -나 0 ,

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

전극 전위 E Me n+ / Me는 1종 상경계 전도체/2종 전도체에서 발생하고 표준 수소 전극을 기준으로 측정한 평형 전위차입니다.

네른스트 방정식,어디 N는 전극 반응에 관여하는 전자의 수입니다. 에서 Me n+는 양이온의 농도입니다. 이자형나 n+ /나 는 표준 전극 전위입니다.

접촉 가능성? ?- 첫 번째 종류의 두 도체 사이의 경계면에서 발생하는 평형 전위 점프.

확산 가능성? dif는 2종 상 경계 도체/2종 도체에서 발생하는 평형 전위차입니다.

갈바니 전지(예:)- 둘 이상의 p.e.로 구성된 전기 회로. 및 그 내부에서 일어나는 화학 반응에 의해 전기 에너지를 생산하고, 화학 반응의 산화 및 환원 단계가 공간적으로 분리된다.

갈바니 전지가 작동하는 동안 산화 과정이 일어나는 전극을 전극이라고 합니다. 양극,회복 과정이 일어나는 전극, - 음극.

갈바니 전지와 그 안에서 일어나는 반응을 기록하기 위한 IUPAC 규칙

1. 예를 들어 작업이 완료되었으므로 요소의 EMF는 양수 값으로 간주됩니다.

2. 갈바니 회로의 EMF 값 이자형모든 상의 계면에서 전위 점프의 대수적 합으로 결정되지만, 양극에서 산화가 일어나기 때문에 EMF는 음극(오른쪽 전극)의 수치에서 양극(왼쪽 전극) 전위의 값을 빼서 계산됩니다. ) 잠재적인 - 오른쪽 극 규칙.따라서 소자 회로는 왼쪽 전극이 음(산화가 발생함)이고 오른쪽 전극이 양(환원 과정이 발생함)이 되도록 작성됩니다.

3. 제1종 도체와 제2종 도체 사이의 경계면은 한 줄로 표시된다.

4. 두 번째 종류의 두 도체 사이의 경계는 점선으로 표시됩니다.

5. II 종류의 두 도체의 경계에 있는 전해질 브리지는 두 개의 점선으로 표시됩니다.

6. 한 단계의 구성 요소는 쉼표로 구분하여 작성합니다.

7. 전극반응식은 왼쪽이 산화형(Ox), 오른쪽이 환원형(빨간색)인 물질이 나오도록 작성하였다.

다니엘 야코비 갈바니 전지 ZnSO 4 및 CuSO 4 의 해당 용액에 잠긴 아연 및 구리 플레이트로 구성되며, 이는 KCl 용액과 염다리로 분리됩니다. 전해 브리지는 용액 사이에 전기 전도성을 제공하지만 상호 확산을 방지합니다.

(-) 아연 | Zn2+ :: Cu2+ | 구리(+)

전극에 대한 반응:

Zn0 > Zn2+ + 2e? Cu 2+ + 2е? > Cu 0

총 산화환원 과정:

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

갈바니 전지의 전류 작업(결과적으로 전위차)은 전극의 프로세스가 무한히 천천히 진행되고 회로의 전류 강도가 무한히 작을 때 가역 작동 중에 최대가 됩니다.

갈바니 전지의 가역 작동 중에 발생하는 최대 전위차는 다음과 같습니다. 갈바니 전지의 기전력(EMF) E.

요소 EMF 이자형 Zn/Cu = ? Cu2+ /Cu+? Zn2+ /Zn + ? +로? 차이

을 제외한? 차이와? 에게: 이자형 Zn/Cu = ? Cu2+ /Cu+? Zn2+ /Zn = 이자형 Cu 2+ /Cu + 이자형 Zn 2+ /Zn - 서로 다른 농도 С 1 > С 2 의 염 용액에 담근 두 개의 동일한 금속 전극으로 구성된 갈바니 전지. 이 경우 두 전극의 표준 전극 전위가 같기 때문에 음극은 농도가 더 높은 전극이 됩니다.

집중 사슬

농축 요소 작업의 유일한 결과는 더 농축된 용액에서 덜 농축된 용액으로 금속 이온을 이동시키는 것입니다.

농도 갈바니 전지에서 전류의 작업은 방향이 반대인 두 개의 가역적 전극 프로세스로 공간 분할의 결과로 가역적으로 수행되는 확산 프로세스의 작업입니다.

5.2. 전극 분류

첫 번째 종류의 전극. 같은 금속의 염 용액에 담근 금속판. 전극이 포함된 요소의 가역적 작동 중에 금속에서 용액으로 또는 용액에서 금속으로 양이온이 금속판에서 전이되는 과정이 발생합니다.

두 번째 종류의 전극.금속은 이 금속의 난용성 염으로 덮여 있으며 동일한 음이온을 갖는 다른 가용성 염을 포함하는 용액에 있습니다. 이 유형의 전극은 음이온에 대해 가역적입니다.

기준 전극- 정확하게 알려져 있고 재현 가능한 전위 값을 가진 전극.

수소전극수소 이온이 포함된 용액에 담근 수소 가스로 세척한 백금 판입니다. 백금에 흡착된 수소는 기체 수소와 평형을 이루고 있습니다.

백금, N 2 / N +

전극의 전기화학적 평형:

2H++ 2e? - H 2 .

표준 수소 전극(H + 1 mol/l 이온의 활성 및 101.3 kPa의 수소 압력)의 전위는 0으로 가정됩니다.

비표준 수소 전극의 전극 전위:

칼로멜 전극특정 농도의 KCl 용액에 넣고 Hg 2 Cl 2 칼로멜로 포화된 수은 전극으로 구성됩니다.

Hg/Hg 2 Cl 2 , KCl

Calomel 전극은 염화물 음이온에 대해 가역적입니다.

염화은 전극– 염소 음이온에 대해 가역적:

Ag/AgCl, KCl

KCl 용액이 포화되면 E AgC l \u003d 0.2224 - 0.00065 (t - 25), V.

표시 전극.수소 이온과 관련하여 가역적인 전극은 실제로 용액에서 이러한 이온의 활성을 결정하는 데 사용됩니다.

퀸히드론 전극백금선을 시험용액이 담긴 용기에 넣고 과량의 quinhydrone C 6 H 4 O 2 C 6 H 4 (OH) 2 를 먼저 넣은 것 - quinone C 6 H 4 O 2 와 hydroquinone의 화합물 수소 이온이 참여하는 평형 산화환원 과정에서 상호전환이 가능한 C 6 H 4 (OH ) 2:

C 6 H 4 O 2 + 2H + + 2e? > C6H4(OH)2

가장 일반적으로 사용되는 유리 전극얇은 벽의 유리 공으로 끝나는 튜브 형태. 볼은 보조 전극(보통 염화은)이 잠겨 있는 특정 pH 값의 완충 용액으로 채워집니다. pH를 측정하기 위해 유리 전극을 기준 전극과 함께 시험 용액에 담근다. 유리 전극 볼은 산성 용액으로 장시간 전처리됩니다. 이 경우 수소 이온이 볼의 벽에 도입되어 알칼리 금속 양이온을 대체합니다. 전극 공정은 테스트 용액과 유리 사이의 수소 이온 교환으로 환원됩니다. H 용액 - H st + .

표준 용량 이자형각 전극에 대한 st 0에는 시간이 지남에 따라 변하는 자체 값이 있습니다. 따라서 유리 전극은 pH가 정확히 알려진 표준 완충 용액에 대해 각 pH 측정 전에 보정됩니다.

산화 환원 전극

제1종 불활성 전도체로 구성된 전극을 1개의 원소를 포함하는 전해액에 넣은 것 다양한 학위산화라고 한다 산화 환원또는 산화 환원 전극.

전극 반응: 오 n+ + 네? -빨간색.

이 경우 불활성화환원된 형태의 Me(적색)에서 산화된 형태(Ox)로 또는 그 반대로 전자를 전달하는 매개체 역할을 하는 전극 반응에 간접적으로 참여합니다.

6. 표면 현상 및 흡착

6.1. 표면 장력 및 깁스 흡착

표면 현상계면(경계)층의 구성 및 구조의 특성으로 인해 계면에서 발생하는 과정이라고 합니다.

Gs = ?s,

어디 지는 시스템의 표면 깁스 에너지, J입니다. ? - 표면 장력이라고 불리는 비례 계수, J / m 2; s는 계면 표면, m2입니다.

표면 장력~에 대한표층의 단위 면적당 깁스 에너지로 측정한 양입니다. 일정한 온도에서 단위 계면을 형성하기 위해 분자간 상호 작용의 힘에 대해 수행해야 하는 작업과 수치적으로 동일합니다.

Dupre 모델에서, 표면 장력경계면을 줄이는 경향이 있는 힘과 동일하고 표면을 경계 짓는 윤곽의 단위 길이와 관련됨

용매의 표면장력을 변화시키는 용질의 능력을 표면 활동 g:

용매의 표면장력에 대한 영향에 따른 물질의 분류

1. 계면활성제(계면활성제)– 용매의 표면 장력을 낮춥니다(? 용액< ? 0) g >0 (물과 관련하여 - 양친매성 구조의 유기 화합물).

2. 표면 비활성 물질(SID)– 용매의 표면 장력을 약간 증가시킵니다(? 용액 > ? 0) g< 0 (неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, ?-аминокислоты и др).

3. 표면 불활성 물질(NSV)- 실질적으로 용매의 표면 장력을 변경하지 마십시오(? rr = ? 0) g = 0(물과 관련하여 물질은 자당 및 기타 다수).

Duclos-Traube 규칙:낮은 농도의 동종 계열에서 하나의 CH 2 그룹에 의한 탄소 사슬의 신장은 표면 활성을 3-3.5배 증가시킵니다.

지방산 수용액의 경우(Shishkovsky 방정식):

어디 비그리고 에게경험적 상수이고, 비모든 것에 대해 동일 동종 계열, K는 계열의 각 후속 항에 대해 3-3.5배 증가합니다.

두 상 사이의 경계면에서 물질의 농도가 자발적으로 변하는 과정을 흡착. 흡착제물질은 표면에 다른 물질의 농도가 변화하는 물질이라고 불립니다. 흡착하다.

깁스 흡착 등온선:

이 층의 초기 양과 비교하여 표면 층의 과잉 흡착물은 다음을 특징으로 합니다. 과잉또는 소위 깁스, 흡착(G).

6.2. 고체-기체 계면에서의 흡착

물리적 흡착흡착된 분자와 표면의 반 데르 발스 상호작용으로 인해 발생하며 온도가 증가함에 따라 가역성과 흡착 감소가 특징입니다. 즉, 발열(물리적 흡착의 열 효과는 일반적으로 흡착물의 액화열에 가깝습니다. 10–80 kJ/mol).

화학 흡착(화학 흡착)일반적으로 비가역적인 흡착제와 흡착물 분자의 화학적 상호작용에 의해 수행됨; ~이다 현지화즉, 흡착물 분자는 흡착제 표면 위로 이동할 수 없습니다. 화학흡착은 40-120 kJ/mol 정도의 활성화 에너지를 필요로 하는 화학 공정이기 때문에 온도 상승이 발생에 기여합니다.

헨리의 방정식(저압 또는 저농도에서 균질한 표면에 대한 단분자 흡착):

G = Ks또는 G \u003d 크르,

에게는 흡착제와 흡착물의 성질에 따라 달라지는 흡착 평형 상수입니다. C, r용해된 물질의 농도 또는 기체 압력입니다.

Langmuir의 단분자 흡착 이론

1. 흡착은 국부적이며 화학적 힘에 가까운 힘에 의해 발생합니다.

2. 흡착제의 균질한 표면에서 흡착이 일어난다.

3. 흡착된 분자는 표면에 한 층만 형성할 수 있습니다.

4. 흡착 과정은 가역적이며 평형입니다.

Langmuir 흡착 등온선:

어디 Г 0 – 단층 용량는 상대적으로 높은 평형 농도, mol/m 2 에서 관찰된 제한 흡착과 동일한 상수이며; 비흡착 속도 상수와 탈착 속도 상수의 비율과 같은 상수입니다.

프로인드리히 방정식(불균일한 표면에 대한 흡착): Г = K F n ,어디. 케이에프는 1과 같은 평형 농도에서의 흡착과 수치적으로 동일한 상수입니다. N흡착 등온선의 곡률을 결정하는 상수 (N= 0,1–0,6).

용액에서 분자 흡착:

여기서 C 0 는 흡착물의 초기 농도이고; 에서는 흡착물의 평형 농도이며; V는 흡착 용액의 부피입니다. 중흡착제의 질량이다.

정사각형 에스 0 ,포화 흡착층의 분자당, 착륙 지역:

m 2 /분자.

흡착층 두께:

어디 중는 계면활성제의 분자량이고; ? 는 계면 활성제 밀도입니다.

리바인더의 법칙:극성 흡착제에서 저극성 용매의 극성 흡착물이 더 잘 흡착됩니다. 극성 흡착제에서 극성 용매의 비극성 흡착물.

흡착제 표면의 계면 활성제 분자의 방향은 그림에 개략적으로 표시됩니다.

6.3. 전해질 용액으로부터의 흡착

교환 흡착- 용액과 고체상 사이의 이온 교환 과정으로, 고체상은 용액에서 임의의 부호(양이온 또는 음이온)의 이온을 흡수하고 대신 동일한 부호의 다른 이온을 동등한 수로 방출할 수 있습니다. 해결책. 영원히 특정한즉, 주어진 흡착제의 경우 특정 이온만 교환할 수 있습니다. 교환 흡착은 일반적으로 되돌릴 수 없습니다.

패키지-페스코프-파이엔스 규칙:크리스탈 표면에 입체이온은 전해질 용액에서 특별히 흡착되어 결정 격자를 완성할 수 있거나 결정을 구성하는 이온 중 하나와 난용성 화합물을 형성할 수 있습니다.

7. 콜로이드(분산) 시스템

콜로이드(분산) 시스템상 중 하나가 다른 균질상의 부피에 균일하게 분포된 작은 입자로 표시되는 이종 시스템이 호출됩니다. 이들은 입자로 구성된 초미세 이종 시스템입니다. 분산상- 크기가 10 -9 -10 -5 m 이내인 분쇄 입자의 집합체 및 연속 분산 매체,이 입자가 분포되어 있습니다.

표지판 물질의 콜로이드 상태 - 분산 및 이질성.

분산 정도?는 평균 직경의 역수 또는 비구형 입자의 경우 평균 등가 직경의 역수 디(m -1):

비표면적총 부피 또는 질량에 대한 분산상 S DF의 총 표면적의 비율:

7.1. 분산 시스템을 얻는 분류 및 방법

위상 집계 상태에 따른 분류

분산상과 분산매가 모두 기체인 분산 시스템은 기체가 서로 무한히 용해되기 때문에 존재하지 않습니다.

분산상의 입자 크기에 따른 시스템 분류:

1) 고분산, 10 -9_ 10 -7 m(루비 유리);

2) 매체 분산, 10 -7_ 10 -5 m( 인스턴트 커피);

3) 거친, > 10 -5 m(빗방울).

콜로이드 시스템을 얻는 방법 분산

물리적 분산:콜로이드 밀을 사용한 기계적 연삭; 물질의 전기 분무; 초음파 분산 및 기타 방법. 형성된 입자가 서로 달라붙는 것을 방지하기 위해 분산은 다음의 존재하에 수행됩니다. 안정제– 계면에 흡착된 전해질 또는 물질(계면활성제).

화학적 분산(해교):펩타이저를 사용하여 새로 준비된 침전물을 콜로이드 상태로 전환.

응축

물리적 응축: 1) 용매와 혼합되는 액체가 물질 자체가 난용성인 물질의 실제 용액에 첨가된다는 사실로 구성된 용매 교체 방법; 새로운 용매에서 물질의 용해도가 감소하기 때문에 용액이 과포화되고 물질의 일부가 응축되어 분산상의 입자를 형성합니다. 2) 증기 응축 방법; 원래 물질은 한 쌍입니다. 온도가 감소함에 따라 증기는 과포화되고 부분적으로 응축되어 분산된 상을 형성합니다.

화학적 응축:난용성 화합물의 형성을 초래하는 모든 화학 반응; 콜로이드 용액을 얻으려면 낮은 입자 성장률로 희석 용액에서 반응을 수행해야하며 출발 물질 중 하나는 과량으로 취해지며 안정제입니다.

7.2. 분산 시스템의 광학적 특성

빛이 분산 시스템에 떨어지면 다음과 같은 현상이 관찰될 수 있습니다.

빛의 통로분산상의 입자(입자가 입사광의 파장(r)보다 훨씬 작은 투명 시스템에서 관찰됨<< ?);

빛의 굴절분산상의 입자(이 입자가 투명한 경우);

빛 반사분산상의 입자(입자가 불투명한 경우);

굴절과 반사입자가 입사광의 파장보다 훨씬 큰 시스템에서 빛이 관찰됩니다(r >> ?). 시각적으로 이 현상은 이러한 시스템의 탁도로 표현됩니다.

빛의 산란분산상의 입자가 더 작은 시스템에서 관찰되지만 그에 상응하는입사광의 파장(r ≤ 0.1 λ);

흡착(흡수) 빛 에너지를 열로 변환하는 분산상에 의한 빛의 흡수.

레일리 방정식:

여기서 I, I 0은 산란광 및 입사광의 강도입니다. V는 한 입자의 부피입니다. ? - 부분 농도(단위 부피당 입자 수); ? 는 파장입니다. n 1 , n 0는 각각 입자와 매질의 굴절률입니다.

투과광과 산란(반사)광에서 콜로이드 용액의 색상이 다른 현상을 젖빛.유색 용액의 경우 자체 색상과 유백색으로 인한 색상의 오버레이(현상 빛의 이색성).

7.3. 분자 운동 특성

콜로이드 시스템은 브라운 운동- 미시적 및 콜로이드 크기의 입자의 연속적인 무작위 이동. 이 움직임은 더 강렬할수록 온도가 높아지고 입자의 질량과 분산 매체의 점도가 낮아집니다.

확산입자 농도 균등화의 자발적인 과정입니다.

픽의 법칙:

콜로이드 입자의 크기가 크기 때문에 콜로이드 시스템의 확산은 실제 용액보다 느립니다.

삼투압:

여기서 mtot는 용해된 물질의 질량입니다. 중는 한 입자의 질량입니다. V시스템의 볼륨입니다. 없음 Avogadro 수입니다. 티는 절대 온도입니다. ? - 부분 집중; 케이볼츠만 상수입니다.

구형 입자의 경우:

어디? m은 용액의 단위 부피당 분산상의 질량입니다. ? 분산 매질의 밀도; r은 입자 반경입니다.

7.4. 미셀의 구조

발액성 미셀이 시스템은 용매화된 안정제 이온으로 둘러싸인 분산상의 미세결정으로 구성된 이종 미세시스템이라고 합니다.

잠재적 결정고체상 입자의 표면에 흡착된 이온이라고 함 (단위)그리고 그것을 청구하십시오. 골재는 전위 결정 이온과 함께 미셀 코어.

반대이온미셀 코어 근처에서 그룹화되는 이온입니다.

분산 매질에서 반대 이온의 위치는 두 가지 반대 요인에 의해 결정됩니다. 열 운동(확산) 및 정전기 인력.

밀도를 구성하는 반대 이온 흡착층,"연결"이라고 하며 핵심 구성과 함께 콜로이드 입자 또는 과립. 콜로이드 입자(과립)에는 전하가 있으며, 그 부호는 전위 결정 이온 전하의 부호 때문입니다.

형성하는 반대이온 확산층,- "모바일" 또는 "무료".

용매화된 반대이온의 확산층을 둘러싸고 있는 콜로이드 입자는 교질 입자.콜로이드 입자와 달리 미셀은 전기적으로 중성이며 엄격하게 정의된 치수가 없습니다.

이온 안정제가 있는 미셀에서는 상 경계에 DES가 있어 분산상과 분산매 사이에 전위차가 발생 - 열역학적 잠재력에프 (간기),이는 주어진 분산 시스템의 특성과 고체상에 흡착된 전위 결정 이온의 전하 및 농도에 의해 결정됩니다.

외부 전기장의 작용에 따라 고정된 액체에서 하전된 콜로이드 입자가 전극 중 하나로 이동하는 것을 전기영동.

움직임이 일어나는 표면을 슬라이딩 표면.전기영동 동안과 브라운 운동에서 서로에 대해 상대적으로 움직이는 위상의 경계, 즉 슬라이딩 표면에서 전위 점프의 크기를 호출합니다. 동전기 또는 β-전위(제타 전위).

7.5. 안정성 및 응고

분산 시스템의 안정성분산 매질 전체에 걸쳐 입자가 균일하게 분포된 상태를 유지하는 분산상의 능력을 특징으로 합니다.

분산 시스템의 상대적 안정성에는 두 가지 유형이 있습니다. 침전 및 응집.

침전 안정성- 중력의 작용에 저항하는 시스템의 능력. 침전은 중력의 영향으로 용액에 입자가 침전되는 것입니다.

상태 침전 평형:입자는 일정한 속도로 움직입니다. 고르게,마찰력은 중력의 균형을 유지합니다.

6??rU = 4/3?r3(? - ? 0)g,

어디? 분산상의 밀도는 ? 0은 분산매질의 밀도, g는 중력가속도, ? 매체의 점도입니다.

총체적 안정성분산상의 입자가 서로 달라붙지 않고 크기를 유지하는 능력을 특징으로 합니다.

집합적 안정성을 위반하여 발생 응고는 입자가 서로 달라붙어 큰 응집체를 형성하는 과정입니다.응고의 결과로 입자가 너무 커져 브라운 운동에 참여할 수 없기 때문에 시스템은 침전 안정성을 잃습니다.

응고의 이유:

> 온도 변화;

> 전기장 및 전자기장의 작용;

> 가시광선의 작용;

> 기본 입자에 대한 노출;

> 기계적 충격;

> 전해질 첨가 등

가장 실질적인 관심은 전해질을 사용한 응고입니다.

전해질을 사용한 응고 유형

집중영향을 받아 응고가 일어난다. 무관심한전해질. 무관심한전해질이라고 하며, 도입 시 계면 전위가<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:

확산층이 사라지고 콜로이드 입자가 전기적으로 중성이 되는 상태를 등전– 동전기 전위(?)가 0과 같으면 응고가 발생합니다. 이 상태의 미셀 공식은 (mnAg + nNO 3 ?) 0 형식을 취합니다.

중립화졸에 첨가하면 응고가 일어난다. 무관심전해질. 무관심전해질은 계면(α) 및 선형으로 관련된 동전기(α) 전위를 변경할 수 있는 전해질이라고 합니다. - 이온 결정.

응고물이 다시 콜로이드 상태가 되는 가역적 과정을 분해 또는 분해.

응고 규칙

1. 졸에 충분한 양의 모든 강한 전해질을 첨가하면 졸이 응고됩니다. 일정 시간 동안 졸이 응고되는 최소 전해질 농도를 응고 역치:

여기서 C el 은 전해질 응고제의 농도입니다. V el은 첨가된 전해질의 부피이고; V sol(보통 10ml)은 졸의 부피입니다.

2. 응고 효과는 전하가 소수성 졸의 미셀의 반대 이온 전하와 일치하는 이온에 의해 소유됩니다(응고 이온의 전하는 콜로이드 입자의 전하와 반대입니다). 이 이온은 응고 이온.

3. 이온의 응고 능력 - 응고제가 클수록 이온의 전하가 커집니다.

중요 규칙:

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

동일한 전하를 가진 이온의 응고 능력은 클수록 결정 반경이 커집니다. Ag + > Cs + > Rb + > NH 4 + > K + > Na + > Li+ - 리오트로픽 시리즈.

콜로이드 보호 IUD(고분자량 화합물) 또는 계면활성제(계면활성제)를 도입하여 졸의 응집 안정성을 높이는 것을 말합니다.

경비원전해질이 응고 역치와 같은 양으로 첨가될 때 졸 10ml를 보호하는 데 필요한 건조 물질의 최소 밀리그램 수라고 합니다.

물리 화학에서 s가 있는 시스템 k. 물리 화학 섹션

물리 화학

§ 1. 물리 화학의 주제. 그 의미

§ 2. 물리 화학 발전의 역사에 대한 간략한 개요

§ 3. 물리 화학 섹션. 연구 방법

제1장 열역학 제1법칙

§ 1. 에너지. 에너지 보존 및 변환의 법칙

§ 2. 열역학의 주제, 방법 및 한계

§ 3. 열과 일

§ 4. 열과 일의 등가

§ 5. 내부 에너지

해당 분야의 작업 프로그램: "유기 및 물리 화학" 전문 060601 의학 생화학, 대학원 자격 코드(65 전문가) 교육 형태(풀타임)

물리 화학 시험 2 번

화학 기술 학부 및 건축 자재 과학 학부의 정규 학생을위한 물리 화학 과정에서 실험실 작업을위한 체계적인 매뉴얼 번호 4

전공 입시 프로그램 02. 00. 04 "물리화학"

제1장
열역학 제1법칙