โครงการ, แบบแผน, ภาพวาด
ระบบ k กับ s ในวิชาเคมีเชิงฟิสิกส์ ภาควิชาเคมีกายภาพ

ระบบ k กับ s ในวิชาเคมีเชิงฟิสิกส์ ภาควิชาเคมีกายภาพ

การจำแนกประเภทของวิทยาศาสตร์ขึ้นอยู่กับการจำแนกรูปแบบของการเคลื่อนที่ของสสารและความสัมพันธ์และความแตกต่าง ดังนั้น เพื่อที่จะสรุปขอบเขตของเคมีกายภาพกับสาขาฟิสิกส์และเคมีหลายสาขา เราควรพิจารณาถึงความเชื่อมโยงและความแตกต่างระหว่างรูปแบบการเคลื่อนที่ทางเคมีและกายภาพ

สำหรับรูปแบบทางเคมีของการเคลื่อนที่ กล่าวคือ สำหรับกระบวนการทางเคมี การเปลี่ยนแปลงในจำนวนและการจัดเรียงอะตอมในโมเลกุลของสารที่ทำปฏิกิริยาจะเป็นลักษณะเฉพาะ ท่ามกลางผู้คนมากมาย รูปแบบการเคลื่อนไหวทางกายภาพ (สนามแม่เหล็กไฟฟ้า การเคลื่อนที่และการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคมูลฐาน ฟิสิกส์ของนิวเคลียสของอะตอม ฯลฯ) มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับกระบวนการทางเคมี รูปแบบการเคลื่อนไหวภายในโมเลกุล (การสั่นสะเทือนในโมเลกุล การกระตุ้นทางอิเล็กทรอนิกส์ และไอออไนซ์) กระบวนการทางเคมีที่ง่ายที่สุด - การกระทำเบื้องต้นของการแยกตัวทางความร้อนของโมเลกุลเกิดขึ้นพร้อมกับการเพิ่มความเข้ม (แอมพลิจูดและพลังงาน) ของการสั่นสะเทือนในโมเลกุล โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสั่นสะเทือนของนิวเคลียสตามพันธะเวเลนซ์ระหว่างพวกมัน การได้มาซึ่งค่าวิกฤตที่ทราบกันดีของพลังงานการสั่นสะเทือนในทิศทางของพันธะบางอย่างในโมเลกุลจะนำไปสู่การแตกของพันธะนี้และการแตกตัวของโมเลกุลออกเป็นสองส่วน

ปฏิกิริยาที่ซับซ้อนมากขึ้นที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลหลายตัว (โดยปกติคือสอง) ถือได้ว่าเป็นการรวมกันของสองโมเลกุลเมื่อชนกันในสารเชิงซ้อนที่ไม่เสถียรและมีอายุสั้น (ที่เรียกว่าสารเชิงซ้อนเชิงซ้อน) และการทำลายอย่างรวดเร็วของสารเชิงซ้อนนี้กลายเป็นโมเลกุลใหม่ตั้งแต่ คอมเพล็กซ์นี้ไม่เสถียรระหว่างการสั่นสะเทือนภายใน ผ่านการเชื่อมต่อบางอย่าง

ดังนั้น การกระทำทางเคมีเบื้องต้นจึงเป็นจุดวิกฤตพิเศษของการเคลื่อนที่แบบสั่นของโมเลกุล สิ่งหลังในตัวเองไม่ถือเป็นการเคลื่อนไหวทางเคมี แต่เป็นพื้นฐานสำหรับกระบวนการทางเคมีเบื้องต้น

สำหรับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของมวลสารที่มีนัยสำคัญ กล่าวคือ หลายโมเลกุล การชนกันของโมเลกุลและการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างกัน (การถ่ายเทพลังงานการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาไปยังโมเลกุลของสารตั้งต้นโดยวิธี การชนกัน) มีความจำเป็น ดังนั้นกระบวนการทางเคมีที่แท้จริงจึงมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับกระบวนการที่สอง รูปแบบการเคลื่อนไหวร่างกาย - การเคลื่อนที่แบบโกลาหลของโมเลกุลของวัตถุขนาดมหภาคซึ่งมักเรียกว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน

ความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันของรูปแบบการเคลื่อนที่ทางเคมีกับการเคลื่อนไหวทางกายภาพทั้งสองรูปแบบได้อธิบายไว้ข้างต้นโดยสังเขปและในเงื่อนไขทั่วไป เห็นได้ชัดว่ามีการเชื่อมต่อแบบเดียวกันของกระบวนการทางเคมีกับการแผ่รังสีของการเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมและโมเลกุล (ไฟฟ้าเคมี) เป็นต้น

โครงสร้างของสสาร . ส่วนนี้รวมถึงโครงสร้างของอะตอม โครงสร้างของโมเลกุล และหลักคำสอนของสถานะของการรวมกลุ่ม

หลักคำสอนของโครงสร้างของอะตอมเกี่ยวข้องกับฟิสิกส์มากกว่าเคมีเชิงฟิสิกส์ หลักคำสอนนี้เป็นพื้นฐานในการศึกษาโครงสร้างของโมเลกุล

ในการศึกษาโครงสร้างของโมเลกุล จะศึกษาเรขาคณิตของโมเลกุล การเคลื่อนที่ภายในโมเลกุล และแรงที่ผูกมัดอะตอมในโมเลกุล ในการศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับโครงสร้างของโมเลกุล วิธีการของโมเลกุลสเปกโทรสโกปี (รวมถึงเรดิโอสเปกโทรสโกปี) ได้รับการใช้อย่างดีที่สุด วิธีทางไฟฟ้า เอ็กซ์เรย์ แม่เหล็ก และอื่นๆ ก็มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน

ในทฤษฎีของสถานะรวม จะพิจารณาปฏิกิริยาของโมเลกุลในก๊าซ ของเหลว และผลึก เช่นเดียวกับคุณสมบัติของสารในสภาวะรวมกลุ่มต่างๆ สาขาวิทยาศาสตร์นี้ ซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับเคมีเชิงฟิสิกส์ ถือได้ว่าเป็นส่วนหนึ่งของฟิสิกส์ (ฟิสิกส์ระดับโมเลกุล)

ส่วนทั้งหมดในโครงสร้างของสสารยังถือได้ว่าเป็นส่วนหนึ่งของฟิสิกส์

อุณหพลศาสตร์เคมี . ในส่วนนี้ บนพื้นฐานของกฎของอุณหพลศาสตร์ทั่วไป กฎของสมดุลเคมีและหลักคำสอนของสมดุลของเฟส ซึ่งมักจะเรียกว่ากฎของเฟส ส่วนหนึ่งของอุณหพลศาสตร์เคมีคือ เทอร์โมเคมีซึ่งพิจารณาผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี

หลักคำสอนของการแก้ปัญหามีจุดมุ่งหมายเพื่ออธิบายและทำนายคุณสมบัติของสารละลาย (ส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันของสารหลายชนิด) โดยพิจารณาจากคุณสมบัติของสารที่ประกอบเป็นสารละลาย

การแก้ปัญหานี้จำเป็นต้องมีการสร้างทฤษฎีทั่วไปเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลต่างกัน กล่าวคือ การแก้ปัญหาหลัก ฟิสิกส์ระดับโมเลกุล สำหรับการพัฒนาทฤษฎีทั่วไปและลักษณะทั่วไปเฉพาะ ได้มีการศึกษาโครงสร้างโมเลกุลของสารละลายและคุณสมบัติต่างๆ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ

หลักคำสอนเรื่องปรากฏการณ์ผิวเผิน . ศึกษาคุณสมบัติต่างๆ ของชั้นผิวของของแข็งและของเหลว (ส่วนต่อประสานระหว่างเฟส) หนึ่งในปรากฏการณ์หลักที่ศึกษาในชั้นผิวคือ การดูดซับ(การสะสมของสารในชั้นผิว)

ในระบบที่มีการพัฒนาส่วนต่อประสานระหว่างเฟสของเหลว ของแข็ง และก๊าซ (สารละลายคอลลอยด์ อิมัลชัน หมอก ควัน) คุณสมบัติของชั้นพื้นผิวกลายเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรก และกำหนดคุณสมบัติเฉพาะหลายอย่างของระบบทั้งหมดโดยรวม เช่น จุลภาคกำลังศึกษาระบบ เคมีคอลลอยด์,ซึ่งเป็นสาขาอิสระที่สำคัญของวิชาเคมีกายภาพและสาขาวิชาอิสระในสถาบันการศึกษาระดับสูงด้านเคมี

เคมีไฟฟ้า. ศึกษาปฏิสัมพันธ์ของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและปฏิกิริยาเคมี (อิเล็กโทรไลซิส แหล่งเคมีของกระแสไฟฟ้า ทฤษฎีการสังเคราะห์ด้วยไฟฟ้า) เคมีไฟฟ้ามักจะรวมถึงการศึกษาคุณสมบัติของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ซึ่งมีสิทธิเท่าเทียมกันสามารถนำมาประกอบกับการศึกษาการแก้ปัญหา

จลนพลศาสตร์เคมีและตัวเร่งปฏิกิริยา . เราศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี การพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยากับสภาวะภายนอก (ความดัน อุณหภูมิ การคายประจุไฟฟ้า ฯลฯ) ความสัมพันธ์ของอัตราการเกิดปฏิกิริยากับโครงสร้างและสถานะพลังงานของโมเลกุล ผลกระทบต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา ของสารที่ไม่เกี่ยวข้องกับสมการปฏิกิริยาปริมาณสัมพันธ์ (ตัวเร่งปฏิกิริยา).

โฟโตเคมี การศึกษาปฏิสัมพันธ์ของรังสีและสารที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมี (ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของรังสี เช่น กระบวนการถ่ายภาพและการสังเคราะห์ด้วยแสง การเรืองแสง) เคมีแสงมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับจลนพลศาสตร์เคมีและการศึกษาโครงสร้างของโมเลกุล

รายการข้างต้นของหัวข้อหลักของเคมีกายภาพไม่ครอบคลุมบางส่วนของวิชาล่าสุดและส่วนที่เล็กกว่าของวิทยาศาสตร์นี้ ซึ่งถือได้ว่าเป็นส่วนของส่วนที่ใหญ่กว่าหรือเป็นส่วนอิสระของเคมีกายภาพ เช่น เคมีกัมมันตภาพรังสี ฟิสิกส์เคมีของสารโมเลกุลใหญ่ แมกนีโตเคมี เคมีไฟฟ้าของแก๊ส และสาขาเคมีกายภาพอื่นๆ บางส่วนของพวกเขากำลังเติบโตอย่างรวดเร็วในความสำคัญ

วิธีการวิจัยทางกายภาพและเคมี

วิธีการพื้นฐานของเคมีกายภาพเป็นวิธีการทางฟิสิกส์และเคมีตามธรรมชาติ นี่คือ - ประการแรก วิธีการทดลอง - การศึกษาการพึ่งพาคุณสมบัติของสารในสภาวะภายนอกและการศึกษาทดลองกฎของการไหลของปฏิกิริยาเคมีในเวลาและกฎสมดุลเคมี

ความเข้าใจเชิงทฤษฎีของวัสดุทดลองและการสร้างระบบความรู้ที่สอดคล้องกันเกี่ยวกับคุณสมบัติของสารและกฎของปฏิกิริยาเคมีนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการทางฟิสิกส์เชิงทฤษฎีดังต่อไปนี้

วิธีการทางกลควอนตัม (โดยเฉพาะวิธีการกลศาสตร์คลื่น) ซึ่งรองรับการศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติของอะตอมและโมเลกุลแต่ละตัวและปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับคุณสมบัติของโมเลกุลแต่ละส่วนได้มาจากความช่วยเหลือของวิธีการทดลองทางแสงเป็นหลัก

วิธีฟิสิกส์สถิติ ซึ่งทำให้สามารถคำนวณคุณสมบัติของสารได้ ประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมาก ("คุณสมบัติระดับมหภาค") โดยอาศัยความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของโมเลกุลแต่ละตัว

วิธีการทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งช่วยให้สามารถเชื่อมโยงคุณสมบัติต่างๆ ของสารในเชิงปริมาณ ("คุณสมบัติระดับมหภาค") และคำนวณคุณสมบัติเหล่านี้บางส่วนตามค่าการทดลองของคุณสมบัติอื่นๆ

การวิจัยทางเคมีกายภาพสมัยใหม่ในสาขาใดสาขาหนึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยการใช้วิธีการทดลองและทฤษฎีที่หลากหลายเพื่อศึกษาคุณสมบัติต่างๆ ของสารและเพื่อชี้แจงความสัมพันธ์กับโครงสร้างของโมเลกุล ชุดข้อมูลทั้งหมดและวิธีการทางทฤษฎีข้างต้นใช้เพื่อบรรลุเป้าหมายหลัก - เพื่อกำหนดทิศทางความเร็วและขีด จำกัด ของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในสภาวะภายนอกและโครงสร้างของโมเลกุลที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมี

เคมีกายภาพ

วิชาฟิสิกส์เคมี. ความหมายของมัน

ความสัมพันธ์ของการศึกษาปรากฏการณ์ทางเคมีและฟิสิกส์ เคมีกายภาพ.สาขาวิชาเคมีนี้เป็นพรมแดนระหว่างวิชาเคมีและฟิสิกส์ การใช้วิธีการทางทฤษฎีและการทดลองของวิทยาศาสตร์ทั้งสองเช่นเดียวกับวิธีการของตัวเอง เคมีกายภาพมีส่วนร่วมในการศึกษาปฏิกิริยาเคมีและกระบวนการทางกายภาพที่มาพร้อมกันหลายแง่มุม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแม้การศึกษาแบบหลายแง่มุมก็ไม่เคยสมบูรณ์และไม่ได้ครอบคลุมปรากฏการณ์อย่างละเอียดถี่ถ้วน กฎและความสม่ำเสมอของเคมีกายภาพ เช่นเดียวกับวิทยาศาสตร์ธรรมชาติอื่นๆ มักจะทำให้ปรากฏการณ์นี้ง่ายขึ้นและไม่ได้สะท้อนให้เห็นอย่างเต็มที่

การพัฒนาอย่างรวดเร็วและความสำคัญที่เพิ่มขึ้นของเคมีเชิงฟิสิกส์นั้นสัมพันธ์กับตำแหน่งขอบเขตระหว่างฟิสิกส์และเคมี งานทั่วไปหลักของเคมีฟิสิกส์คือการทำนายระยะเวลาของกระบวนการและผลลัพธ์สุดท้าย (สภาวะสมดุล) ภายใต้เงื่อนไขต่างๆ ตามข้อมูลโครงสร้างและคุณสมบัติของสารที่ประกอบเป็นระบบภายใต้การศึกษา

โครงร่างโดยย่อของประวัติความเป็นมาของการพัฒนาเคมีเชิงฟิสิกส์

คำว่า "ฟิสิกส์เคมี" และคำจำกัดความของวิทยาศาสตร์นี้ได้รับครั้งแรกโดย M.V. Lomonosov ซึ่งในปี ค.ศ. 1752-1754 อ่านรายวิชาเคมีกายภาพให้กับนักศึกษา Academy of Sciences และทิ้งต้นฉบับของรายวิชานี้ "Introduction to True Physical Chemistry" (1752) Lomonosov ดำเนินการศึกษาจำนวนมากซึ่งหัวข้อที่สอดคล้องกับ "แผนสำหรับหลักสูตรเคมีเชิงฟิสิกส์" ที่รวบรวมโดยเขา (1752) และโปรแกรมงานทดลอง "ประสบการณ์ในเคมีเชิงฟิสิกส์" (1754) ภายใต้การนำของเขา มีการจัดเวิร์กช็อปของนักศึกษาในวิชาเคมีกายภาพ

Lomonosov ให้คำจำกัดความของเคมีกายภาพดังต่อไปนี้: "เคมีกายภาพเป็นวิทยาศาสตร์ที่อธิบายบนพื้นฐานของบทบัญญัติและการทดลองทางฟิสิกส์ว่าเกิดอะไรขึ้นในร่างกายผสมระหว่างการดำเนินการทางเคมี" คำจำกัดความนี้ใกล้เคียงกับความทันสมัย

สำหรับการพัฒนาฟิสิกส์เคมี การค้นพบกฎเทอร์โมไดนามิกสองกฎในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 (S. Carnot, Yu.R. Mayer, G. Helmholtz, D.P. Joule, R. Clausius, W. Thomson) เป็นเรื่องที่ดีมาก ความสำคัญ

จำนวนและความหลากหลายของการวิจัยที่อยู่ในสาขาที่กั้นระหว่างฟิสิกส์และเคมีเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในศตวรรษที่ 19 ทฤษฎีทางอุณหพลศาสตร์ของสมดุลเคมีได้รับการพัฒนา (K.M. Guldberg, P. Waage, D.W. Gibbs) การศึกษาของ L.F. Wilhelmi ได้วางรากฐานสำหรับการศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (จลนพลศาสตร์เคมี) ศึกษาการถ่ายโอนไฟฟ้าในสารละลาย (I.V. Gittorf, F.V.G. Kolrausch) ศึกษากฎสมดุลของการแก้ปัญหาด้วยไอน้ำ (D.P. Konovalov) และพัฒนาทฤษฎีการแก้ปัญหา (D.I. Mendeleev)

การรับรู้ของเคมีกายภาพเป็นวิทยาศาสตร์อิสระและวินัยทางวิชาการได้แสดงออกในการก่อตั้งที่มหาวิทยาลัยไลพ์ซิก (ประเทศเยอรมนี) ในปี พ.ศ. 2430 ของภาควิชาเคมีกายภาพชุดแรกที่นำโดย W. Ostwald และเป็นรากฐานของวารสารทางวิทยาศาสตร์ฉบับแรกเกี่ยวกับกายภาพ เคมีที่นั่น ที่ ปลายXIXมหาวิทยาลัยไลพ์ซิกเป็นศูนย์กลางของการพัฒนาเคมีเชิงฟิสิกส์ และนักเคมีกายภาพชั้นนำ ได้แก่ W. Ostwald, J. H. Van't Hoff, S. Arrhenius และ W. Nernst มาถึงตอนนี้ มีการกำหนดสามส่วนหลักของเคมีกายภาพ - อุณหพลศาสตร์เคมี จลนพลศาสตร์เคมี และเคมีไฟฟ้า

ในด้านที่สำคัญที่สุดของวิทยาศาสตร์ การพัฒนาคือ เงื่อนไขที่จำเป็นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี รวมถึงการศึกษากระบวนการทางเคมี เคมีกายภาพมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาปัญหานี้

ภาควิชาเคมีกายภาพ. วิธีการวิจัย

อุณหพลศาสตร์เคมี ในส่วนนี้ บนพื้นฐานของกฎของอุณหพลศาสตร์ทั่วไป กฎของดุลยภาพเคมีและหลักคำสอนเรื่องสมดุลของเฟสจะถูกอธิบาย

หลักคำสอนปรากฏการณ์พื้นผิว ศึกษาคุณสมบัติต่างๆ ของชั้นผิวของของแข็งและของเหลว (ส่วนต่อประสานระหว่างเฟส) หนึ่งในปรากฏการณ์ที่ศึกษาหลักในชั้นผิวคือ การดูดซับ(การสะสมของสสารในชั้นผิว)

ในระบบที่ส่วนต่อประสานระหว่างเฟสของเหลว ของแข็ง และก๊าซได้รับการพัฒนาอย่างมาก (อิมัลชัน หมอก ควัน ฯลฯ) คุณสมบัติของชั้นพื้นผิวกลายเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรก และกำหนดคุณสมบัติเฉพาะหลายประการของทั้งระบบเป็น ทั้งหมด. เช่น กระจัดกระจาย (จุลภาค)กำลังศึกษาระบบ เคมีคอลลอยด์,ซึ่งเป็นสาขาอิสระที่สำคัญของเคมีกายภาพ

รายการข้างต้นของหัวข้อหลักของเคมีกายภาพไม่ครอบคลุมบางส่วนและบางส่วนที่เล็กกว่าของวิทยาศาสตร์นี้ ซึ่งถือได้ว่าเป็นส่วนของส่วนที่ใหญ่กว่าหรือเป็นส่วนอิสระของเคมีกายภาพ ควรเน้นย้ำอีกครั้งถึงความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างสาขาต่างๆ ของเคมีกายภาพ ในการศึกษาปรากฏการณ์ใดๆ เราต้องใช้คลังแสงแห่งความคิด ทฤษฎี และวิธีการในการศึกษาเคมีหลายสาขา (และมักจะเป็นวิทยาศาสตร์อื่นๆ) เฉพาะกับความคุ้นเคยเบื้องต้นกับเคมีกายภาพเท่านั้นจึงจะเป็นไปได้ที่จะแจกจ่ายเนื้อหาในส่วนที่ระบุ

วิธีการวิจัยทางกายภาพและเคมี. วิธีการพื้นฐานของเคมีกายภาพเป็นวิธีการทางฟิสิกส์และเคมีตามธรรมชาติ ประการแรก วิธีการทดลอง - การศึกษาการพึ่งพาคุณสมบัติของสารในสภาวะภายนอก การทดลองศึกษากฎของการไหลของกระบวนการต่างๆ และกฎสมดุลเคมี

ความเข้าใจเชิงทฤษฎีของข้อมูลการทดลองและการสร้างระบบความรู้ที่สอดคล้องกันนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการทางฟิสิกส์เชิงทฤษฎี

วิธีการทางอุณหพลศาสตร์ซึ่งเป็นหนึ่งในวิธีการดังกล่าว ทำให้สามารถเชื่อมโยงคุณสมบัติต่างๆ ของสารในเชิงปริมาณ ("คุณสมบัติระดับมหภาค") และคำนวณคุณสมบัติเหล่านี้บางส่วนตามค่าการทดลองของคุณสมบัติอื่นๆ

บทที่ 1
กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์

ความอบอุ่นและการทำงาน

การเปลี่ยนแปลงในรูปแบบของการเคลื่อนไหวระหว่างการเปลี่ยนจากร่างหนึ่งไปอีกร่างหนึ่งและการเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่สอดคล้องกันนั้นมีความหลากหลายมาก รูปแบบของการเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนไหวและการเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่เชื่อมต่อกับมันสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม

กลุ่มแรกประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนไหวเพียงรูปแบบเดียวโดยการชนกันของโมเลกุลของวัตถุสองชิ้นที่อยู่ติดกันอย่างวุ่นวาย กล่าวคือ โดยการนำ (และในเวลาเดียวกันโดยการแผ่รังสี) การวัดการเคลื่อนไหวที่ส่งด้วยวิธีนี้คือ ความร้อน .

กลุ่มที่สองประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนไหวในรูปแบบต่างๆ ลักษณะทั่วไปซึ่งเป็นการเคลื่อนที่ของมวลมหภาคภายใต้การกระทำของแรงภายนอกใดๆ ที่มีลักษณะทิศทาง นั่นคือการเพิ่มขึ้นของวัตถุในสนามโน้มถ่วง การเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าจำนวนหนึ่งจากศักย์ไฟฟ้าที่ใหญ่กว่าเป็นศักย์ไฟฟ้าที่เล็กกว่า การขยายตัวของก๊าซภายใต้ความกดดัน ฯลฯ การวัดทั่วไปของการเคลื่อนไหวที่ส่งโดยวิธีการดังกล่าวคือ ทำงาน .

ความร้อนและงานกำหนดลักษณะการส่งผ่านการเคลื่อนที่สองรูปแบบในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณจากส่วนหนึ่งของโลกวัตถุไปยังอีกส่วนหนึ่ง

การเคลื่อนที่ของสสารเป็นการเคลื่อนที่ของสสารที่ซับซ้อน ซึ่งรูปแบบหลักสองรูปแบบที่เราแยกแยะได้ ความร้อนและงานเป็นหน่วยวัดของรูปแบบการเคลื่อนที่ของสสารที่ซับซ้อนทั้งสองรูปแบบ และควรพิจารณาว่าเป็นพลังงานประเภทหนึ่ง

คุณสมบัติทั่วไปของความร้อนและงานคือ สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญในช่วงเวลาที่กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นเท่านั้น ในกระบวนการดังกล่าว ในบางร่างกาย การเคลื่อนไหวในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งลดลงและพลังงานที่สอดคล้องกันลดลง ในขณะที่ร่างกายอื่นๆ เคลื่อนไหวในรูปแบบเดียวกันหรือรูปแบบอื่นเพิ่มขึ้น และพลังงานประเภทเดียวกันจะเพิ่มขึ้น

เราไม่ได้พูดถึงความร้อนสะสมหรืองานในร่างกายใด ๆ แต่เกี่ยวกับความร้อนและการทำงานของกระบวนการที่รู้จักเท่านั้น หลังจากเสร็จสิ้น ไม่จำเป็นต้องพูดถึงความร้อนหรือการทำงานในร่างกาย

กำลังภายใน

สำหรับกระบวนการที่ไม่เป็นวงกลม จะไม่มีการสังเกตความเท่าเทียมกัน (I, 1) เนื่องจากระบบจะไม่กลับสู่สถานะเดิม แทน, ความเท่าเทียมกันสำหรับกระบวนการที่ไม่เป็นวงกลมสามารถเขียนได้ (ละเว้นสัมประสิทธิ์ k):

เนื่องจากโดยทั่วไปขีดจำกัดของการรวมเข้าด้วยกันนั้นไม่แน่นอน ดังนั้นสำหรับปริมาณเบื้องต้น dWและ dQ:

d Q¹d W,

เพราะเหตุนี้:

d Q– d W ¹ 0

บ่งบอกถึงความแตกต่าง dQ - dWสำหรับกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์เบื้องต้นผ่าน ดูยู:

ตู่º d Q– d W(ฉัน 2)

หรือสำหรับขั้นตอนสุดท้าย:

– (ฉัน 2a)

กลับไปที่กระบวนการวงกลม เราได้รับ (จากสมการ I, 1):

= – = 0 (ฉัน 3)

ดังนั้น ค่า ตู่คือผลต่างทั้งหมดของฟังก์ชันสถานะระบบบางอย่าง เมื่อระบบกลับสู่สถานะเดิม (หลังจากการเปลี่ยนแปลงแบบวนซ้ำ) ค่าของฟังก์ชันนี้จะได้รับค่าเดิม

ฟังก์ชันสถานะของระบบ ยู,กำหนดโดยความเท่าเทียมกัน (I, 2) หรือ (I, 2a) เรียกว่า กำลังภายใน ระบบ .

เห็นได้ชัดว่านิพจน์ (I, 2a) สามารถเขียนได้ดังนี้:

\u003d คุณ 2 - คุณ 1 \u003d ∆U \u003d -(ฉัน 2b)

ยู2 – U 1 \u003d ∆U \u003d Q - W

การให้เหตุผลนี้พิสูจน์ให้เห็นชัดถึงการมีอยู่ของฟังก์ชันบางอย่างของสถานะของระบบ ซึ่งมีความหมายของการวัดผลรวมของการเคลื่อนไหวทั้งหมดที่ระบบมีอยู่

กล่าวอีกนัยหนึ่ง พลังงานภายใน ได้แก่ พลังงานการแปลและการหมุนของโมเลกุล พลังงานการสั่นสะเทือนของอะตอมและกลุ่มของอะตอมในโมเลกุล พลังงานของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน พลังงานในนิวเคลียร์ และพลังงานประเภทอื่นๆ กล่าวคือ ผลรวมของอนุภาคทุกประเภท พลังงานในระบบ ยกเว้นศักยภาพและพลังงานจลน์ของระบบเอง

สมมุติว่ากระบวนการวนรอบได้ดำเนินการในลักษณะที่หลังจากที่ระบบกลับสู่สถานะเริ่มต้น พลังงานภายในของระบบไม่ได้ใช้ค่าเริ่มต้น แต่เพิ่มขึ้น ในกรณีนี้ การทำซ้ำของกระบวนการเป็นวงกลมจะทำให้มีการสะสมของพลังงานในระบบ มันจะเป็นไปได้ที่จะแปลงพลังงานนี้เป็นงานและได้งานในลักษณะนี้โดยไม่ต้องเสียความร้อน แต่ "หมดไป" เนื่องจากในกระบวนการหมุนเวียนและความร้อนจะเท่ากันซึ่งแสดงให้เห็นโดยการทดลองโดยตรง .

ไม่สามารถทำรอบการสร้างที่ระบุให้เสร็จสมบูรณ์ perpetuum mobile (perpetuum mobile) ชนิดแรกที่ให้งานโดยไม่ใช้พลังงานอีกประเภทหนึ่งในปริมาณที่เท่ากัน ได้รับการพิสูจน์โดยผลลัพธ์เชิงลบจากประสบการณ์ของมนุษย์นับพันปี ผลลัพธ์นี้นำไปสู่ข้อสรุปเดียวกันกับที่เราได้รับในรูปแบบเฉพาะแต่เข้มงวดกว่าโดยการวิเคราะห์การทดลองของ Joule

ให้เรากำหนดผลลัพธ์ที่ได้อีกครั้ง การจ่ายพลังงานทั้งหมดของระบบ (พลังงานภายใน) อันเป็นผลมาจากกระบวนการแบบวนกลับเป็นค่าเดิม กล่าวคือ พลังงานภายในของระบบในสถานะที่กำหนดมีค่าที่แน่นอนหนึ่งค่าและไม่ขึ้นอยู่กับสิ่งที่เปลี่ยนแปลงระบบ ไปเสียก่อนที่จะมาอยู่ในสถานะนี้

กล่าวอีกนัยหนึ่ง พลังงานภายในของระบบเป็นหน้าที่ที่ชัดเจน ต่อเนื่อง และจำกัดของสถานะของระบบ

การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบถูกกำหนดโดยการแสดงออก (I, 2b); นิพจน์ (I, 3) ใช้ได้สำหรับกระบวนการแบบวงกลม ด้วยการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในคุณสมบัติบางอย่าง (พารามิเตอร์) ของระบบ พลังงานภายในของระบบก็เปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยเช่นกัน นี่คือคุณสมบัติของฟังก์ชันต่อเนื่อง

ภายในเทอร์โมไดนามิกส์ ไม่จำเป็นต้องใช้คำจำกัดความทั่วไปของแนวคิดเรื่องพลังงานภายใน คำจำกัดความเชิงปริมาณอย่างเป็นทางการผ่านนิพจน์ (I, 2) หรือ (I, 2a) ก็เพียงพอแล้วสำหรับการให้เหตุผลและข้อสรุปทางอุณหพลศาสตร์เพิ่มเติมทั้งหมด

เนื่องจากพลังงานภายในของระบบเป็นหน้าที่ของสถานะของระบบ ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว การเพิ่มขึ้นของพลังงานภายในที่มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยอย่างไม่สิ้นสุดในพารามิเตอร์ของสถานะของระบบจึงเป็นผลต่างทั้งหมดของฟังก์ชันสถานะ การแยกอินทิกรัลในสมการ (I, 3) ออกเป็นสองอินทิกรัลเหนือส่วนของเส้นทางจากสถานะ 1 จนถึงรัฐ 2 (เส้นทาง "a") (ดูรูปที่ I) และในทางกลับกัน - จากสถานะ 2 จนถึงรัฐ 1 (วิธีอื่น "ข" ), - เราได้รับ:

(ฉัน 4)

(ฉัน 5)

เราจะได้ผลลัพธ์เดียวกันโดยการเปรียบเทียบเส้นทาง "a" กับ "c" หรือ "b" กับ "c" เป็นต้น

ข้าว. I. แบบแผนของกระบวนการแบบวงกลม (รอบ)

นิพจน์ (I, 5) แสดงว่า การเพิ่มขึ้นของพลังงานภายในของระบบระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ แต่ขึ้นอยู่กับสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของระบบเท่านั้น

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์เกี่ยวข้องโดยตรงกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน ช่วยให้คุณสามารถคำนวณความสมดุลของพลังงานในกระบวนการต่างๆ รวมถึงปฏิกิริยาเคมี

จากกฎการอนุรักษ์พลังงาน ดังนี้

Q = ∆U + W

นิพจน์ที่เป็นผลลัพธ์สำหรับระบบปิดสามารถอ่านได้ดังนี้: ความร้อนที่จ่ายให้กับระบบนั้นใช้เพื่อเปลี่ยนพลังงานภายในและการทำงานเท่านั้น

ข้อความข้างต้นเกี่ยวข้องกับสมการ (I, 3) และ (I, 5), ทำหน้าที่ การกำหนดกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์(รวมกับสมการ (I, 2) ซึ่งหาปริมาณพลังงานภายใน)

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์เป็นสูตรเชิงปริมาณของกฎการอนุรักษ์พลังงานที่นำไปใช้กับกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของความร้อนและการทำงาน

อีกสูตรหนึ่งของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์สามารถหาได้จากนิพจน์ (I, 2a) ในระบบที่แยกออกมา dQ = 0และ dW = 0, แล้ว และ dU=0; ดังนั้น สำหรับกระบวนการใดๆ ที่เกิดขึ้นในระบบที่แยกได้:

(I.6)

เช่น. พลังงานภายในของระบบแยกเป็นค่าคงที่ . สูตรของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์นี้เป็นการแสดงออกเชิงปริมาณของกฎทั่วไปว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงานที่ใช้กับสภาวะเฉพาะและระบบจำกัด ซึ่งพลังงานไม่ได้ถูกสร้างขึ้นหรือหายไป

ควรสังเกตว่ากฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ทำให้หาไม่ได้ เต็มมูลค่าพลังงานภายในของระบบในสถานะใด ๆ เนื่องจากสมการที่แสดงกฎข้อแรกนำไปสู่การคำนวณเฉพาะการเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบในกระบวนการต่างๆ ในทำนองเดียวกัน เราไม่สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในโดยตรงในกระบวนการมหภาคได้ การคำนวณการเปลี่ยนแปลงนี้ทำได้โดยใช้สมการ (I, 2b) เท่านั้น โดยคำนึงถึงปริมาณที่วัดได้ - ความร้อนและการทำงานของกระบวนการนี้

โปรดทราบว่าความร้อนและงาน (แยกกัน) ไม่มีคุณสมบัติฟังก์ชันสถานะที่แสดงโดยสมการ (I, 3) หรือ (I, 5) และมีอยู่ในพลังงานภายใน ความร้อนและการทำงานของกระบวนการที่ถ่ายโอนระบบจากสถานะ 1 ไปยังสถานะ 2 ขึ้นอยู่กับกรณีทั่วไปในเส้นทางของกระบวนการและค่า δQและ δWไม่ใช่ดิฟเฟอเรนเชียลของฟังก์ชันสถานะ แต่เป็นเพียงปริมาณที่น้อยมาก ซึ่งเราจะเรียกว่า ธาตุความร้อนและ งานประถม

ดังนั้น ค่าความแตกต่างของพลังงานภายใน ตู่มีคุณสมบัติทางคณิตศาสตร์อื่นนอกเหนือจากความร้อนของธาตุ dQและทำงาน dW. นี่เป็นสิ่งสำคัญในการสร้างระบบเทอร์โมไดนามิกส์

สมการสถานะ

คุณสมบัติหลายอย่างของระบบในสภาวะสมดุลและเฟสองค์ประกอบของระบบนั้นต้องพึ่งพาอาศัยกัน การเปลี่ยนแปลงในสิ่งใดสิ่งหนึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสิ่งอื่น การพึ่งพาฟังก์ชันเชิงปริมาณระหว่างคุณสมบัติของระบบ (เฟส) สามารถสะท้อนได้ด้วยสมการประเภทต่างๆ

ของสมการเหล่านี้ มูลค่าสูงสุดมันมี สมการของรัฐเฟส การเชื่อมต่อในรูปแบบอินทิกรัลของความดัน อุณหภูมิ ความหนาแน่น (หรือปริมาตร) องค์ประกอบ และคุณสมบัติอื่น ๆ ของแต่ละเฟสของระบบในสภาวะสมดุล

สมการสถานะมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับสมการทางอุณหพลศาสตร์ของระบบและส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกัน (เฟส) แต่ไม่สามารถหาได้จากสมการพื้นฐานของอุณหพลศาสตร์ในรูปแบบเฉพาะ และต้องพบโดยสังเกตหรือหาได้จากวิธีการทางฟิสิกส์เชิงสถิติ เกี่ยวกับพารามิเตอร์ของโมเลกุล (เช่น ปริมาณที่แสดงลักษณะโครงสร้างและคุณสมบัติของโมเลกุลแต่ละตัว) สมการสถานะที่ง่ายที่สุดคือสมการของก๊าซที่ความดันต่ำ: สมการ Clapeyron-Mendeleev สมการ van der Waals เป็นต้น

การมีอยู่ของสมการสถานะและสมการอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติต่างๆ ของเฟสนำไปสู่ความจริงที่ว่าสำหรับการแสดงลักษณะเฉพาะที่ชัดเจนของสถานะของระบบ ก็เพียงพอที่จะทราบคุณสมบัติอิสระเพียงไม่กี่อย่างเท่านั้น คุณสมบัติเหล่านี้เรียกว่า ตัวแปรอิสระหรือ พารามิเตอร์ของรัฐระบบ คุณสมบัติที่เหลือเป็นหน้าที่ของพารามิเตอร์สถานะและถูกกำหนดโดยไม่ซ้ำกันหากได้รับค่าของหลัง ในกรณีนี้ สำหรับปัญหาหลายๆ อย่าง ไม่สำคัญว่าเรารู้สมการเฉพาะของสถานะของเฟสที่กำลังศึกษาอยู่หรือไม่ สิ่งสำคัญคือต้องมีการพึ่งพาที่สอดคล้องกันอยู่เสมอ

ดังนั้นสถานะของระบบจึงถูกกำหนดโดยตัวแปรอิสระ (พารามิเตอร์สถานะ) ซึ่งจำนวนนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะของระบบนั้น ๆ และโดยหลักการแล้วการเลือกนั้นเป็นไปตามอำเภอใจและเกี่ยวข้องกับการพิจารณาความได้เปรียบ เพื่อกำหนดสถานะของระบบที่ง่ายที่สุด - เป็นเนื้อเดียวกันและคงที่ตามเวลาในมวลและองค์ประกอบ (ประกอบด้วยเฟสเดียวและไม่เปลี่ยนแปลงทางเคมี) - เพียงพอที่จะรู้สองตัวแปรอิสระจากสาม (ปริมาตร วีความกดดัน พีและอุณหภูมิ ต).ในระบบที่ซับซ้อนมากขึ้น ตัวแปรอิสระอาจรวมถึงความเข้มข้น ประจุไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้าสถิต ความแรงของสนามแม่เหล็ก และอื่นๆ

ค่าสัมประสิทธิ์แคลอรี่

พลังงานภายในของระบบ ซึ่งเป็นหน้าที่ของรัฐ เป็นหน้าที่ของตัวแปรอิสระ (พารามิเตอร์สถานะ) ของระบบ

ในระบบที่ง่ายที่สุด

ยู = ฉ (วี ทู) (ฉัน 7)

ดังนั้นผลต่างทั้งหมดU :

dU = dV + dT (1,8)

แทนค่า ตู่จากสมการ (I, 8) ไปจนถึงสมการ (I, 2) เราพบว่า:

δQ = dV + dT + δW(ฉัน, 9)

หากมีเพียงงานขยายเกิดขึ้นในระบบที่ศึกษาและไม่มีงานไฟฟ้า แรงโน้มถ่วง แรงพื้นผิว ฯลฯ แล้ว d W = ไฟล์ PDF.แล้ว

δQ = + พี dV + dT(ฉัน 9a)

แสดงถึงสัมประสิทธิ์ที่ส่วนต่างของตัวแปรอิสระในสมการ (I, 9a) ด้วยสัญลักษณ์ lและ ประวัติย่อ ,เราได้รับ:

δQ = ldV + C V dT(1,10)

สมการ (I, 9a) และ (I, 10) หมายถึง:

= ล. = + P(I.11)

= ซี วี =

ปริมาณ และ ไม่ใช่อนุพันธ์ของฟังก์ชันใดๆ อันแรกคือ ความร้อนของการขยายตัวของไอโซเทอร์มอลร่างกาย. ปริมาณนี้ มิติที่ตรงกับขนาดของความดัน คือ ผลรวมของความดันภายนอกและระยะ ; ซึ่งสะท้อนแรงดึงดูดซึ่งกันและกันของโมเลกุล คำนี้มีขนาดเล็กสำหรับก๊าซจริงและมีขนาดใหญ่มาก (เมื่อเทียบกับค่าปกติของความดันภายนอก) สำหรับของเหลวและของแข็ง

ค่า ประวัติย่อตามสมการ (I, 11) คือ ความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่. ความร้อนที่ระบบดูดซับไว้ที่ปริมาตรคงที่จะถูกใช้ไปทั้งหมดเพื่อเพิ่มพลังงานภายใน (หากไม่มีงานทุกประเภทรวมถึงงานต่อขยาย)

ค่าสัมประสิทธิ์ผลต่างรวมของพลังงานภายในพร้อมตัวแปร วีและ ตู่มีความหมายทางกายภาพอย่างง่ายดังที่แสดงไว้ข้างต้น

การเลือกเป็นตัวแปรอิสระ พีและ ตู่หรือ วีและ พีและเมื่อพิจารณาพลังงานภายในเป็นฟังก์ชันของตัวแปรคู่เหล่านี้ เราก็จะได้ดังนี้

d Q = hdP + ซี พี ดีที(ฉัน 10a)

d Q= ค dV+ ล dp(ฉัน 10b)

ที่ปริมาณ ซ, ซี พี , c และ l เกี่ยวข้องกับอนุพันธ์ของพลังงานภายในโดยความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนกว่าที่แสดงในสมการ (I, 11) สังเกตว่า C p =มี ความจุความร้อนที่ความดันคงที่เอ ชม. = – ความร้อนของแรงดันไอโซเทอร์มอลที่เพิ่มขึ้นค่าหลังเป็นค่าลบโดยพื้นฐาน

อัตราต่อรอง l, h, Cวี , ซี พี , c และ λ เรียกว่า อัตราส่วนแคลอรี่มีความหมายทางกายภาพที่เป็นอิสระ (โดยเฉพาะ ซี พี,ควีและ l) นอกจากนี้ยังเป็นปริมาณเสริมที่เป็นประโยชน์ในการสรุปและการคำนวณทางอุณหพลศาสตร์อีกด้วย

การทำงานของกระบวนการต่างๆ

ภายใต้ชื่องาน กระบวนการพลังงานหลายอย่างรวมกัน คุณสมบัติทั่วไปของกระบวนการเหล่านี้คือการใช้พลังงานของระบบเพื่อเอาชนะแรงที่กระทำจากภายนอก กระบวนการดังกล่าวรวมถึง ตัวอย่างเช่น การเคลื่อนที่ของมวลชนในสนามที่มีศักยภาพ หากการเคลื่อนที่ขัดกับแรงไล่ระดับ ระบบก็จะใช้พลังงานในรูปของงาน ปริมาณงานเป็นบวก เมื่อเคลื่อนที่ไปตามแรงไล่ระดับ ระบบจะรับพลังงานในรูปของงานจากภายนอก ปริมาณงานเป็นลบ นั่นคืองานยกมวลที่รู้จักในสนามโน้มถ่วง งานเบื้องต้นในกรณีนี้:

d W = – mgdH

ที่ไหน ม- มวลร่างกาย; ชมคือความสูงเหนือระดับศูนย์เริ่มต้น เมื่อระบบขยายตัวภายใต้แรงกดดันจากภายนอก พีระบบทำงาน , งานเบื้องต้นเท่าเทียมกันในกรณีนี้ PdV (V 1 .)และ วี 2 -ปริมาณเริ่มต้นและสุดท้ายของระบบตามลำดับ)

เมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ qในสนามไฟฟ้ากับทิศทางของการลดลงของศักย์ไฟฟ้า เจและในบริเวณที่อาจมีการเปลี่ยนแปลงได้เท่ากับ ดีเจพร้อมทั้งเพิ่มภาระของร่างกายที่มีศักยภาพ เจ, โดยค่า dqงานเสร็จในระบบ ค่าของมันจะเท่ากันในกรณีแรก - qdjและในกรณีที่สอง jdq.

ในทำนองเดียวกัน งานของการเพิ่มพื้นผิวส่วนต่อประสานสามารถแสดงได้ สระหว่างส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของระบบ (เฟส): d W=-s dS,
โดยที่ s คือแรงตึงผิว

โดยทั่วไปงานระดับประถมศึกษา dWคือผลรวมของงานระดับประถมศึกษาที่แตกต่างกันในเชิงคุณภาพหลายประการ:

d W = Pdวี- mgdH-s dS– j d q + … (1.12)

ที่นี่ พี, -มก., -σ, -j เป็นแรงในความหมายทั่วไป (กำลังทั่วไป)หรือ ปัจจัยความรุนแรง วี, เอช, ส, q – พิกัดทั่วไปหรือ ปัจจัยความจุ

ในแต่ละกรณี มีความจำเป็นต้องกำหนดประเภทของงานที่เป็นไปได้ในระบบที่กำลังศึกษา และรวบรวมสำนวนที่เหมาะสม dWใช้ในสมการ (I, 2a) การรวมสมการ (I, 12) และการคำนวณงานสำหรับกระบวนการเฉพาะเป็นไปได้เฉพาะในกรณีที่กระบวนการอยู่ในสมดุลและทราบสมการสถานะแล้ว

สำหรับระบบจำนวนมาก มันเป็นไปได้ที่จะจำกัดอนุกรมของสมการ (I, 12) เป็นหนึ่งเทอม - งานขยาย

การทำงานของการขยายตัวในกระบวนการสมดุลแสดงโดยสมการต่างๆ ที่ตามมาจากสมการสถานะ นี่คือบางส่วนของพวกเขา:

1) กระบวนการดำเนินการที่ปริมาตรคงที่ (กระบวนการ isochoric; V = const):

W = ∫δW = ∫PdV = 0(ฉัน, 13)

2) กระบวนการดำเนินการที่ความดันคงที่ (กระบวนการไอโซบาริก P = const):

ว= = P (V 2 - V 1) \u003d PDV(ฉัน 14)

3) กระบวนการที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่ (กระบวนการไอโซเทอร์มอล T = const). งานต่อเติม ก๊าซในอุดมคติ, ซึ่ง PV=nRT:

W = dV = nRT บันทึก(ฉัน 15)

เอนทัลปี

สมการของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์สำหรับกระบวนการที่มีการดำเนินการขยายตัวเท่านั้นจะมีรูปแบบดังนี้

δQ = dU + PdV(ฉัน 19)

หากกระบวนการดำเนินไปด้วยความกดดันคงที่ เมื่อรวมเข้าด้วยกัน เราจะได้:

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

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

เพราะ พีและ วี– พารามิเตอร์สถานะ คุณเป็นฟังก์ชันของรัฐ แล้วผลรวม U+PVเป็นฟังก์ชันของรัฐด้วย และการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ แต่จะอยู่ที่สถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายเท่านั้น ฟังก์ชันนี้เรียกว่า เอนทัลปีและเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ ชม. การกำหนดมูลค่า ชมเอกลักษณ์ให้บริการ:

H U + PV(ฉัน 22)

จากสมการ (I, 21) ความร้อนที่ดูดซับที่ความดันคงที่เท่ากับการเพิ่มขึ้นของเอนทาลปี D ชมและไม่ขึ้นอยู่กับเส้นทางกระบวนการ:

(ฉัน 21a)

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

กระบวนการที่เกิดขึ้นเองโดยทั่วไปและเกิดขึ้นเองมากที่สุดคือการถ่ายเทความร้อนจากวัตถุร้อนไปเป็นกระบวนการเย็น (การนำความร้อน) และการเปลี่ยนการทำงานเป็นความร้อน (การเสียดสี) การปฏิบัติในชีวิตประจำวัน เทคนิค และวิทยาศาสตร์ที่มีอายุหลายศตวรรษของมนุษยชาติได้แสดงให้เห็นความเป็นจริงในชีวิตประจำวันของกระบวนการเหล่านี้ เช่นเดียวกับความเป็นไปไม่ได้ของกระบวนการย้อนกลับที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ซึ่งดึงดูดมากจากมุมมองเชิงปฏิบัติ (การทำงานโดยการขจัดความร้อน จากร่างกายที่อยู่รอบ ๆ ร่างกายที่ทำงาน) สิ่งนี้ให้เหตุผลในการยืนยันว่าผลลัพธ์เพียงอย่างเดียวของกระบวนการชุดใด ๆ ไม่สามารถถ่ายเทความร้อนจากร่างกายที่ร้อนน้อยกว่าไปยังตัวที่ร้อนกว่าได้ (สมมุติฐานของ Clausius).

การย้อนกลับของการเปลี่ยนแปลงความร้อนที่ระบุจากวัตถุที่มีความร้อนมากกว่าไปเป็นความร้อนน้อยกว่านั้นเป็นกระบวนการถ่ายเทความร้อนที่ไม่สมดุลตามปกติโดยการนำความร้อน ไม่สามารถย้อนกลับได้ กล่าวคือ ไม่สามารถดึงกลับผ่านลำดับสถานะเดียวกันได้ แต่นี่ยังไม่เพียงพอ: หากกระบวนการถ่ายเทความร้อนโดยตรงเกิดขึ้นในระบบลำดับของกระบวนการใด ๆ ดังกล่าวจะไม่สามารถดำเนินการได้เนื่องจากร่างกายทั้งหมดที่เข้าร่วมในการถ่ายเทความร้อนจะกลับสู่สภาพเดิม สภาพเดิมและจะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงในร่างอื่น กระบวนการนำความร้อนกลับไม่ได้

ตำแหน่งทั่วไปอีกประการหนึ่งซึ่งมีพื้นฐานการทดลองเหมือนกัน กล่าวไว้ดังนี้: ผลลัพธ์เพียงอย่างเดียวของกระบวนการชุดใด ๆ ไม่สามารถแปลงความร้อนเป็นงานได้ (กล่าวคือ ระบบดูดซับความร้อนจากสิ่งแวดล้อมและการปล่อยงานเทียบเท่า ร้อนขนาดนี้) ดังนั้น กระบวนการที่เกิดขึ้นเองในการเปลี่ยนงานให้เป็นความร้อน (โดยแรงเสียดทาน) จึงไม่สามารถแก้ไขได้ (เช่นเดียวกับการนำความร้อน)

คำสั่งสุดท้ายสามารถระบุได้แตกต่างกัน: ความร้อนของร่างกายที่เย็นที่สุดที่เข้าร่วมในกระบวนการไม่สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งที่มาของงานได้ (ปณิธานของทอมสัน).

ตำแหน่งทั้งสอง (สมมุติฐานของ Clausius และ Thomson) เป็นสูตรของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์และมีค่าเท่ากัน กล่าวคือ แต่ละรายการสามารถพิสูจน์ได้บนพื้นฐานของอีกตำแหน่งหนึ่ง

เนื่องจากการถ่ายเทความร้อนหรือการเปลี่ยนแปลงไปสู่งานถือเป็นผลลัพธ์เพียงอย่างเดียวของกระบวนการ จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่ระบบที่เข้าร่วมในการแลกเปลี่ยนความร้อนจะส่งคืนอันเป็นผลมาจากกระบวนการหรือกระบวนการต่างๆ รวมกันเป็นสถานะเดิม ในกระบวนการที่เป็นวัฏจักรเช่นนี้ พลังงานภายในของระบบจะไม่เปลี่ยนแปลง

ให้เราสมมติว่าสูตรที่สองของสูตรข้างต้น (โดยเฉพาะในรูปแบบสุดท้าย) ไม่ถูกต้อง จากนั้นจะสามารถสร้างเครื่องจักรที่ทำงานเป็นวัฏจักรได้ โดย "ตัวทำงาน" ซึ่งจะกลับสู่สภาพเดิมเป็นระยะ และเครื่องจักรนี้จะให้การทำงานเนื่องจากความร้อนที่ดูดซับจากภายนอกออกจากร่างกายไม่ร้อนกว่าระบบ ตัวเองและส่วนอื่นๆ ทั้งหมดที่อยู่รอบระบบ กระบวนการดังกล่าวจะดำเนินต่อไปโดยไม่ละเมิดกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ (งานเนื่องจากความร้อน) แต่สำหรับการปฏิบัติแล้ว เทียบเท่ากับการได้งานจากสิ่งใดๆ ดังนั้นเรือจึงสามารถเคลื่อนตัวได้ ขจัดความอบอุ่นของน้ำทะเลและไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง เครื่องดังกล่าวเรียกว่า perpetuum mobile (perpetuum mobile) ประเภทที่สองจากคำจำกัดความนี้ เราสามารถกำหนดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ได้ ทำให้สมมติฐานของทอมสันมีรูปแบบที่ต่างออกไป: การเคลื่อนที่ถาวรของประเภทที่สองนั้นเป็นไปไม่ได้

ควรเน้นว่าทั้งบทบัญญัติของ Clausius และ Thomson และการยืนยันว่า perpetuum mobile ของประเภทที่สองเป็นไปไม่ได้ไม่สามารถพิสูจน์ได้ตามกฎหมายหรือบทบัญญัติอื่น ๆ เป็นการคาดเดาที่สมเหตุสมผลโดยผลที่ตามมาทั้งหมด แต่ไม่สามารถพิสูจน์ได้สำหรับกรณีที่เป็นไปได้ทั้งหมด

ให้เราสร้างกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์อีกหนึ่งสูตร ซึ่งแน่นอนว่าค่อนข้างแม่นยำและรัดกุม สูตรนี้มีสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของฟังก์ชันสถานะใหม่ ซึ่งแสดงความแตกต่างระหว่างกระบวนการที่ย้อนกลับได้และไม่สามารถย้อนกลับได้:

วิธีการคำนวณเอนโทรปี

สมการ (II, 1) และ (II, 1a) ซึ่งกำหนดเอนโทรปี เป็นสมการเริ่มต้นเพียงสมการเดียวสำหรับการคำนวณทางอุณหพลศาสตร์ของการเปลี่ยนแปลงในเอนโทรปีของระบบ การแทนที่ความร้อนของธาตุในสมการ (II, 1a) ด้วยนิพจน์ในรูปของสัมประสิทธิ์แคลอรี่ (ดูสมการ (I, 10) และ (I, 10a)) เราได้รับสำหรับกระบวนการสมดุล:

กิโลจูล/โมล; อุณหภูมิหลอมเหลว tตร. \u003d 5.5 °С ( ตู่= 278,5 ถึง). ดังนั้นเอนโทรปีจึงเปลี่ยน 1 ตุ่นเบนซินในระหว่างการหลอม (เอนโทรปีของการหลอม) เท่ากับ:

ดีเอส ตร. = 35,06เจ/โมล

2. การให้ความร้อนที่ความดันคงที่ (กระบวนการไอโซบาริก P = const). จากสมการ (I, 18a) และ (II, 1a) เราได้รับ:

DS =(II, 6)

ให้เราหาการเปลี่ยนแปลงในเอนโทรปีของอะลูมิเนียมหนึ่งโมลเมื่อถูกความร้อนจาก 25 ถึง 600 °C ความจุความร้อนโมลาร์ที่แท้จริงของอลูมิเนียมสามารถแสดงได้โดยสมการ:

C p = 565.5 + 0.290 ต.ตามสมการ (II, 6) การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีจะเท่ากับ:

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

สมมุติฐานของพลังค์ ค่าเอนโทรปีแอบโซลูท

ตามสมการ (II, 3) เป็นไปไม่ได้ที่จะคำนวณค่าสัมบูรณ์ของเอนโทรปีของระบบ ความเป็นไปได้นี้มาจากตำแหน่งใหม่ที่ไม่สามารถพิสูจน์ได้ซึ่งไม่เป็นไปตามกฎสองข้อของอุณหพลศาสตร์ซึ่งกำหนดโดย M. Planck (1912) ตามบทบัญญัตินี้เรียกว่า สัจธรรมของพลังค์, เอนโทรปีของสารผลึกเดี่ยวที่ศูนย์สัมบูรณ์เป็นศูนย์:

กล่าวโดยเคร่งครัด สมมติฐานของพลังค์ใช้ได้เฉพาะกับสารแต่ละชนิดเท่านั้น ซึ่งคริสตัลถูกสร้างขึ้นอย่างเหมาะสม (ในโครงผลึกคริสตัล โหนดทั้งหมดถูกครอบครองโดยโมเลกุลหรืออะตอม สลับกันอย่างสม่ำเสมอและมีทิศทางสม่ำเสมอ) ผลึกดังกล่าวเรียกว่า ของแข็งในอุดมคติคริสตัลของจริงไม่เป็นเช่นนั้น เนื่องจากตาข่ายคริสตัลของพวกมันไม่ได้ถูกสร้างขึ้นอย่างสมบูรณ์

เอนโทรปีของโครงตาข่ายคริสตัลที่สร้างขึ้นโดยสุ่มในระดับหนึ่งนั้นยิ่งใหญ่กว่าเอนโทรปีของโครงตาข่ายคริสตัลที่สร้างขึ้นอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นคริสตัลจริงแม้ที่ 0 K ก็มีเอนโทรปีที่มากกว่าศูนย์ อย่างไรก็ตาม เอนโทรปีของผลึกที่ก่อตัวดีจริงของสารแต่ละชนิดที่ศูนย์สัมบูรณ์นั้นมีขนาดเล็ก

ตามสมมุติฐานของพลังค์ สมการ (II, 6) สำหรับร่างกายที่แข็งแรงในอุดมคติจะอยู่ในรูปแบบ:

สมมุติฐานของพลังค์ใช้ในการศึกษาอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการทางเคมีเพื่อคำนวณค่าสัมบูรณ์ของเอนโทรปีของสารประกอบเคมี - ปริมาณที่มี สำคัญมากเมื่อคำนวณสมดุลเคมี

เอนโทรปีมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุณหพลศาสตร์ทางเทคนิค (วิศวกรรมความร้อน) เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญของของไหลที่ใช้ในเครื่องยนต์ที่ให้ความร้อน เช่น ไอน้ำ ค่าเอนโทรปีของไอน้ำในสถานะที่กำหนดจะคำนวณโดยเปรียบเทียบกับสถานะมาตรฐานบางสถานะ - โดยปกติคือ 0 ° C และ 1 แอมค่าเอนโทรปีเหล่านี้ใช้ในการสร้างสิ่งที่เรียกว่า ไดอะแกรมสถานะเอนโทรปีไอน้ำในพิกัด เซนต์หรือ S-H(แผนภาพโมลิเยร์). ในไดอะแกรมดังกล่าว เช่น ไดอะแกรม วีพีสามารถอธิบายกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในร่างกายการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนและประกอบเป็นวงจรการทำงานของเครื่องได้

โดยสรุปแล้ว ควรสังเกตว่าเราไม่ต้องเจาะลึกในสาขาวิชาอุณหพลศาสตร์ จุดประสงค์ของเราคือเพื่อแสดงแนวคิดหลักของวิทยาศาสตร์นี้และอธิบายเหตุผลว่าทำไมจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างจากข้อโต้แย้ง

ในที่สุด กฎสองข้อของเทอร์โมไดนามิกส์มักถูกกำหนดขึ้นดังนี้:

กฎข้อที่หนึ่ง: พลังงานของจักรวาลมีค่าคงที่เสมอ

กฎข้อที่สอง: เอนโทรปีของจักรวาลเพิ่มขึ้นเสมอ

ทางกายภาพ, ศาสตร์แห่ง กฎหมายทั่วไปที่กำหนดโครงสร้างและเคมี การเปลี่ยนแปลงอิน-อิน ณ ธ.ค. ต่อ เงื่อนไข. วิจัยเคมี. ปรากฏการณ์ด้วยความช่วยเหลือของทฤษฎี และทดลอง วิธีการทางฟิสิกส์

ในฐานะที่เป็นอิสระ วิทยาศาสตร์กายภาพได้ก่อตัวขึ้น ศตวรรษที่ 18 คำว่า "กายภาพ" เป็นของ M.V. Lomonosov ซึ่งในปี 1752 อ่านให้นักเรียนเป็นครั้งแรก มหาวิทยาลัยปีเตอร์สเบิร์กหลักสูตรทางกายภาพ เขาเป็นเจ้าของร่องรอย คำนิยาม: "กายภาพเป็นวิทยาศาสตร์ที่อธิบาย บนพื้นฐานของบทบัญญัติและการทดลองทางฟิสิกส์ สิ่งที่เกิดขึ้นในร่างกายผสมระหว่างการดำเนินการทางเคมี" วารสารทางวิทยาศาสตร์ฉบับแรกที่จัดทำขึ้นเพื่อตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับฟิสิกส์ ก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2430 โดย W. Ostwald และ J. van't Hoff

F กายภาพเป็นทฤษฎีหลัก รากฐานของความทันสมัย โดยอิงตามสาขาที่สำคัญของฟิสิกส์ เช่น สถิติ ฟิสิกส์และพลวัตไม่เชิงเส้น ทฤษฎีสนาม ฯลฯ รวมถึงหลักคำสอนของโครงสร้างของเกาะ โอ้ และ . ในฐานะที่เป็นส่วนที่แยกจากกันทางกายภาพ พวกเขามักจะแยกแยะทางกายภาพ (รวมถึง) หลักคำสอนของเคมีเชิงฟิสิกส์สูงโมล ต่อ และอื่น ๆ พวกเขาแนบชิดทางกายภาพและบางครั้งก็ถือว่าเป็นอิสระจากมัน ส่วน และ . ส่วนของร่างกายส่วนใหญ่มีขอบเขตที่ชัดเจนพอสมควรสำหรับวัตถุและวิธีการวิจัยสำหรับระเบียบวิธี คุณสมบัติและอุปกรณ์ที่ใช้

ทันสมัย ขั้นตอนของการพัฒนาทางกายภาพนั้นโดดเด่นด้วยการวิเคราะห์เชิงลึกของกฎทั่วไปของเคมี แปลงเป็นท่าเรือ ระดับการใช้เสื่ออย่างแพร่หลาย , ส่วนขยายช่วงต่อ ผลกระทบต่อสารเคมี ระบบ (อุณหภูมิสูงและอุณหภูมิเยือกแข็ง, รังสีสูง, แรงแม่เหล็กและผลกระทบของแม่เหล็ก), การศึกษากระบวนการที่เร็วมาก, วิธีการจัดเก็บพลังงานในสารเคมี อินวา ฯลฯ

แอปพลิเคชัน ทฤษฎีควอนตัมประการแรกเมื่ออธิบายเคมี ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับหมายถึง เพิ่มความสนใจไปที่ระดับการตีความและนำไปสู่การเลือกสองทิศทางใน ทิศทางตามกลศาสตร์ควอนตัม ทฤษฎีและปฏิบัติการด้วยกล้องจุลทรรศน์ ระดับคำอธิบายปรากฏการณ์ มักเรียกว่าเคมี ฟิสิกส์และทิศทางการทำงานกับตระการตา จำนวนมากอนุภาคที่มีผลใช้บังคับทางสถิติ กฎหมาย - ทางกายภาพ ด้วยการแบ่งเขตแดนระหว่างเคมีกายภาพและเคมี ฟิสิกส์ทำไม่ได้ ดำเนินการอย่างรวดเร็วซึ่งเห็นได้ชัดโดยเฉพาะอย่างยิ่งในทฤษฎีอัตราทางเคมี อำเภอ

หลักคำสอนเรื่องโครงสร้างของหมู่เกาะและสรุปการทดลองที่กว้างขวาง วัสดุที่ได้จากการใช้ทางกายภาพดังกล่าว วิธีการต่างๆ เช่น โมเลกุล ศึกษาปฏิสัมพันธ์ แม่เหล็กไฟฟ้า การแผ่รังสีที่มีอินไอออนในการสลายตัว ช่วงความยาวคลื่น วิธีการเลี้ยวเบนแสงและรังสีเอกซ์ วิธีการที่ใช้แมกนีโตออปติคัล ผลกระทบ ฯลฯ วิธีการเหล่านี้ทำให้สามารถรับข้อมูลโครงสร้างเกี่ยวกับอิเล็กตรอน ตำแหน่งสมดุล และแอมพลิจูดของการสั่นของนิวเคลียสในและคอนเดนเซอร์ เกี่ยวกับระบบพลังงาน ระดับและช่วงการเปลี่ยนภาพระหว่างกัน เกี่ยวกับการเปลี่ยนขอบเขต การกำหนดค่าเมื่อเปลี่ยนสภาพแวดล้อมหรือชิ้นส่วนแต่ละส่วน ฯลฯ

พร้อมกับงานสานสัมพันธ์ คุณสมบัติ in-inด้วยโครงสร้างที่ทันสมัย วิทยาศาสตร์กายภาพยังมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในปัญหาผกผันของการทำนายโครงสร้างของสารประกอบด้วยคุณสมบัติที่กำหนด

แหล่งข้อมูลที่สำคัญมากเกี่ยวกับลักษณะเฉพาะในการย่อยสลาย สภาพและลักษณะของสารเคมี การแปลงเป็นผลจากเคมีควอนตัม การคำนวณ ให้ระบบแนวคิดและแนวคิดซึ่งใช้ทางกายภาพเมื่อพิจารณาถึงพฤติกรรมของเคมี สารประกอบต่อท่าเรือ ระดับและเมื่อสร้างความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะเฉพาะที่ก่อตัวในและในตัวคุณของ in-va นี้ ขอบคุณผลลัพธ์ของเคมีควอนตัม การคำนวณ pov-stey เคมีพลังงานศักย์ ระบบต่างๆ และทดลอง โอกาส ปีที่ผ่านมาโดยเฉพาะอย่างยิ่งการพัฒนา ทางกายภาพ เข้ามาใกล้การศึกษาที่ครอบคลุมของเซนต์คอม ในสภาวะที่ตื่นเต้นและตื่นเต้นอย่างมาก ต่อการวิเคราะห์คุณสมบัติเชิงโครงสร้าง ในสถานะดังกล่าวและลักษณะเฉพาะของการรวมตัวของคุณสมบัติเหล่านี้ในพลวัตของสารเคมี การเปลี่ยนแปลง

ข้อจำกัดของเงื่อนไขปกติคืออนุญาตให้อธิบายสถานะสมดุลและกระบวนการที่ย้อนกลับได้เท่านั้น กระบวนการที่ย้อนกลับไม่ได้ที่แท้จริงคือหัวข้อของปัญหาที่เกิดขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 ศตวรรษที่ 20 . พื้นที่ของการศึกษาทางกายภาพนี้ไม่สมดุลมหภาค ระบบที่อัตราการเกิดขึ้นคงที่ในเครื่อง (ระบบดังกล่าวอยู่ใกล้จุดสมดุล) ทำให้เราสามารถพิจารณาระบบด้วยเคมี p-tions และการถ่ายโอนมวล (), ความร้อน, ไฟฟ้า ค่าใช้จ่าย ฯลฯ

ศึกษาการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ทันเวลา กล่าวคือ ความเร็วของสารเคมี p-tions กลไกของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ รวมถึงการพึ่งพาสารเคมี กระบวนการจากเงื่อนไขของการดำเนินการ เธอกำหนดรูปแบบการเปลี่ยนแปลงniya ขององค์ประกอบของระบบการเปลี่ยนแปลงในเวลาเผยให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างอัตราของสารเคมี p-tion และสภาวะภายนอก และยังศึกษาปัจจัยที่มีผลต่อความเร็วและทิศทางของสารเคมี อำเภอ

เคมีส่วนใหญ่ p-tions เป็นกระบวนการหลายขั้นตอนที่ซับซ้อน ซึ่งประกอบด้วยเคมีเบื้องต้นแต่ละชนิด การเปลี่ยนแปลง การขนส่ง และการถ่ายโอนพลังงาน ทฤษฎี เคมี จลนศาสตร์รวมถึงการศึกษากลไกของ p-tions เบื้องต้นและคำนวณกระบวนการดังกล่าวตามแนวคิดและอุปกรณ์ของคลาสสิก กลศาสตร์และทฤษฎีควอนตัมมีส่วนร่วมในการสร้างแบบจำลองของสารเคมีที่ซับซ้อน กระบวนการสร้างความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างของสารเคมี สารประกอบและปฏิกิริยาของพวกมัน ความสามารถ. การระบุจลนศาสตร์ รูปแบบสำหรับ p-tions ที่ซับซ้อน (จลนพลศาสตร์ทางการ) มักขึ้นอยู่กับเสื่อ และให้คุณทดสอบสมมติฐานเกี่ยวกับกลไกของ p-tions ที่ซับซ้อน รวมทั้งสร้างระบบของดิฟเฟอเรนเชียล ur-tions ที่อธิบายผลลัพธ์ของการดำเนินการตามกระบวนการที่แยกย่อย ต่อ เงื่อนไข.

สำหรับเคมีภัณฑ์ จลนพลศาสตร์เป็นลักษณะการใช้ทางกายภาพหลายอย่าง วิธีการวิจัยที่ทำให้สามารถกระตุ้นปฏิกิริยาเฉพาะของสารตั้งต้น ศึกษาการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว (สูงถึง femtosecond) เพื่อทำให้การลงทะเบียนของจลนศาสตร์เป็นไปโดยอัตโนมัติ ข้อมูลพร้อมการประมวลผลพร้อมกันบนคอมพิวเตอร์ ฯลฯ สะสมจลนศาสตร์อย่างเข้มข้น ข้อมูลผ่านจลนศาสตร์ , รวม สำหรับเคมี อำเภอในสภาวะที่รุนแรง

ส่วนที่สำคัญมากของร่างกาย สัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสารเคมี จลนศาสตร์เป็นหลักของ นั่นคือ การเปลี่ยนแปลงในความเร็วและทิศทางของสารเคมี อำเภอที่ รับสัมผัสเชื้อกับ (

เคมีกายภาพ

§ 1. วิชาเคมีกายภาพ ความหมายของมัน

§ 2 โครงร่างโดยย่อของประวัติความเป็นมาของการพัฒนาเคมีกายภาพ

การรับรู้ของเคมีกายภาพเป็นวิทยาศาสตร์อิสระและวินัยทางวิชาการได้แสดงออกในการก่อตั้งที่มหาวิทยาลัยไลพ์ซิก (ประเทศเยอรมนี) ในปี พ.ศ. 2430 ของภาควิชาเคมีกายภาพชุดแรกที่นำโดย W. Ostwald และเป็นรากฐานของวารสารทางวิทยาศาสตร์ฉบับแรกเกี่ยวกับกายภาพ เคมีที่นั่น ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 มหาวิทยาลัยไลพ์ซิกเป็นศูนย์กลางของการพัฒนาเคมีเชิงฟิสิกส์ และนักเคมีกายภาพชั้นนำ ได้แก่ W. Ostwald, J. H. Van't Hoff, S. Arrhenius และ W. Nernst มาถึงตอนนี้ มีการกำหนดสามส่วนหลักของเคมีกายภาพ - อุณหพลศาสตร์เคมี จลนพลศาสตร์เคมี และเคมีไฟฟ้า

สาขาวิชาที่สำคัญที่สุดของวิทยาศาสตร์ การพัฒนาซึ่งเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับความก้าวหน้าทางเทคนิค รวมถึงการศึกษากระบวนการทางเคมี เคมีกายภาพมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาปัญหานี้

§ 3 ส่วนของวิชาเคมีกายภาพ วิธีการวิจัย

บทที่ 1
กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์

§ 1. พลังงาน กฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงาน

คุณสมบัติที่สำคัญ (แอตทริบิวต์) ของสสารคือการเคลื่อนไหว มันทำลายไม่ได้เหมือนตัวมันเอง การเคลื่อนที่ของสสารแสดงออกในรูปแบบต่างๆ ซึ่งสามารถถ่ายทอดผ่านกันและกันได้ การวัดการเคลื่อนที่ของสสารคือ พลังงาน.ในเชิงปริมาณ พลังงานจะแสดงออกมาด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งผ่านลักษณะพารามิเตอร์ของรูปแบบการเคลื่อนไหวเฉพาะแต่ละรูปแบบ และในหน่วยเฉพาะของรูปแบบนี้

ในระบบ SI ของหน่วย หน่วยของพลังงาน (ความร้อนและงาน) คือ จูล ( เจ)เท่ากับแรงใน 1 ชมระหว่างทางไป1 เมตร 1 J = 1 นิวตันเมตร

หน่วยพลังงาน (ความร้อน) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย คือ แคลอรี่ ปัจจุบันเป็นหน่วยนอกระบบที่อนุญาตให้ใช้ แคลอรี่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ตามคำนิยาม เท่ากับจำนวนจูลที่กำหนด: 1 อุจจาระเท่ากับ 4.1868 จูล หน่วยนี้ใช้ในงานวิศวกรรมความร้อนและเรียกว่า แคลอรี่ความร้อนในอุณหพลศาสตร์เคมี ใช้หน่วยที่แตกต่างกันเล็กน้อย เท่ากับ 4.1840 จูล และเรียกว่า แคลอรี่เทอร์โมเคมีความได้เปรียบของการประยุกต์ใช้เกี่ยวข้องกับความสะดวกในการใช้วัสดุเทอร์โมเคมีทดลองที่ครอบคลุมซึ่งรวบรวมไว้ในหนังสืออ้างอิงและแสดงในหน่วยเหล่านี้

เมื่อรูปแบบหนึ่งของการเคลื่อนไหวถูกแปลงเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง พลังงานของการเคลื่อนไหวที่หายไปและปรากฏ ซึ่งแสดงเป็นหน่วยต่าง ๆ มีค่าเท่ากัน กล่าวคือ พลังงานของการเคลื่อนไหวที่หายไปนั้นอยู่ในความสัมพันธ์เชิงปริมาณคงที่กับพลังงานของ การเคลื่อนที่ที่เกิดขึ้น (กฎของการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เท่าเทียมกัน)อัตราส่วนนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับพลังงานของการเคลื่อนไหวทั้งสองรูปแบบและสภาวะเฉพาะภายใต้การเปลี่ยนแปลงจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่ง ดังนั้น เมื่อพลังงานของกระแสไฟฟ้าถูกแปลงเป็นพลังงานของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลที่วุ่นวาย พลังงานไฟฟ้าหนึ่งจูลจะเปลี่ยนเป็น 0.239 เสมอ อุจจาระพลังงานของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล

ดังนั้น พลังงานที่เป็นตัววัดการเคลื่อนที่ของสสารจะแสดงออกมาในรูปแบบดั้งเดิมในเชิงคุณภาพเสมอ ซึ่งสอดคล้องกับรูปแบบการเคลื่อนที่ที่กำหนด และแสดงออกมาในหน่วยการวัดที่เหมาะสม ในทางกลับกัน มันสะท้อนถึงความสามัคคีของการเคลื่อนไหวทุกรูปแบบในเชิงปริมาณ ความสามารถในการเปลี่ยนร่วมกันของพวกมัน และความไม่สามารถทำลายล้างของการเคลื่อนไหวได้

กฎของการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เท่าเทียมกันข้างต้นเป็นกฎการทดลองทางกายภาพ กฎของการเปลี่ยนแปลงพลังงานเทียบเท่าสามารถแสดงออกได้ต่างกัน กล่าวคือ ในรูป กฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงาน:พลังงานไม่ได้ถูกสร้างขึ้นหรือถูกทำลาย ในกระบวนการและปรากฏการณ์ทั้งหมด พลังงานทั้งหมดของทุกส่วนของระบบวัสดุที่แยกได้ซึ่งมีส่วนร่วมในกระบวนการนี้จะไม่เพิ่มขึ้นหรือลดลง โดยคงอยู่คงที่

กฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงานเป็นสากลในแง่ที่ว่าใช้ได้กับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในร่างกายขนาดใหญ่โดยพลการ ซึ่งเป็นตัวแทนของมวลรวมของโมเลกุลจำนวนมาก และปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของโมเลกุลหนึ่งหรือสองสามโมเลกุล

สำหรับรูปแบบการเคลื่อนที่ทางกลรูปแบบต่างๆ กฎการอนุรักษ์พลังงานได้แสดงออกมาในรูปแบบเชิงคุณภาพ (Descartes - 1640) และรูปแบบเชิงปริมาณ (Leibniz - 1697) มานานแล้ว

สำหรับการเปลี่ยนแปลงร่วมกันของความร้อนและการทำงาน (ดูด้านล่าง) กฎการอนุรักษ์พลังงานได้รับการพิสูจน์ว่าเป็นกฎหมายวิทยาศาสตร์ธรรมชาติโดยการศึกษาของ Yu. R. Mayer, G. Helmholtz และ D.P. Joule ซึ่งดำเนินการในวัยสี่สิบของ ศตวรรษที่สิบเก้า

การใช้กฎของการเปลี่ยนแปลงที่เท่าเทียมกัน เป็นไปได้ที่จะแสดงพลังงานของรูปแบบต่างๆ ของการเคลื่อนที่ในหน่วยที่มีลักษณะเฉพาะของพลังงานประเภทหนึ่ง (รูปแบบหนึ่งของการเคลื่อนที่) แล้วดำเนินการบวก ลบ ฯลฯ

§ 2 หัวเรื่อง วิธีการ และขีดจำกัดของอุณหพลศาสตร์

อุณหพลศาสตร์เป็นหนึ่งในสาขาหลักของฟิสิกส์เชิงทฤษฎี อุณหพลศาสตร์ศึกษากฎของการเปลี่ยนแปลงร่วมกันของพลังงานประเภทต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทพลังงานระหว่างวัตถุในรูปของความร้อนและการทำงานเทอร์โมไดนามิกส์มุ่งเน้นไปที่ความร้อนและการทำงานเป็นรูปแบบของการถ่ายเทพลังงานในกระบวนการต่างๆ กฎของอุณหพลศาสตร์

เมื่อกำหนดกฎเทอร์โมไดนามิกพื้นฐาน การเปลี่ยนแปลงพลังงาน (มักจะซับซ้อนมาก) ที่เกิดขึ้นภายในร่างกายมักจะไม่มีรายละเอียด ประเภทของพลังงานที่มีอยู่ในร่างกายในสถานะที่กำหนดนั้นไม่แตกต่างกันเช่นกัน ผลรวมของพลังงานประเภทนี้ทั้งหมดถือเป็นหนึ่งเดียว พลังงานภายในของระบบ .

สาระสำคัญของอุณหพลศาสตร์ที่ระบุไว้ข้างต้นกำหนดวิธีการและขอบเขตของวิทยาศาสตร์นี้ ความแตกต่างระหว่างความร้อนกับงานซึ่งถือเป็นจุดเริ่มต้นโดยอุณหพลศาสตร์และการต่อต้านของความร้อนต่อการทำงานนั้นสมเหตุสมผลสำหรับร่างกายที่ประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมากเท่านั้น เนื่องจากสำหรับหนึ่งโมเลกุลหรือสำหรับชุดของโมเลกุลจำนวนน้อย แนวคิดของ ความร้อนและงานสูญเสียความหมายไป ดังนั้น อุณหพลศาสตร์จึงพิจารณาเฉพาะวัตถุที่ประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมากที่เรียกว่า ระบบมหภาคนอกจากนี้ อุณหพลศาสตร์ในรูปแบบคลาสสิกไม่ได้คำนึงถึงพฤติกรรมและคุณสมบัติของโมเลกุลแต่ละตัว

วิธีการทางอุณหพลศาสตร์ยังมีลักษณะเฉพาะด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าวัตถุของการศึกษาคือวัตถุหรือกลุ่มของวัตถุที่แยกจากโลกวัตถุเป็น ระบบอุณหพลศาสตร์ (ซึ่งต่อไปนี้จะเรียกง่ายๆ ว่า ระบบ).

ระบบมีขอบเขตที่แยกออกจากโลกภายนอก (สิ่งแวดล้อม)

ระบบคือ เป็นเนื้อเดียวกัน , หากพารามิเตอร์แต่ละตัวมีค่าเท่ากันในทุกส่วนของระบบหรือเปลี่ยนจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่งอย่างต่อเนื่อง

ระบบคือ ต่างกัน , ถ้ามันประกอบด้วยหลายส่วน (ประกอบด้วยหลายโมเลกุล) แยกจากกันโดยส่วนต่อประสานที่มองเห็นได้ บนพื้นผิวเหล่านี้ พารามิเตอร์บางอย่างเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน ตัวอย่างเช่นเป็นระบบ "เกลือแข็ง - สารละลายเกลืออิ่มตัว - ไอน้ำอิ่มตัว" ที่นี่ที่ขอบเขตของเกลือ - สารละลายและสารละลาย - ไอระเหยองค์ประกอบและความหนาแน่นเปลี่ยนไปอย่างกะทันหัน

ส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของระบบซึ่งแยกออกจากส่วนอื่น ๆ ด้วยส่วนต่อประสานที่มองเห็นได้เรียกว่า ขั้นตอน . ในกรณีนี้ ชุดของชิ้นส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันแต่ละส่วนของระบบที่มีคุณสมบัติทางกายภาพและทางอุณหพลศาสตร์เหมือนกันจะถือเป็นเฟสเดียว (เช่น ชุดของผลึกของสารหนึ่งตัวหรือชุดของหยดของเหลวที่ลอยอยู่ในก๊าซและกลายเป็นหมอก ). แต่ละเฟสของระบบมีลักษณะเป็นสมการสถานะของตัวเอง

ระบบที่ไม่สามารถแลกเปลี่ยนสสารและพลังงานกับสิ่งแวดล้อมได้ (ในรูปของความร้อนหรืองาน) เรียกว่า โดดเดี่ยว .

ระบบที่สามารถแลกเปลี่ยนสสารและพลังงานกับสิ่งแวดล้อม (ในรูปของความร้อนหรืองาน) เรียกว่า เปิด.

ระบบที่แลกเปลี่ยนสสารกับสิ่งแวดล้อมไม่ได้ แต่แลกเปลี่ยนพลังงานได้ (ในรูปของความร้อนหรืองาน) เรียกว่า ปิด .

อุณหพลศาสตร์ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติที่สามารถวัดได้ของระบบวัสดุโดยรวมและส่วนมหภาค (เฟส) เช่น อุณหภูมิ ความดัน มวล ความหนาแน่น และองค์ประกอบทางเคมีของเฟสที่รวมอยู่ในระบบ และคุณสมบัติอื่นๆ ด้วยเช่นกัน เป็นความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเหล่านี้

ชุดของคุณสมบัติที่ศึกษาโดยอุณหพลศาสตร์ (ที่เรียกว่า พารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ของระบบ) กำหนด สถานะทางอุณหพลศาสตร์ของระบบการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ (แม้ว่าจะมีเพียงคุณสมบัติเดียว) นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในสถานะทางอุณหพลศาสตร์ของระบบ

กระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นในธรรมชาติสามารถแบ่งออกเป็นที่เกิดขึ้นเอง (ธรรมชาติ) และไม่เกิดขึ้นเอง

กระบวนการที่เกิดขึ้นเองเหล่านี้เป็นกระบวนการที่ไม่ต้องการพลังงานจากภายนอก ตัวอย่างเช่น การถ่ายเทความร้อนจากร่างกายที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นไปยังร่างกายที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า การละลายของเกลือในน้ำ ฯลฯ ดำเนินการเอง

กระบวนการที่ไม่เกิดขึ้นเองต้องการพลังงานจากภายนอกในการไหล เช่น การแยกอากาศเป็นไนโตรเจนและออกซิเจน

ในอุณหพลศาสตร์ สภาวะดังกล่าวส่วนใหญ่ของระบบได้รับการพิจารณาโดยที่พารามิเตอร์ (อุณหภูมิ ความดัน ศักย์ไฟฟ้าสถิต ฯลฯ) จะไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลาและมีค่าเท่ากันในทุกจุดในปริมาตรของแต่ละเฟส สถานะดังกล่าวเรียกว่า สมดุล

หนึ่งในสัจพจน์พื้นฐานของอุณหพลศาสตร์คือคำกล่าวที่ว่า กระบวนการที่เกิดขึ้นเองในท้ายที่สุดจะนำระบบที่แยกออกมาสู่สภาวะสมดุล เมื่อคุณสมบัติของระบบจะไม่เปลี่ยนแปลงอีกต่อไป กล่าวคือ สมดุลจะถูกสร้างขึ้นในระบบ

สถานะที่โดดเด่นด้วยการกระจายอุณหภูมิ ความดัน และองค์ประกอบภายในเฟสไม่สม่ำเสมอและแปรผันตามเวลาคือ ความไม่สมดุล. พวกเขาได้รับการพิจารณาโดยอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการที่ไม่สมดุล (กลับไม่ได้) ซึ่งนอกเหนือจากกฎทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานแล้วยังมีการใช้สมมติฐานเพิ่มเติม

อุณหพลศาสตร์ที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของกฎพื้นฐานของอุณหพลศาสตร์ซึ่งถือเป็นลักษณะทั่วไปของประสบการณ์มักเรียกว่า คลาสสิกหรือ อุณหพลศาสตร์เชิงปรากฏการณ์อุณหพลศาสตร์เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับทฤษฎีเครื่องยนต์ความร้อน ส่วนนี้เรียกว่า อุณหพลศาสตร์ทางเทคนิคการศึกษากระบวนการทางเคมีจากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์มีส่วนร่วม อุณหพลศาสตร์เคมี,ซึ่งเป็นหนึ่งในสาขาหลักของเคมีกายภาพ

§ 3 ความร้อนและการทำงาน

กลุ่มที่สองประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงรูปแบบต่างๆ ของการเคลื่อนไหว ซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปของการเคลื่อนที่ของมวลมหภาคภายใต้การกระทำของแรงภายนอกใดๆ ที่มีลักษณะกำกับ นั่นคือการเพิ่มขึ้นของวัตถุในสนามโน้มถ่วง การเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าจำนวนหนึ่งจากศักย์ไฟฟ้าที่ใหญ่กว่าเป็นศักย์ไฟฟ้าที่เล็กกว่า การขยายตัวของก๊าซภายใต้ความกดดัน ฯลฯ การวัดทั่วไปของการเคลื่อนไหวที่ส่งโดยวิธีการดังกล่าวคือ ทำงาน .

§ 4. ความเท่าเทียมกันของความร้อนและการทำงาน

อัตราส่วนที่เท่ากันคงที่ระหว่างความร้อนกับงานระหว่างการเปลี่ยนผ่านร่วมกันได้ถูกกำหนดขึ้นในการทดลองคลาสสิกของ D.P. Joule (1842-1867) การทดสอบจูลทั่วไปมีดังนี้

อุปกรณ์จูลสำหรับกำหนดความเทียบเท่าทางกลของความร้อน

น้ำหนักที่ตกลงมาจากความสูงที่ทราบจะหมุนเครื่องกวนที่แช่อยู่ในน้ำในเครื่องวัดปริมาณความร้อน (น้ำหนักและเครื่องวัดปริมาณความร้อนกับน้ำถือเป็นระบบทางอุณหพลศาสตร์) การหมุนของใบมีดกวนในน้ำทำให้น้ำในเครื่องวัดความร้อนร้อนขึ้น อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่สอดคล้องกันจะถูกวัดปริมาณ

หลังจากกระบวนการที่ระบุเสร็จสิ้นแล้ว ระบบจะต้องเข้าสู่สถานะเดิม สิ่งนี้สามารถทำได้ผ่านประสบการณ์ทางจิต น้ำหนักเพิ่มขึ้นถึงความสูงเดิม ในขณะที่งานภายนอกใช้ไป ซึ่งทำให้ระบบมีพลังงานเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ ความร้อนจะถูกลบออกจากเครื่องวัดความร้อน (ถ่ายโอนไปยังสิ่งแวดล้อม) โดยการทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเริ่มต้น การดำเนินการเหล่านี้จะทำให้ระบบกลับสู่สถานะเดิม กล่าวคือ คุณสมบัติที่วัดได้ทั้งหมดของระบบจะได้รับค่าเดียวกันกับที่มีในสถานะเริ่มต้น กระบวนการในระหว่างที่คุณสมบัติของระบบเปลี่ยนไปและเมื่อสิ้นสุดการกลับสู่สถานะเดิมเรียกว่า กระบวนการแบบวงกลม (วงจร) หรือ วงจร .

ผลลัพธ์เดียวของวัฏจักรที่อธิบายไว้คือการกำจัดงานออกจากสภาพแวดล้อมรอบ ๆ ระบบ และการถ่ายเทความร้อนที่ถ่ายจากแคลอรีมิเตอร์ไปยังสภาพแวดล้อมนี้

การเปรียบเทียบปริมาณทั้งสองนี้ ซึ่งวัดในหน่วยที่สอดคล้องกัน แสดงความสัมพันธ์คงที่ระหว่างปริมาณทั้งสอง โดยไม่ขึ้นกับขนาดของโหลด ขนาดของแคลอริมิเตอร์ และปริมาณความร้อนจำเพาะและการทำงานในการทดลองต่างๆ

ขอแนะนำให้เขียนความร้อนและทำงานเป็นวงจรเป็นผลรวม (อินทิกรัล) ของความร้อนขนาดเล็ก (ระดับประถมศึกษา) ที่ไม่มีที่สิ้นสุด  Qและงานเล็กๆ (ระดับประถมศึกษา)  Wและขีดจำกัดเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของการรวมเข้าด้วยกัน (รอบ)

จากนั้นสมการของความร้อนและการทำงานในวงจรสามารถเขียนได้ดังนี้

(ฉัน 1)

ในสมการ (I, 1) เครื่องหมาย หมายถึงการรวมเข้าด้วยกันเป็นรอบ ค่าคงที่สัมประสิทธิ์ k สะท้อนให้เห็นถึงความเท่าเทียมกันของความร้อนและการทำงาน ( kมีค่าเท่ากันทางกลของความร้อน) สมการ (I, 1) เป็นการแสดงออกถึงกฎการอนุรักษ์พลังงานสำหรับกรณีเฉพาะที่สำคัญมากของการเปลี่ยนงานเป็นความร้อน

ในการศึกษาของ Joule, Rowland (1880), Miculescu (1892) และอื่น ๆ วิธีการเสียดสีในโลหะ, การกระแทก, การแปลงโดยตรงของการทำงานของกระแสไฟฟ้าเป็นความร้อน, การยืดของแข็ง ฯลฯ ถูกนำมาใช้ k คงที่ภายในข้อผิดพลาดในการทดลองเสมอ

ต่อไปนี้จะถือว่างานและความร้อนด้วยความช่วยเหลือของสัมประสิทธิ์ kแสดงในหน่วยเดียวกัน (ไม่ว่าอะไรก็ตาม) และสัมประสิทธิ์ kลงไป

§ 5. พลังงานภายใน

≠

เนื่องจากโดยทั่วไปขีดจำกัดของการรวมเข้าด้วยกันนั้นไม่แน่นอน ดังนั้นสำหรับปริมาณเบื้องต้น  W และ  Q:

Q   W,

เพราะเหตุนี้:

Q – W  0

บ่งบอกถึงความแตกต่าง  Q –  Wสำหรับกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์เบื้องต้นผ่าน ตู่:

ตู่   Q – W (ฉัน 2)

หรือสำหรับขั้นตอนสุดท้าย:

–
(ฉัน 2a)

กลับไปที่กระบวนการวงกลม เราได้รับ (จากสมการ I, 1):

=
–
= 0 (ฉัน 3)

ดังนั้น ค่า ตู่ คือผลต่างทั้งหมดของฟังก์ชันสถานะระบบบางอย่าง เมื่อระบบกลับสู่สถานะเดิม (หลังจากการเปลี่ยนแปลงแบบวนซ้ำ) ค่าของฟังก์ชันนี้จะได้รับค่าเดิม

ฟังก์ชันสถานะของระบบยู , กำหนดโดยความเท่าเทียมกัน (ฉัน, 2) หรือ (ฉัน, 2a) เรียกว่ากำลังภายใน ระบบ .

เห็นได้ชัดว่านิพจน์ (I, 2a) สามารถเขียนได้ดังนี้:

= ยู 2 – ยู 1 = ∆ ยู = – (ฉัน 2b)

ยู 2 – ยู 1 = ∆U = Q – W

กล่าวคือ พลังงานภายในของระบบ เป็นฟังก์ชันค่าเดียว ต่อเนื่อง และจำกัดของสถานะของระบบ

หลักสูตรขั้นสูง ทางกายภาพ เคมีสอบครั้งที่ 6 ก่อนเชี่ยวชาญวินัย "ขั้นสูง ทางกายภาพ เคมี"น่าจะ...โดย ทางกายภาพ เคมี. / เรียบเรียงโดย V.V. Budanova, N.K. โวโรเบียฟ – ล.: เคมี, 2529. - 352 น. งานปฏิบัติบน ทางกายภาพ เคมี ...

โปรแกรมการทำงานในสาขาวิชา: "เคมีอินทรีย์และกายภาพ" สำหรับวิชาเฉพาะทาง 060601 ชีวเคมีทางการแพทย์, รหัสวุฒิการศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา (ผู้เชี่ยวชาญ 65 คน) รูปแบบการศึกษา (เต็มเวลา)

โปรแกรมการทำงาน

ในธรรมเทศนา ในห้องสมุด ๑ อินทรีย์และ ทางกายภาพ เคมี(โดยธรรมชาติ เคมี, ส่วนที่ 1) V.A. Startseva, L.E. Nikitina, N.P. ...ในธรรมเทศนา ในห้องสมุด ๑ อินทรีย์และ ทางกายภาพ เคมี(โดยธรรมชาติ เคมี, ส่วนที่ 1) V.A. Startseva, L.E. Nikitina, N.P. ...

สอบครั้งที่ 2 วิชาเคมีกายภาพ

เอกสาร

ทดสอบลำดับที่ 2 โดย ทางกายภาพ เคมีตัวเลือกที่ 2 อุณหภูมิเท่าไหร่ .... สอบครั้งที่ 2 ออน ทางกายภาพ เคมีตัวเลือก 3 รายการปริมาณทางกายภาพและเคมี ... การตรวจสอบครั้งที่ 2 บน ทางกายภาพ เคมีตัวเลือก 12 อิเล็กโทรดกำหนด ...

คู่มือระเบียบปฏิบัติสำหรับห้องปฏิบัติการครั้งที่ 4 ในหลักสูตรเคมีกายภาพสำหรับนักศึกษาเต็มเวลาของคณะเทคโนโลยีเคมีและคณะวิทยาศาสตร์วัสดุก่อสร้าง

ชุดเครื่องมือ

ค่าคงที่สมดุล ทางกายภาพ เคมีมักจะมีงานห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับ ... p. 3. Petrov N.A. , Cherepanov V.A. Yermishina Yu.A. Workshop on ทางกายภาพ เคมี. ชุดเครื่องมือ เยคาเตรินเบิร์ก: สำนักพิมพ์...

โปรแกรมสอบเข้าภาคพิเศษ 02. 00. 04 "ฟิสิกส์เคมี"

โปรแกรม

สมดุล // ม.: โลหะวิทยา.-1988.-560s. ดี ทางกายภาพ เคมี/ ฉันและ. Gerasimov, V.P. เดรวิง อี.ไอ. Ermin และคนอื่นๆ: ต่ำกว่า ... .- 1980.- 180s. Gorshkov B.I. , Kuznetsov I.A. / พื้นฐาน ทางกายภาพ เคมี. ฉบับที่ 2 // M.: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยมอสโก...

ระบบอุณหพลศาสตร์- ร่างกายหรือกลุ่มของร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์ทางจิตใจหรือแยกออกจากสิ่งแวดล้อมอย่างแท้จริง

ระบบที่เป็นเนื้อเดียวกัน- ระบบภายในที่ไม่มีพื้นผิวแยกส่วนต่าง ๆ ของระบบ (เฟส) ที่มีคุณสมบัติต่างกัน

ระบบที่แตกต่างกัน- ระบบภายในที่มีพื้นผิวที่แยกส่วนต่าง ๆ ของระบบที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันออกไป

เฟส- ชุดของชิ้นส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของระบบต่างกันที่เหมือนกันทั้งทางกายภาพและ คุณสมบัติทางเคมีแยกออกจากส่วนอื่น ๆ ของระบบด้วยอินเทอร์เฟซที่มองเห็นได้

ระบบแยกระบบที่ไม่แลกเปลี่ยนสสารหรือพลังงานกับสิ่งแวดล้อม

ระบบปิด- ระบบแลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งแวดล้อมแต่ไม่แลกเปลี่ยนสสาร

ระบบเปิด- ระบบที่แลกเปลี่ยนทั้งสสารและพลังงานกับสิ่งแวดล้อม

ตัวเลือกของรัฐคือปริมาณที่แสดงถึงคุณสมบัติระดับมหภาคของระบบที่อยู่ระหว่างการพิจารณา

กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์– การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสถานะทางอุณหพลศาสตร์ของระบบ (เปลี่ยนแปลงอย่างน้อยหนึ่งพารามิเตอร์สถานะ)

กระบวนการย้อนกลับ- กระบวนการที่ช่วยให้ระบบกลับสู่สถานะเดิมโดยไม่ทิ้งการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสภาพแวดล้อม

กระบวนการสมดุล- กระบวนการที่ระบบผ่านชุดสถานะต่อเนื่องซึ่งใกล้เคียงกับสภาวะสมดุลอย่างไม่สิ้นสุด ลักษณะเฉพาะของกระบวนการสมดุล:

1) ความแตกต่างเล็ก ๆ น้อย ๆ ระหว่างกองกำลังกระทำการและฝ่ายตรงข้าม: เฟ็กซ์-ฟิน > 0;

2) ประสิทธิภาพของระบบในกระบวนการทำงานสูงสุดโดยตรง | W| = สูงสุด;

3) การไหลช้าอย่างไม่สิ้นสุดของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับความแตกต่างเล็ก ๆ น้อย ๆ ในแรงกระทำและสถานะระดับกลางจำนวนมากอย่างไม่สิ้นสุด t > ?.

กระบวนการที่เกิดขึ้นเอง- กระบวนการที่สามารถดำเนินการได้โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายของงานจากภายนอกและเป็นผลให้สามารถได้งานในจำนวนที่เป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงในสถานะของระบบที่เกิดขึ้น กระบวนการที่เกิดขึ้นเองสามารถเกิดขึ้นได้ ย้อนกลับได้หรือ กลับไม่ได้

กระบวนการที่ไม่เกิดขึ้นเอง- กระบวนการ การไหลซึ่งต้องใช้ต้นทุนของงานจากภายนอกเป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงในสถานะของระบบ

พลังงานเป็นการวัดความสามารถของระบบในการทำงาน การวัดเชิงคุณภาพทั่วไปของการเคลื่อนไหวและปฏิสัมพันธ์ของสสาร พลังงานเป็นคุณสมบัติโดยธรรมชาติของสสาร แยกแยะ พลังงานศักย์เนื่องจากตำแหน่งของร่างกายในสนามของกองกำลังบางอย่างและ พลังงานจลน์เกิดจากการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของร่างกายในอวกาศ

พลังงานภายในของระบบ ยู คือผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของอนุภาคทั้งหมดที่ประกอบเป็นระบบ นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดพลังงานภายในของระบบเป็นพลังงานรวมลบด้วยพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของระบบโดยรวม [ ยู]= เจ

ความร้อน Q - รูปแบบของการถ่ายโอนพลังงานผ่านการเคลื่อนไหวของโมเลกุลที่ไม่เป็นระเบียบผ่านการชนกันของโมเลกุลของวัตถุสองวัตถุที่อยู่ติดกันอย่างวุ่นวายนั่นคือผ่านการนำความร้อน (และในเวลาเดียวกันผ่านการแผ่รังสี) ถาม > 0 หากระบบได้รับความร้อนจากสิ่งแวดล้อม [ Q]= เจ

ทำงาน W - รูปแบบของการถ่ายโอนพลังงานโดยการเคลื่อนที่ของอนุภาคตามคำสั่ง (มวลมหภาค) ภายใต้การกระทำของแรงใดๆ W > 0 ถ้า สิ่งแวดล้อมทำงานบนระบบ [W] = เจ

งานทั้งหมดแบ่งออกเป็น งานกลของการขยายตัว (หรือการหดตัว)และงานประเภทอื่นๆ (งานที่มีประโยชน์): ? W = -pdV + ?W?.

สถานะมาตรฐานของของแข็งและของเหลวเป็นสถานะคงตัวของสารบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิที่กำหนดภายใต้ความกดดัน พี = 1 ตู้เอทีเอ็ม

ก๊าซบริสุทธิ์สถานะมาตรฐาน- สถานะของก๊าซ เป็นไปตามสมการสถานะของก๊าซในอุดมคติที่ความดัน 1 atm

ค่ามาตรฐาน– ปริมาณที่กำหนดสำหรับสารในสถานะมาตรฐาน (แสดงด้วยตัวยก 0)

1.1. กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

พลังงานเป็นสิ่งที่ทำลายไม่ได้และไม่ได้สร้างขึ้น มันสามารถเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปอีกแบบในสัดส่วนที่เท่ากันเท่านั้น

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์เป็นสมมุติฐาน - ไม่สามารถพิสูจน์ตามตรรกะหรืออนุมานได้อีกต่อไป บทบัญญัติทั่วไป.

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างความร้อน ถามงาน Wและการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบ? ยู.

ระบบแยก

พลังงานภายในของระบบที่แยกออกมาจะคงที่

ยู= const หรือ dU= 0

ระบบปิด

การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบปิดเกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนที่ส่งไปยังระบบและ/หรืองานที่ทำในระบบ

?U=Q+Wหรือ ดยู=?ถาม+? W

ระบบเปิด

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในของระบบเปิดเกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนที่ส่งไปยังระบบและ/หรืองานที่ทำบนระบบ ตลอดจนจากการเปลี่ยนแปลงมวลของระบบ

?U = Q + W + ?U mหรือ ดยู=?ถาม+? W+ ผม?ยู ผม dn ผม

พลังงานภายในเป็นหน้าที่ของรัฐ นี้หมายความว่าการเปลี่ยนแปลงในพลังงานภายใน? ยูไม่ขึ้นอยู่กับเส้นทางของระบบการเปลี่ยนจากสถานะ 1 เป็นสถานะ 2 และเท่ากับความแตกต่างระหว่างค่าพลังงานภายใน ยู2และ U 1ในรัฐเหล่านี้:

?U \u003d คุณ 2 - คุณ 1

สำหรับบางกระบวนการ:

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

1.2. การประยุกต์ใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์กับระบบปิดที่มีองค์ประกอบเดียวที่เป็นเนื้อเดียวกัน

กระบวนการไอโซคอริก (วี = คอนสแตนท์; ?V = 0)

ในกรณีที่ง่ายที่สุด จะไม่มีงานที่เป็นประโยชน์เกิดขึ้น

ดยู=?ถาม+? ว=?ถาม- pdV dU = ?Q v = C V dT = nC V dT

ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ระบบได้รับจะไปเปลี่ยนพลังงานภายใน

– ความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่กล่าวคือ ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของระบบขึ้นหนึ่งองศาที่ปริมาตรคงที่ [ ประวัติย่อ] = เจ / องศา

ประวัติย่อคือความจุความร้อนโมลาร์ที่ปริมาตรคงที่ J/(โมล? องศา) สำหรับ ก๊าซในอุดมคติ:

C V = 2 / 3 Rเป็นก๊าซโมโนโทมิก

C V = 5 / 2 Rเป็นก๊าซไดอะตอมมิก

กระบวนการไอโซบาริก (ร = const) ดยู=?ถาม+? W = ?Q – pdV ?Q p = dU + pdV = d(U + pV) = dH

H \u003d U + pV - เอนทาลปีเป็นฟังก์ชันสถานะของระบบ

?N = ?(?ผม คุณ ผม)ผลิตภัณฑ์ - ?(?ผม ยู ผม)อ้างอิง

?Q p = dU + pdV =dH = C p dT –ผลกระทบทางความร้อนของกระบวนการไอโซบาริกเท่ากับการเปลี่ยนแปลงในเอนทาลปีของระบบ

– ความจุความร้อนที่ความดันคงที่ [จาก] = เจ/องศา

ซีพีคือความจุความร้อนกรามที่ความดันคงที่ J/(โมล? องศา)

สำหรับก๊าซในอุดมคติ: C p = C V + R; C p, C V =[J/(โมล K)].

ผลทางความร้อน (ความร้อน) ของปฏิกิริยาเคมี- ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับระหว่างปฏิกิริยาที่อุณหภูมิคงที่

Qv = ?ยูวี Qp = ?ขึ้น การพึ่งพาผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาต่ออุณหภูมิ กฎของเคอร์ชอฟฟ์

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีเท่ากับการเปลี่ยนแปลงความจุความร้อนของระบบระหว่างปฏิกิริยา

กฎของเคอร์ชอฟฟ์:

สำหรับกระบวนการทางเคมี การเปลี่ยนแปลงความจุความร้อนเกิดจากการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของระบบ:

?C p= ?(?i C p,i) prod – ?(?i C p,i) อ้างอิงหรือ? ซี วี =?(?i C V,i) prod – ?(?i C V,i) อ้างอิง

รูปแบบปริพันธ์ของกฎของ Kirchhoff:

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

1.3. กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ เอนโทรปี

1) ความร้อนไม่สามารถถ่ายเทจากร่างกายที่มีความร้อนน้อยกว่าไปเป็นความร้อนที่มากกว่าได้เองตามธรรมชาติ

2) กระบวนการเป็นไปไม่ได้ ผลลัพธ์เดียวคือการแปลงความร้อนเป็นงาน

3) มีฟังก์ชันสถานะของระบบที่เรียกว่า เอนโทรปีการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับความร้อนดูดกลืนและอุณหภูมิของระบบดังนี้

ในกระบวนการที่ไม่สมดุล

ในกระบวนการสมดุล

S คือเอนโทรปีเจ / องศา

คือความร้อนที่ลดลง

การตีความทางสถิติของเอนโทรปี

แต่ละสถานะของระบบถูกกำหนด ความน่าจะเป็นทางอุณหพลศาสตร์(กำหนดเป็นจำนวนของไมโครสเตทที่ประกอบเป็นมาโครสเตตของระบบ) ยิ่งสถานะนี้มีความผิดปกติหรือไม่แน่นอนมากขึ้น เอนโทรปีเป็นฟังก์ชันของรัฐที่อธิบายระดับของความผิดปกติในระบบ

S=k ln Wคือสูตรของโบลต์ซมันน์

ระบบมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนไปเป็นสถานะที่มีความน่าจะเป็นทางอุณหพลศาสตร์สูงสุดโดยธรรมชาติ

การคำนวณเอนโทรปีแอบโซลูท

การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีในระหว่างกระบวนการทางเคมีนั้นพิจารณาจากชนิดและสถานะของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาเท่านั้นและไม่ขึ้นอยู่กับเส้นทางของปฏิกิริยา:

?S = ?(?ผม S ผม)ผลิตภัณฑ์ - ?(?iSi)อ้างอิง

ค่าเอนโทรปีสัมบูรณ์ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานมีอยู่ในเอกสารอ้างอิง

1.4. ศักยภาพทางอุณหพลศาสตร์

ศักยภาพคือค่าที่ลดลงเป็นตัวกำหนดงานที่ทำโดยระบบ

เฉพาะกระบวนการที่นำไปสู่การลดพลังงานอิสระของระบบเท่านั้นที่สามารถดำเนินการได้เองตามธรรมชาติ ระบบจะเข้าสู่สภาวะสมดุลเมื่อพลังงานอิสระถึงค่าต่ำสุด

F = U – TS – พลังงานอิสระของเฮล์มโฮลทซ์ – ศักยภาพไอโซโคริก-ไอโซเทอร์มอล(J) - กำหนดทิศทางและขีด จำกัด ของการไหลที่เกิดขึ้นเองของกระบวนการในระบบปิดภายใต้สภาวะ isochoric-isothermal

dF = dU – TdSหรือ? F = ?U - T?S

G = H – TS = U + pV – TS – พลังงานกิ๊บส์ฟรี – ศักยภาพไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอล(J) - กำหนดทิศทางและขีด จำกัด ของการไหลที่เกิดขึ้นเองของกระบวนการในระบบปิดภายใต้สภาวะไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอล

dG = dH – TdSหรือ? G = ?H - T?S ?G= ?(?ผมจีผม)ผลิตภัณฑ์ - ?(?ผมจีผม)อ้างอิง ?G0 = ?(?ฉัน?G arr 0)ผลิตภัณฑ์ - ?(?ฉัน?G arr 0)อ้างอิง เงื่อนไขสำหรับกระบวนการที่เกิดขึ้นเองในระบบปิด

ไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอล (P =คอนสตรัค, ท =คอนสแตนท์):

?G< 0, dG < 0

ไอโซคอริก-ไอโซเทอร์มอล (V =คอนสตรัค, ท =คอนสแตนท์):

?F< 0, dF< 0

สมดุลทางอุณหพลศาสตร์สภาวะทางอุณหพลศาสตร์ของระบบที่มีพลังงานอิสระน้อยที่สุดเรียกว่าซึ่งภายใต้สภาวะภายนอกคงที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลาและความแปรปรวนนี้ไม่ได้เกิดจากกระบวนการภายนอกใด ๆ

สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ในระบบปิด

ไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอล (P =คอนสตรัค, ท =คอนสแตนท์):

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

ไอโซคอริก-ไอโซเทอร์มอล (V =คอนสตรัค, ท =คอนสแตนท์):

?F=0, dF = 0, d 2 F >0 สมการไอโซเทอร์มของปฏิกิริยาเคมี:

สำหรับปฏิกิริยา วี 1 A 1 + v 2 A 2+ … = วี? 1 B 1 + วี? 2 ข 2 + …

ที่นี่ ซี ไอ พี ไอ- ความเข้มข้น ความดันของสารที่ทำปฏิกิริยา ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง ต่างจากสภาวะสมดุล

อิทธิพลของสภาวะภายนอกต่อสมดุลเคมี

หลักการเปลี่ยนแปลงสมดุล Le Chatelier-Brown

หากมีอิทธิพลภายนอกต่อระบบที่อยู่ในสภาวะสมดุลที่แท้จริง กระบวนการที่เกิดขึ้นเองในระบบจะชดเชยผลกระทบนี้

ผลกระทบของอุณหภูมิต่อตำแหน่งสมดุล

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

ปฏิกิริยาดูดความร้อน: ?H° > 0 (?U°> 0). อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มค่าคงที่สมดุล (เลื่อนสมดุลไปทางขวา)

2. สมดุลของเฟส

ส่วนประกอบ- ส่วนประกอบที่เป็นเนื้อเดียวกันทางเคมีของระบบ ซึ่งสามารถแยกออกจากระบบและมีอยู่ภายนอกระบบ จำนวนส่วนประกอบอิสระของระบบเท่ากับจำนวนของส่วนประกอบลบด้วยจำนวนของปฏิกิริยาเคมีที่เป็นไปได้ระหว่างส่วนประกอบเหล่านั้น

จำนวนองศาอิสระคือจำนวนพารามิเตอร์สถานะของระบบที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้พร้อมกันตามอำเภอใจภายในขอบเขตที่กำหนดโดยไม่ต้องเปลี่ยนจำนวนและลักษณะของเฟสในระบบ

กฎเฟสเจ. กิ๊บส์:

จำนวนองศาอิสระของระบบอุณหพลศาสตร์สมดุล C เท่ากับจำนวนส่วนประกอบอิสระของระบบ K ลบด้วยจำนวนเฟส Ф บวกกับจำนวนปัจจัยภายนอกที่ส่งผลต่อสมดุล: C \u003d K - F + n.

สำหรับระบบที่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอกเท่านั้น อุณหภูมิและความดันสามารถเขียนได้: C \u003d K - F+ 2.

หลักการต่อเนื่อง- ด้วยการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในพารามิเตอร์ของรัฐ คุณสมบัติทั้งหมดของแต่ละเฟสก็เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องเช่นกัน คุณสมบัติของระบบโดยรวมจะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องจนกระทั่งจำนวนหรือลักษณะของเฟสในระบบเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของระบบอย่างกะทันหัน

ตาม หลักการความสอดคล้องบนไดอะแกรมสถานะของระบบ แต่ละเฟสสอดคล้องกับส่วนหนึ่งของระนาบ - สนามของเฟส เส้นตัดของระนาบสอดคล้องกับสมดุลระหว่างสองเฟส จุดใดๆ บนแผนภาพสถานะ (สิ่งที่เรียกว่า จุดที่เป็นรูปเป็นร่าง)สอดคล้องกับสถานะบางอย่างของระบบที่มีค่าบางอย่างของพารามิเตอร์สถานะ

2.1. แผนภาพสถานะน้ำ

เค = 1. สมดุลสามเฟสเป็นไปได้ในระบบ: ระหว่างของเหลวและก๊าซ (สาย OA) ของแข็งและก๊าซ (สาย OB) ของแข็งและของเหลว (สาย OC) เส้นโค้งทั้งสามมีจุดตัด O เรียกว่า น้ำสามจุด,– สอดคล้องกับความสมดุลระหว่างสามขั้นตอนและ C = 0; สามขั้นตอนสามารถอยู่ในภาวะสมดุลได้เฉพาะค่าอุณหภูมิและความดันที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด (สำหรับน้ำจุดสามจุดสอดคล้องกับสถานะด้วย พี = 6.1 kPa และ ท = 273.16 เค).

ภายในแต่ละพื้นที่ของไดอะแกรม (AOB, BOC, AOC) ระบบเป็นแบบเฟสเดียว C = 2 (ระบบเป็นตัวแปร)

ในแต่ละบรรทัด จำนวนเฟสในระบบคือสอง และตามกฎของเฟส ระบบจะเป็นตัวแปรเดียว: C \u003d 1 - 2 + 2 \u003d 1 นั่นคือ มีค่าความดันเพียงค่าเดียวสำหรับ แต่ละค่าอุณหภูมิ

ผลกระทบของความดันต่ออุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสอธิบายโดย สมการของคลอเซียส-แคลเปรอง:

V2, V1คือการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรโมลของสารในระหว่างการเปลี่ยนเฟส

เส้นโค้งสมดุล แข็ง- ของเหลว "บนไดอะแกรมสถานะของน้ำเอียงไปทางซ้ายและบนไดอะแกรมสถานะของสารอื่น ๆ - ไปทางขวาเพราะความหนาแน่นของน้ำมากกว่าความหนาแน่นของน้ำแข็งเช่น การละลายจะมาพร้อมกับปริมาตรที่ลดลง (AV< 0). ในกรณีนี้ ความดันที่เพิ่มขึ้นจะลดอุณหภูมิของการเปลี่ยนเฟส "ของแข็ง - ของเหลว" (น้ำ - สารผิดปกติ)สำหรับสารอื่น ๆ ทั้งหมด (ที่เรียกว่า. สารปกติ) ?V pl> 0 และตามสมการของ Clausius-Clapeyron ความดันที่เพิ่มขึ้นจะทำให้อุณหภูมิหลอมเหลวเพิ่มขึ้น

3. คุณสมบัติของโซลูชั่น

3.1. อุณหพลศาสตร์ของการแก้ปัญหา

วิธีการแก้- ระบบที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบตั้งแต่สององค์ประกอบขึ้นไป ซึ่งองค์ประกอบสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างต่อเนื่องภายในขอบเขตที่แน่นอนโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติอย่างกะทันหัน

การแพร่กระจายในสารละลาย

การแพร่กระจาย- กระบวนการโดยธรรมชาติของการปรับระดับความเข้มข้นของสารในสารละลายเนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลหรืออะตอม

กฎของฟิค:ปริมาณของสารที่แพร่กระจายต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นที่ผิวของหน่วยเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับความเข้มข้น:

ที่ไหน เจคือฟลักซ์การแพร่ ดีคือสัมประสิทธิ์การแพร่

สมการ Einstein-Smoluchowski:

ที่ไหน? คือความหนืดของตัวกลาง Rคือรัศมีของอนุภาคที่กระจายตัว

ความสามารถในการละลายของก๊าซในก๊าซ

กฎของดาลตัน:ความดันรวม ส่วนผสมของแก๊สเท่ากับผลรวมของแรงดันบางส่วนของก๊าซทั้งหมดที่รวมอยู่ในนั้น:

รวม R = ? ปี่และ pi = xiพี รวม

กฎของเฮนรี่ ดาลตัน:ความสามารถในการละลายของก๊าซในของเหลวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันเหนือของเหลว: C ผม = kp ผม ,ที่ไหน ซี ไอคือความเข้มข้นของสารละลายแก๊สในของเหลว kคือค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนขึ้นอยู่กับลักษณะของก๊าซ

ตามกฎแล้วเมื่อก๊าซละลายในของเหลวความร้อนจะถูกปล่อยออกมา (ถึง< 0) ดังนั้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความสามารถในการละลายจะลดลง

สูตรของ Sechenov:

X \u003d X 0 e -kC เอล

ที่ไหน Xและ X 0คือ ความสามารถในการละลายของก๊าซในตัวทำละลายบริสุทธิ์และสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีความเข้มข้น จาก.

3.2. คุณสมบัติคอลลิเกทีฟของสารละลายที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์

colligative (รวม)เรียกว่าคุณสมบัติของสารละลายที่สัมพันธ์กับคุณสมบัติของตัวทำละลายขึ้นอยู่กับจำนวนอนุภาคที่ละลายเป็นหลัก

ความดันไออิ่มตัวของสารละลายเจือจาง

ไอในสภาวะสมดุลกับของเหลวเรียกว่า อิ่มตัวความกดดันของไอน้ำนี้ หน้า 0เรียกว่า ความดันหรือความยืดหยุ่นของไอน้ำอิ่มตัวตัวทำละลายบริสุทธิ์

กฎข้อแรกของราอูลท์ความดันบางส่วนของไออิ่มตัวของส่วนประกอบในสารละลายเป็นสัดส่วนโดยตรงกับเศษส่วนของโมลในสารละลาย และค่าสัมประสิทธิ์ของสัดส่วนเท่ากับความดันไออิ่มตัวเหนือส่วนประกอบบริสุทธิ์:

พี ผม = พี ผม 0 x ผม

สำหรับสารละลายไบนารีที่ประกอบด้วยส่วนประกอบ A และ B: การลดลงของความดันไอของตัวทำละลายเหนือสารละลายจะเท่ากับเศษส่วนของโมลของตัวถูกละลายและไม่ขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวถูกละลาย:

วิธีแก้ปัญหาที่กฎหมายของ Raoult ยึดถือนั้นเรียกว่าโซลูชันในอุดมคติ

แรงดันไอของสารละลายในอุดมคติและของจริง

หากส่วนประกอบของสารละลายไบนารี (ประกอบด้วยสององค์ประกอบ) มีความผันผวน ไอเหนือสารละลายจะมีส่วนประกอบทั้งสอง องค์ประกอบทั่วไป มล. เศษส่วนใน (x ใน) แรงดันไอน้ำ:

p = pA0 x A + pB0 x B = p A 0 (1 – xข) + พี ข 0 x B = p A 0 – x B (p A 0 – p B 0)

หากโมเลกุลของส่วนประกอบที่กำหนดมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันอย่างแรงกว่าโมเลกุลของส่วนประกอบอื่น ความดันไอบางส่วนที่แท้จริงเหนือส่วนผสมจะมากกว่าที่คำนวณโดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของราอูลท์ (ค่าเบี่ยงเบนบวก ?Нทีวี > 0). หากอนุภาคที่เป็นเนื้อเดียวกันมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันที่อ่อนแอกว่าอนุภาคที่ต่างกัน ความดันไอบางส่วนของส่วนประกอบจะน้อยกว่าที่คำนวณได้ (ค่าเบี่ยงเบนเชิงลบ ?Hวิธีการแก้< 0).

อุณหภูมิการตกผลึกของสารละลายเจือจาง

กฎข้อที่สองของราอูลท์จุดเยือกแข็งของสารละลายลดลงหรือไม่ T รองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของโมลของสารละลาย:? T รอง \u003d T 0 - T \u003d KS ม.ที่ไหน ที 0 -จุดเยือกแข็งของตัวทำละลายบริสุทธิ์ ตู่คือจุดเยือกแข็งของสารละลาย ถึงคือค่าคงที่การแช่แข็งของตัวทำละลาย deg/kg mol

T 0 2คือ อุณหภูมิเยือกแข็งของตัวทำละลาย เอ็มคือน้ำหนักโมเลกุลของตัวทำละลาย ?Nm คือความร้อนโมลาร์ของการหลอมละลายของตัวทำละลาย

จุดเดือดของสารละลายเจือจาง

อุณหภูมิเดือดคือ อุณหภูมิที่ความดันไออิ่มตัว เท่ากับความดันภายนอก

การเพิ่มขึ้นของจุดเดือดของสารละลายของสารไม่ระเหย? T K \u003d T k - T k 0สัดส่วนกับการลดลงของความดันไออิ่มตัวและสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของโมลของสารละลาย: สหภาพยุโรปม ,ที่ไหน E - ค่าคงที่ ebullioscopicตัวทำละลาย, องศา/กก. โมล,

แรงดันออสโมติกของสารละลายเจือจาง

ออสโมซิส- การเคลื่อนผ่านของโมเลกุลตัวทำละลายเพียงฝ่ายเดียวอย่างเด่นชัดผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านเข้าไปในสารละลายหรือโมเลกุลของตัวทำละลายจากสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำกว่าไปยังสารละลายที่มีความเข้มข้นสูงกว่า

แรงดันที่ต้องใช้กับสารละลายเพื่อป้องกันไม่ให้ตัวทำละลายเคลื่อนเข้าสู่สารละลายผ่านเมมเบรนที่แยกสารละลายออกจากตัวทำละลายบริสุทธิ์จะเท่ากับตัวเลขเท่ากับ แรงดันออสโมซิส?(ป๊า).

หลักการของ Van't Hoff:แรงดันออสโมติกของสารละลายในอุดมคติมีค่าเท่ากับแรงดันที่ตัวถูกละลายจะกระทำหากอยู่ในสถานะก๊าซที่อุณหภูมิเดียวกัน มีปริมาตรเท่ากับที่สารละลายมีอยู่: = ซีอาร์ที

โซลูชั่นไอโซโทนิก– สารละลายสองชนิดที่มีแรงดันออสโมติกเท่ากัน (?1 = ?2)

น้ำเกลือไฮเปอร์โทนิก- สารละลายที่มีแรงดันออสโมติกมากกว่าของอื่น (? 1 > ? 2)

สารละลายไฮโปโทนิก- สารละลายที่มีแรงดันออสโมติกน้อยกว่าสารละลายอื่น (? 1< ? 2).

3.3. สารละลายอิเล็กโทรไลต์

ระดับความแตกแยก?คืออัตราส่วนของจำนวนโมเลกุล น,สลายตัวเป็นไอออนตามจำนวนโมเลกุลทั้งหมด ไม่มี:

ค่าสัมประสิทธิ์ไอโซโทนิกกับ Van Hoffคืออัตราส่วนของจำนวนอนุภาคจริงในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ต่อจำนวนอนุภาคในสารละลายนี้โดยไม่แยกตัวออกจากกัน

ถ้ามาจาก นู๋โมเลกุลที่แยกออกจากกัน น,และแต่ละโมเลกุลแตกตัวเป็น ไอออน แล้ว

สำหรับผู้ที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์ ผม = 1.

สำหรับอิเล็กโทรไลต์ 1< ผม? ?.

3.4. คุณสมบัติคอลลิเกตของสารละลายอิเล็กโทรไลต์:

ทฤษฎี การแยกตัวด้วยไฟฟ้าอาร์เรเนียส

1. อิเล็กโทรไลต์ในสารละลายจะสลายตัวเป็นไอออน - พวกมันแยกตัวออกจากกัน

2. การแตกตัวเป็นกระบวนการสมดุลที่ย้อนกลับได้

3. แรงของปฏิกิริยาของไอออนกับโมเลกุลตัวทำละลายและซึ่งกันและกันมีขนาดเล็ก (กล่าวคือ สารละลายในอุดมคติ)

การแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์ในสารละลายเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของโมเลกุลตัวทำละลายแบบมีขั้ว การปรากฏตัวของไอออนในสารละลายเป็นตัวกำหนดการนำไฟฟ้า

ตามระดับความแตกแยก อิเล็กโทรไลต์แบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: แข็งแกร่ง(? ? 0,7), แรงปานกลาง(0,3 < ? < 0,7) и อ่อนแอ(? ? 0,3).

อิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ ค่าคงที่การแยกตัว

สำหรับอิเล็กโทรไลต์บางชนิดที่สลายตัวเป็นไอออนในสารละลายตามสมการ:

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

สำหรับอิเล็กโทรไลต์ไบนารี:

- กฎการเจือจางของ Ostwald: ระดับการแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอเพิ่มขึ้นด้วยการเจือจางของสารละลาย

กิจกรรมตัวละลาย– ค่าเชิงประจักษ์ที่แทนที่ความเข้มข้น – กิจกรรม (ความเข้มข้นที่มีประสิทธิผล) ก,ที่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นผ่านสัมประสิทธิ์กิจกรรม ฉซึ่งเป็นการวัดความเบี่ยงเบนของคุณสมบัติของโซลูชันจริงจากค่าที่เหมาะสมที่สุด:

ก = เอฟซี; a + = f+ C + ; a_ = f_C_.

สำหรับอิเล็กโทรไลต์ไบนารี:

คือกิจกรรมเฉลี่ยของอิเล็กโทรไลต์

คือสัมประสิทธิ์กิจกรรมเฉลี่ย

กฎหมายจำกัด Debye-Hückelสำหรับอิเล็กโทรไลต์ไบนารี: lg ฉ = -0.51z2I?,ที่ไหน zคือประจุของไอออนที่คำนวณค่าสัมประสิทธิ์กิจกรรม

I คือความแรงไอออนิกของสารละลาย I = 0.5? (C ฉัน ฉัน 2).

4. ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายอิเล็กโทรไลต์

ตัวนำชนิดแรก- โลหะและของที่หลอมเหลวซึ่งไฟฟ้าถูกนำพาโดยอิเล็กตรอน

ตัวนำชนิด II– สารละลายและการหลอมของอิเล็กโทรไลต์ที่มีการนำไฟฟ้าแบบไอออนิก

ไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุอย่างเป็นระเบียบ

ตัวนำใด ๆ ที่กระแสไหลแสดงถึงความแน่นอน ความต้านทาน R,ซึ่งตามกฎของโอห์มเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของตัวนำ lและแปรผกผันกับพื้นที่หน้าตัด เอส;ตัวประกอบสัดส่วนคือ ความต้านทานวัสดุ? - ความต้านทานของตัวนำที่มีความยาว 1 ซม. และหน้าตัด 1 ซม. 2:

ค่า วตรงข้ามกับแนวต้านเรียกว่า การนำไฟฟ้า- การวัดเชิงปริมาณของความสามารถของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ในการทำกระแสไฟฟ้า

การนำไฟฟ้า? (k) - ค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำชนิดแรกยาว 1 ม. โดยมีพื้นที่หน้าตัด 1 ม. 2 หรือค่าการนำไฟฟ้า 1 ม. 3 (1 ซม. 3) ของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ (ตัวนำ) ชนิดที่สอง) โดยมีระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด 1 ม. (1 ซม.) และพื้นที่อิเล็กโทรด 1 ม. 2 (1 ซม. 2)

ค่าการนำไฟฟ้ากรามของสารละลาย) ?คือ ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายที่มีตัวถูกละลาย 1 โมล และวางไว้ระหว่างอิเล็กโทรดที่อยู่ห่างจากกัน 1 ซม.

ค่าการนำไฟฟ้าเชิงกรามของอิเล็กโทรไลต์ที่แรงและอ่อนจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นที่ลดลง (กล่าวคือ เมื่อเพิ่มขึ้น การเจือจางของสารละลาย V = 1 / C) ถึงค่าจำกัดบาง? 0 (? ?), เรียกว่า ค่าการนำไฟฟ้าโมลาร์ที่การเจือจางอนันต์

สำหรับอิเล็กโทรไลต์ไบนารีที่มีไอออนที่มีประจุเดี่ยวที่อุณหภูมิคงที่และความแรงของสนามที่ 1 V m -1:

? = ?F(u + + และ?),

ที่ไหน Fคือหมายเลขฟาราเดย์ และ + , และ? - การเคลื่อนไหวที่แน่นอน (m 2 V -1 s -1)ไอออนบวกและประจุลบ - ความเร็วของการเคลื่อนที่ของไอออนเหล่านี้ภายใต้สภาวะมาตรฐาน โดยมีความต่างศักย์ 1 V ต่อ 1 ม. ของความยาวของสารละลาย

? + = ฟู + ; ?? = ฟู?,

ที่ไหน? + , ?? – ความคล่องตัวไอออนบวกและประจุลบ Ohm m 2 mol -1 (Ohm cm 2 mol -1)

? = ?(? + + ??)

สำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่แรง? ?1 และ ? = ? + + ??

ด้วยสารละลายเจือจางอนันต์ (วี > ?, ? + > ? ? + , ?? > ? ? ?, ? > 1) สำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่แรงและอ่อน? ? = ? ? + – ? ? ? - กฎของโคห์ลเราช์:ค่าการนำไฟฟ้าของโมลาร์ที่การเจือจางอนันต์เท่ากับผลรวมของการเคลื่อนที่ด้วยไฟฟ้าหรือไม่ ? + , ? ? ? ไอออนบวกและประจุลบของอิเล็กโทรไลต์ที่กำหนด

ไอออน H + และ OH? มีความคล่องตัวสูงผิดปกติซึ่งเกี่ยวข้องกับกลไกพิเศษของการถ่ายโอนประจุโดยไอออนเหล่านี้ - กลไกการถ่ายทอดระหว่างไฮโดรเนียมไอออน H 3 O + กับโมเลกุลของน้ำ เช่นเดียวกับระหว่างโมเลกุลของน้ำกับ OH? โปรตอนถูกแลกเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องตามสมการ:

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

H 2 O + OH? >โอ้? + H 2 O

5. กระบวนการไฟฟ้าเคมี

5.1. ศักยภาพของอิเล็กโทรด ธาตุกัลวานิก EMF

เมื่อวัสดุสองชนิดที่ไม่เหมือนกันทางเคมีหรือทางกายภาพสัมผัสกัน (โลหะ 1 (ตัวนำชนิดที่หนึ่ง) - โลหะ 2 (ตัวนำชนิดที่หนึ่ง) โลหะ (ตัวนำชนิดที่หนึ่ง) - สารละลายเกลือของโลหะ (ตัวนำชนิดที่สอง) , สารละลายอิเล็กโทรไลต์ 1 (ตัวนำชนิดที่สอง) - สารละลายอิเล็กโทรไลต์ 2 (ตัวนำชนิดที่สอง) ฯลฯ ) เกิดขึ้นระหว่างกัน ไฟฟ้าดับเบิ้ลเลเยอร์ (DES) DES เป็นผลจากการกระจายแบบสั่งของอนุภาคที่มีประจุตรงข้ามกันที่ส่วนต่อประสาน

การก่อตัวของ DEL นำไปสู่การกระโดดที่อาจเกิดขึ้นซึ่งภายใต้สภาวะสมดุลโลหะ (ตัวนำชนิดแรก) - สารละลายของเกลือโลหะ (ตัวนำชนิดที่สอง) เรียกว่า ศักย์ไฟฟ้า

ระบบ: โลหะ (Me) - สารละลายเกลือของ Me ที่กำหนด - เรียกว่า อิเล็กโทรดหรือ ครึ่งองค์ประกอบและแสดงเป็นแผนผังดังนี้

อิเล็กโทรด (p / e) ถูกเขียนขึ้นเพื่อให้สารทั้งหมดในสารละลายวางอยู่ทางซ้าย และวางวัสดุอิเล็กโทรดไว้ทางด้านขวาของเส้นแนวตั้ง

? > 0 ถ้าปฏิกิริยารีดักชันเกิดขึ้นบนอิเล็กโทรด Me n+ + นะ? -ฉัน 0 ,

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

ศักย์ไฟฟ้า E Me n+ / Me คือความต่างศักย์สมดุลที่เกิดขึ้นที่ตัวนำขอบเขตเฟสของชนิดที่หนึ่ง / ตัวนำชนิดที่สอง และวัดเทียบกับอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน

สมการเนิร์สที่ไหน นคือจำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาอิเล็กโทรด จาก Me n+ คือความเข้มข้นของไพเพอร์; อีฉัน n+ /ฉัน คือศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน

ศักยภาพในการติดต่อ? ?- การกระโดดศักย์ดุลยภาพที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวนำทั้งสองชนิดที่หนึ่ง

ศักยภาพการแพร่กระจาย?ดิฟ คือความต่างศักย์สมดุลที่เกิดขึ้นที่ตัวนำขอบเขตเฟสของชนิดที่สอง / ตัวนำของชนิดที่สอง

เซลล์กัลวานิก (เช่น)- วงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วย p.e. ตั้งแต่สองตัวขึ้นไป และการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น และขั้นตอนของการเกิดออกซิเดชันและการลดลงของปฏิกิริยาเคมีจะถูกแยกออกจากกันในเชิงพื้นที่

อิเล็กโทรดที่กระบวนการออกซิเดชันเกิดขึ้นระหว่างการทำงานของเซลล์กัลวานิกเรียกว่า ขั้วบวก,อิเล็กโทรดที่กระบวนการกู้คืนเกิดขึ้น - แคโทด.

กฎ IUPAC สำหรับการบันทึกเซลล์กัลวานิกและปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์นั้น

1. ใน ก. อี. งานเสร็จแล้ว ดังนั้น EMF ขององค์ประกอบจึงถือเป็นค่าบวก

2. ค่า EMF ของวงจรไฟฟ้า อีถูกกำหนดโดยผลรวมเชิงพีชคณิตของการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานของทุกเฟส แต่เนื่องจากการเกิดออกซิเดชันเกิดขึ้นที่ขั้วบวก EMF จึงคำนวณโดยการลบค่าศักย์ไฟฟ้าของขั้วบวก (อิเล็กโทรดด้านซ้าย) ออกจากค่าตัวเลขของขั้วลบ (อิเล็กโทรดขวา) ) ศักยภาพ - กฎขั้วขวาดังนั้น วงจรองค์ประกอบจึงถูกเขียนขึ้นเพื่อให้อิเล็กโทรดด้านซ้ายเป็นลบ (เกิดออกซิเดชัน) และอิเล็กโทรดด้านขวาเป็นบวก (เกิดกระบวนการลด)

3. ส่วนต่อประสานระหว่างตัวนำของประเภทที่หนึ่งและตัวนำของประเภทที่สองจะแสดงด้วยหนึ่งบรรทัด

4. ขอบเขตระหว่างตัวนำทั้งสองชนิดที่สองแสดงด้วยเส้นประ

5. สะพานอิเล็กโทรไลต์ที่ขอบของตัวนำสองตัวของชนิด II นั้นแสดงด้วยเส้นประสองเส้น

6. ส่วนประกอบของเฟสเดียวเขียนโดยคั่นด้วยเครื่องหมายจุลภาค

7. สมการของปฏิกิริยาอิเล็กโทรดเขียนขึ้นเพื่อให้สารที่อยู่ในรูปออกซิไดซ์ (Ox) อยู่ทางด้านซ้าย และอยู่ในรูปรีดิวซ์ (สีแดง) ทางด้านขวา

ดาเนียล-จาโคบี กัลวานิก เซลล์ประกอบด้วยแผ่นสังกะสีและทองแดงแช่ในสารละลายที่เกี่ยวข้องของ ZnSO 4 และ CuSO 4 ซึ่งคั่นด้วยสะพานเกลือด้วยสารละลาย KCl: สะพานอิเล็กโทรไลต์ให้การนำไฟฟ้าระหว่างสารละลาย แต่จะป้องกันการแพร่ร่วมกัน

(-) Zn | Zn2+ :: Cu2+ | ลูกบาศ์ก(+)

ปฏิกิริยาต่ออิเล็กโทรด:

Zn0 > Zn2+ + 2e? ลูกบาศ์ก 2+ + 2E? > ลูกบาศ์ก 0

กระบวนการรีดอกซ์ทั้งหมด:

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

การทำงานของกระแสไฟฟ้าในเซลล์กัลวานิก (และผลต่างศักย์) จะสูงสุดในระหว่างการดำเนินการแบบย้อนกลับได้ เมื่อกระบวนการบนอิเล็กโทรดดำเนินไปอย่างช้าๆ อย่างไม่สิ้นสุด และความแรงของกระแสไฟฟ้าในวงจรมีขนาดเล็กมาก

ความต่างศักย์สูงสุดที่เกิดขึ้นระหว่างการดำเนินการย้อนกลับของเซลล์กัลวานิกคือ แรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ของเซลล์กัลวานิก E

องค์ประกอบ emf อี Zn/Cu = ? Cu2+ / Cu+? Zn2+ /Zn + ? ถึง +? ต่าง

ไม่รวม? แตกต่างและ? ถึง: อีสังกะสี/ Cu = ? Cu2+ / Cu+? Zn2+ /Zn = อี Cu 2+ / Cu + อี Zn 2+ /Zn - เซลล์กัลวานิกประกอบด้วยอิเล็กโทรดโลหะที่เหมือนกันสองอันที่แช่อยู่ในสารละลายเกลือของโลหะนี้ที่มีความเข้มข้นต่างกัน С 1 > С 2 . ในกรณีนี้ แคโทดจะเป็นอิเล็กโทรดที่มีความเข้มข้นสูงกว่า เนื่องจากศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของอิเล็กโทรดทั้งสองมีค่าเท่ากัน

ห่วงโซ่ความเข้มข้น

ผลลัพธ์เดียวของการทำงานขององค์ประกอบความเข้มข้นคือการถ่ายโอนไอออนของโลหะจากสารละลายที่มีความเข้มข้นมากกว่าไปยังสารละลายที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า

การทำงานของกระแสไฟฟ้าในเซลล์กัลวานิกที่มีความเข้มข้นเป็นงานของกระบวนการแพร่ ซึ่งดำเนินการย้อนกลับอันเป็นผลมาจากการแบ่งพื้นที่เป็นกระบวนการอิเล็กโทรดแบบย้อนกลับได้สองขั้นตอนที่อยู่ตรงข้ามกัน

5.2. การจำแนกอิเล็กโทรด

อิเล็กโทรดชนิดแรก แผ่นโลหะแช่ในสารละลายเกลือของโลหะชนิดเดียวกัน ในระหว่างการดำเนินการย้อนกลับขององค์ประกอบที่รวมอิเล็กโทรด กระบวนการของการเปลี่ยนไอออนบวกจากโลหะเป็นสารละลายหรือจากสารละลายเป็นโลหะจะเกิดขึ้นบนแผ่นโลหะ

อิเล็กโทรดชนิดที่สองโลหะถูกปกคลุมด้วยเกลือที่ละลายได้เพียงเล็กน้อยของโลหะนี้และอยู่ในสารละลายที่มีเกลือที่ละลายน้ำได้อื่นที่มีประจุลบเหมือนกัน อิเล็กโทรดประเภทนี้สามารถย้อนกลับได้เมื่อเทียบกับประจุลบ

อิเล็กโทรดอ้างอิง– อิเล็กโทรดที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าที่ทราบและทำซ้ำได้อย่างแม่นยำ

อิเล็กโทรดไฮโดรเจนเป็นเพลตแพลตตินั่มที่ล้างด้วยก๊าซไฮโดรเจน จุ่มลงในสารละลายที่มีไฮโดรเจนไอออน ไฮโดรเจนที่ถูกดูดซับโดยแพลตตินั่มจะอยู่ในสภาวะสมดุลกับก๊าซไฮโดรเจน

Pt, N 2 / N +

สมดุลเคมีไฟฟ้าบนอิเล็กโทรด:

2H++ 2e? -เอช 2 .

ศักยภาพของอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน (ที่มีกิจกรรมของไอออน H + 1 โมล/ลิตร และความดันไฮโดรเจนที่ 101.3 kPa) จะถือว่าเป็นศูนย์

ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดไฮโดรเจนที่ไม่ได้มาตรฐาน:

อิเล็กโทรดคาโลเมลประกอบด้วยอิเล็กโทรดปรอทที่วางอยู่ในสารละลาย KCl ที่มีความเข้มข้นที่แน่นอนและอิ่มตัวด้วยคาโลเมล Hg 2 Cl 2:

Hg / Hg 2 Cl 2 , KCl

อิเล็กโทรด Calomel สามารถย้อนกลับได้เมื่อเทียบกับคลอไรด์แอนไอออน

อิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์– ย้อนกลับได้เมื่อเทียบกับคลอรีนแอนไอออน:

Ag/AgCl, KCl

หากสารละลาย KCl อิ่มตัว ดังนั้น E AgC l \u003d 0.2224 - 0.00065 (t - 25), V.

อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้อิเล็กโทรดที่สามารถย้อนกลับได้ด้วยความเคารพต่อไฮโดรเจนไอออนถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติเพื่อกำหนดกิจกรรมของไอออนเหล่านี้ในสารละลาย

อิเล็กโทรดควินไฮโดรนเป็นลวดแพลตตินั่มที่หย่อนลงในภาชนะที่มีสารละลายทดสอบ โดยใส่ quinhydrone C 6 H 4 O 2 C 6 H 4 (OH) 2 ส่วนเกินก่อน - เป็นสารประกอบของ quinone C 6 H 4 O 2 และ hydroquinone C 6 H 4 (OH ) 2 มีความสามารถในการแปลงระหว่างกันในกระบวนการรีดอกซ์สมดุลที่ไฮโดรเจนไอออนมีส่วนร่วม:

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

นิยมใช้ อิเล็กโทรดแก้วมีลักษณะเป็นท่อที่ลงท้ายด้วยลูกแก้วที่มีผนังบาง ลูกบอลจะเต็มไปด้วยสารละลายบัฟเฟอร์ที่มีค่า pH ที่แน่นอน โดยจะจุ่มอิเล็กโทรดเสริม (โดยปกติคือซิลเวอร์คลอไรด์) ในการวัดค่า pH อิเล็กโทรดแก้วจะถูกจุ่มลงในสารละลายทดสอบควบคู่กับอิเล็กโทรดอ้างอิง บอลอิเล็กโทรดแก้วได้รับการบำบัดล่วงหน้าเป็นเวลานานด้วยสารละลายกรด ในกรณีนี้ ไฮโดรเจนไอออนจะถูกนำเข้าไปในผนังของลูกบอล แทนที่ไอออนบวกของโลหะอัลคาไล กระบวนการอิเล็กโทรดจะลดลงเป็นการแลกเปลี่ยนไฮโดรเจนไอออนระหว่างสองเฟส - สารละลายทดสอบและแก้ว: สารละลาย H - H st +

ความจุมาตรฐาน อี st 0 สำหรับแต่ละอิเล็กโทรดมีค่าของตัวเองซึ่งเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ดังนั้น อิเล็กโทรดแก้วจึงถูกสอบเทียบก่อนการวัดค่า pH แต่ละครั้งกับสารละลายบัฟเฟอร์มาตรฐานที่มีค่า pH ที่ทราบอย่างแน่นอน

อิเล็กโทรดรีดอกซ์

อิเล็กโทรดที่ประกอบด้วยตัวนำเฉื่อยประเภทที่ 1 วางในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีองค์ประกอบหนึ่งตัวต่อ องศาต่างๆออกซิเดชันเรียกว่า รีดอกซ์หรือ อิเล็กโทรดรีดอกซ์

ปฏิกิริยาอิเล็กโทรด: โอ้ n+ + นะ? -สีแดง.

ในกรณีนี้ เฉื่อยฉันมีส่วนทางอ้อมในปฏิกิริยาอิเล็กโทรด เป็นตัวกลางในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากรูปรีดิวซ์ของ Me (สีแดง) ไปยังรูปแบบออกซิไดซ์ (Ox) หรือในทางกลับกัน

6. ปรากฏการณ์พื้นผิวและการดูดซับ

6.1. แรงตึงผิวและการดูดซับกิ๊บส์

ปรากฏการณ์พื้นผิวเรียกว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานและเนื่องจากลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบและโครงสร้างของชั้นผิว (ขอบเขต)

Gs = ?s,

ที่ไหน Gsคือพลังงานพื้นผิวกิ๊บส์ของระบบ J; ? - ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนที่เรียกว่าแรงตึงผิว J / m 2; s คือพื้นผิวอินเทอร์เฟซ m2

แรงตึงผิวเกี่ยวกับคือปริมาณที่วัดโดยพลังงานกิ๊บส์ต่อหน่วยพื้นที่ของชั้นผิว เป็นตัวเลขเท่ากับงานที่ต้องทำกับแรงของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเพื่อสร้างส่วนต่อประสานหน่วยที่อุณหภูมิคงที่

จากรุ่น Dupre แรงตึงผิวเท่ากับแรงที่มุ่งลดส่วนต่อประสานและสัมพันธ์กับความยาวหน่วยของรูปร่างที่ล้อมรอบพื้นผิว

ความสามารถของตัวถูกละลายในการเปลี่ยนแรงตึงผิวของตัวทำละลายเรียกว่า กิจกรรมพื้นผิว g:

การจำแนกประเภทของสารตามผลกระทบต่อแรงตึงผิวของตัวทำละลาย

1. สารลดแรงตึงผิว (สารลดแรงตึงผิว)– ลดแรงตึงผิวของตัวทำละลาย (? solution< ? 0) g >0 (เทียบกับน้ำ - สารประกอบอินทรีย์ของโครงสร้างสะเทินน้ำสะเทินบก)

2. สารที่ไม่ใช้งานบนพื้นผิว (SIDs)– เพิ่มแรงตึงผิวของตัวทำละลายเล็กน้อย (? สารละลาย > ? 0) g< 0 (неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, ?-аминокислоты и др).

3. สารที่ไม่ใช้งานบนพื้นผิว (NSV)- ในทางปฏิบัติอย่าเปลี่ยนแรงตึงผิวของตัวทำละลาย (? rr = ? 0) g = 0 (เมื่อเทียบกับน้ำ สารคือซูโครสและอื่น ๆ อีกจำนวนหนึ่ง)

กฎ Duclos-Traube:ในอนุกรมคล้ายคลึงใด ๆ ที่ความเข้มข้นต่ำ การยืดของสายโซ่คาร์บอนโดยกลุ่ม CH 2 หนึ่งกลุ่มจะเพิ่มกิจกรรมที่พื้นผิว 3–3.5 เท่า:

สำหรับสารละลายของกรดไขมัน (สมการชิชคอฟสกี):

ที่ไหน ขและ ถึงเป็นค่าคงที่เชิงประจักษ์ ขเหมือนกันทุกอย่าง ซีรีส์ที่คล้ายคลึงกัน, K เพิ่มขึ้นในแต่ละเทอมต่อๆ มาของซีรีส์ 3–3.5 เท่า

กระบวนการของการเปลี่ยนแปลงโดยธรรมชาติในความเข้มข้นของสารที่ส่วนต่อประสานระหว่างสองขั้นตอนเรียกว่า การดูดซับ ตัวดูดซับสารที่เรียกว่าบนพื้นผิวที่มีการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารอื่น - ตัวถูกดูดซับ.

ไอโซเทอร์มดูดซับของกิ๊บส์:

ส่วนเกินของตัวดูดซับในชั้นผิวเมื่อเทียบกับปริมาณเริ่มต้นในชั้นนี้มีลักษณะเฉพาะ ส่วนเกินหรือที่เรียกว่า Gibbs การดูดซับ(ช).

6.2. การดูดซับที่ส่วนต่อประสานของแข็ง - แก๊ส

การดูดซับทางกายภาพเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยา Van der Waals ของโมเลกุลที่ดูดซับกับพื้นผิวนั้นมีลักษณะย้อนกลับได้และการดูดซับลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเช่นคายความร้อน (ผลทางความร้อนของการดูดซับทางกายภาพมักจะใกล้เคียงกับความร้อนของการทำให้เป็นของเหลวของตัวดูดซับ 10–80 กิโลจูล/โมล)

การดูดซับสารเคมี (เคมีดูดซับ)ดำเนินการโดยปฏิกิริยาทางเคมีของโมเลกุลตัวดูดซับและตัวดูดซับซึ่งมักจะกลับไม่ได้ เป็น แปลเป็นภาษาท้องถิ่นกล่าวคือ โมเลกุลของตัวดูดซับไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านพื้นผิวของตัวดูดซับได้ เนื่องจากเคมีดูดซับเป็นกระบวนการทางเคมีที่ต้องการพลังงานกระตุ้นที่ 40-120 กิโลจูล/โมล อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจึงมีส่วนทำให้เกิด

สมการของเฮนรี่(การดูดซับโมเลกุลเดี่ยวบนพื้นผิวที่เป็นเนื้อเดียวกันที่ความดันต่ำหรือความเข้มข้นต่ำ):

G = Ksหรือ G \u003d Kr,

ถึงคือค่าคงที่สมดุลการดูดซับซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวดูดซับและตัวดูดซับ C, rคือ ความเข้มข้นของสารที่ละลายหรือความดันแก๊ส

ทฤษฎีการดูดซึมโมโนโมเลกุลของแลงเมียร์

1. การดูดซับมีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นและเกิดจากแรงใกล้กับสารเคมี

2. การดูดซับเกิดขึ้นบนพื้นผิวที่เป็นเนื้อเดียวกันของตัวดูดซับ

3. โมเลกุลที่ดูดซับได้เพียงชั้นเดียวสามารถก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวได้

4. กระบวนการดูดซับสามารถย้อนกลับและสมดุลได้

ไอโซเทอร์มการดูดซับของแลงเมียร์:

ที่ไหน Г 0 – ความจุโมโนเลเยอร์เป็นค่าคงที่เท่ากับการจำกัดการดูดซับที่สังเกตพบที่ความเข้มข้นที่ค่อนข้างสูง mol/m 2 ; ขเป็นค่าคงที่เท่ากับอัตราส่วนของค่าคงที่อัตราการดูดซับและค่าคงที่อัตราการคายประจุ

สมการฟรุนดลิช(การดูดซับบนพื้นผิวที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน): Г = K F กับ n ,ที่ไหน. K Fเป็นค่าคงที่เชิงตัวเลขเท่ากับการดูดซับที่ความเข้มข้นสมดุลเท่ากับเอกภาพ นเป็นค่าคงที่ที่กำหนดความโค้งของไอโซเทอร์มดูดซับ (น= 0,1–0,6).

การดูดซับโมเลกุลจากสารละลาย:

โดยที่ C 0 คือความเข้มข้นเริ่มต้นของตัวดูดซับ จากคือความเข้มข้นสมดุลของตัวดูดซับ วีคือปริมาตรของสารละลายดูดซับ มคือมวลของตัวดูดซับ

สี่เหลี่ยม ส 0 ,ต่อโมเลกุลในชั้นดูดซับอิ่มตัว พื้นที่ลงจอด:

ม. 2 /โมเลกุล.

ความหนาของชั้นดูดซับ:

ที่ไหน เอ็มคือน้ำหนักโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิว ? คือความหนาแน่นของสารลดแรงตึงผิว

กฎของ Rebinder:สำหรับตัวดูดซับแบบมีขั้ว ตัวดูดซับแบบมีขั้วจากตัวทำละลายที่มีขั้วต่ำจะถูกดูดซับได้ดีกว่า กับตัวดูดซับแบบมีขั้ว, ตัวดูดซับแบบไม่มีขั้วจากตัวทำละลายแบบมีขั้ว

การวางแนวของโมเลกุลลดแรงตึงผิวบนพื้นผิวของตัวดูดซับจะแสดงเป็นแผนผังในรูป:

6.3. การดูดซับจากสารละลายอิเล็กโทรไลต์

แลกเปลี่ยนการดูดซึม- กระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนระหว่างสารละลายกับเฟสของแข็ง โดยที่เฟสของแข็งดูดซับไอออนของสัญญาณใด ๆ (ไพเพอร์หรือแอนไอออน) จากสารละลายและแทนที่จะปล่อยไอออนอื่น ๆ ที่มีเครื่องหมายเดียวกันเข้าสู่ วิธีการแก้. ตลอดไป เฉพาะเจาะจงกล่าวคือ สำหรับตัวดูดซับที่กำหนด มีเพียงไอออนบางชนิดเท่านั้นที่สามารถแลกเปลี่ยนได้ การดูดซับการแลกเปลี่ยนมักจะกลับไม่ได้

Package-Peskov-Faience กฎ:บนพื้นผิวของคริสตัล ร่างกายแข็งแรงไอออนถูกดูดซับโดยเฉพาะจากสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งสามารถทำให้โครงผลึกของมันสมบูรณ์หรือสามารถสร้างสารประกอบที่ละลายได้ไม่ดีด้วยไอออนตัวใดตัวหนึ่งที่ประกอบเป็นผลึก

7. ระบบคอลลอยด์ (กระจาย)

ระบบคอลลอยด์ (กระจาย)เรียกว่าระบบที่ต่างกันซึ่งหนึ่งในเฟสจะถูกแสดงโดยอนุภาคขนาดเล็กที่กระจายอย่างสม่ำเสมอในปริมาตรของอีกเฟสที่เป็นเนื้อเดียวกัน เหล่านี้เป็นระบบ ultramicroheterogeneous ซึ่งประกอบด้วยอนุภาค เฟสกระจาย- มวลรวมของอนุภาคที่บดแล้วซึ่งมีขนาดอยู่ภายใน 10 -9 -10 -5 ม. และต่อเนื่อง ตัวกลางกระจายตัว,ซึ่งมีการกระจายอนุภาคเหล่านี้

ป้าย สถานะของสสารคอลลอยด์ - การกระจายตัวและความแตกต่าง

ระดับการกระจายตัว?คือส่วนกลับของเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยหรือสำหรับอนุภาคที่ไม่เป็นทรงกลมส่วนกลับของเส้นผ่านศูนย์กลางเทียบเท่าเฉลี่ย d(ม.-1):

พื้นที่ผิวจำเพาะคืออัตราส่วนของพื้นที่ผิวทั้งหมดของเฟสที่กระจัดกระจาย S DF ต่อปริมาตรรวมหรือต่อมวลของมัน:

7.1. การจำแนกประเภทและวิธีการเพื่อให้ได้ระบบกระจายตัว

การจำแนกตามสถานะของการรวมเฟส

ระบบการกระจายซึ่งทั้งเฟสที่กระจายตัวและตัวกลางในการกระจายตัวเป็นก๊าซไม่มีอยู่จริง เนื่องจากก๊าซสามารถละลายได้ในกันและกันอย่างไม่สิ้นสุด

การจำแนกระบบตามขนาดอนุภาคของเฟสที่กระจัดกระจาย:

1) กระจายตัวสูง 10 -9_ 10 -7 ม. (แก้วทับทิม);

2) กระจายกลาง 10 -7_ 10 -5 ม. ( กาแฟสำเร็จรูป);

3) หยาบ > 10 -5 เมตร (เม็ดฝน)

วิธีการรับระบบคอลลอยด์ การกระจายตัว

การกระจายตัวทางกายภาพ:การเจียรทางกลโดยใช้โรงสีคอลลอยด์ การฉีดพ่นสารด้วยไฟฟ้า การกระจายอัลตราโซนิกและวิธีการอื่น ๆ เพื่อป้องกันไม่ให้อนุภาคที่เกิดขึ้นเกาะติดกัน การกระจายจะดำเนินการต่อหน้า โคลง– อิเล็กโทรไลต์หรือสารที่ดูดซับที่ส่วนต่อประสาน (สารลดแรงตึงผิว)

การกระจายตัวของสารเคมี (peptization):การเปลี่ยนตะกอนที่เตรียมขึ้นใหม่ให้เป็นสถานะคอลลอยด์โดยใช้เปปไทเซอร์

การควบแน่น

การควบแน่นทางกายภาพ: 1) วิธีการเปลี่ยนตัวทำละลายซึ่งประกอบด้วยของเหลวที่ผสมกับตัวทำละลายจะถูกเติมลงในสารละลายที่แท้จริงของสารซึ่งสารเองละลายได้ไม่ดี เนื่องจากการลดลงของความสามารถในการละลายของสารในตัวทำละลายใหม่ สารละลายจะกลายเป็น supersaturated และส่วนหนึ่งของสารควบแน่น ก่อตัวเป็นอนุภาคของเฟสกระจาย 2) วิธีการควบแน่นของไอ สารเดิมเป็นคู่ เมื่ออุณหภูมิลดลง ไอจะอิ่มตัวยิ่งยวดและควบแน่นเป็นบางส่วน ก่อตัวเป็นเฟสที่กระจัดกระจาย

การควบแน่นของสารเคมี:ปฏิกิริยาเคมีใด ๆ ที่ทำให้เกิดสารประกอบที่ละลายได้ไม่ดี เพื่อให้ได้สารละลายคอลลอยด์ ปฏิกิริยาจะต้องดำเนินการในสารละลายเจือจางที่อัตราการเติบโตของอนุภาคต่ำ หนึ่งในวัสดุเริ่มต้นถูกนำไปใช้ในปริมาณที่มากเกินไปและเป็นสารทำให้คงตัว

7.2. คุณสมบัติทางแสงของระบบกระจายตัว

เมื่อแสงตกกระทบบนระบบกระจัดกระจาย สามารถสังเกตปรากฏการณ์ต่อไปนี้:

ทางเดินแสงอนุภาคของเฟสที่กระจัดกระจาย (สังเกตได้จากระบบโปร่งใสซึ่งอนุภาคมีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นของแสงตกกระทบมาก (r<< ?);

การหักเหของแสงอนุภาคของเฟสที่กระจายตัว (หากอนุภาคเหล่านี้โปร่งใส)

แสงสะท้อนอนุภาคของเฟสที่กระจายตัว (ถ้าอนุภาคทึบแสง);

การหักเหและการสะท้อนมีการสังเกตแสงสำหรับระบบที่อนุภาคมีขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่นของแสงตกกระทบ (r >> ?) สายตาปรากฏการณ์นี้แสดงออกถึงความขุ่นของระบบเหล่านี้

กระเจิงแสงสังเกตได้จากระบบที่อนุภาคของเฟสที่กระจัดกระจายมีขนาดเล็กลง แต่ สมน้ำสมเนื้อด้วยความยาวคลื่นของแสงตกกระทบ (r ? 0.1 ?);

การดูดซับ(การดูดกลืน) ของแสงโดยเฟสที่กระจัดกระจายโดยเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นความร้อน

สมการเรย์ลี:

โดยที่ I, I 0 คือความเข้มของแสงที่กระจัดกระจายและแสงตกกระทบ วีคือปริมาตรของหนึ่งอนุภาค ? – ความเข้มข้นบางส่วน (จำนวนอนุภาคต่อหน่วยปริมาตร) ? คือความยาวคลื่น น 1 , น 0คือดัชนีการหักเหของแสงของอนุภาคและตัวกลางตามลำดับ

ปรากฏการณ์สีต่างๆ ของสารละลายคอลลอยด์ในแสงที่ส่องผ่านและกระจัดกระจาย (สะท้อนแสง) เรียกว่า ความมัวในกรณีของการแก้ปัญหาสีจะมีสีทับซ้อนของสีของตัวเองและสีที่เกิดจากความเหลื่อมล้ำ (ปรากฏการณ์ ความแตกต่างของแสง)

7.3. คุณสมบัติทางจลนศาสตร์ระดับโมเลกุล

ระบบคอลลอยด์มีลักษณะเฉพาะ บราวเนียนโมชั่น- การเคลื่อนที่แบบสุ่มอย่างต่อเนื่องของอนุภาคขนาดจุลทรรศน์และคอลลอยด์ การเคลื่อนที่นี้ยิ่งรุนแรง อุณหภูมิยิ่งสูงขึ้น มวลของอนุภาคก็จะยิ่งต่ำลง และความหนืดของตัวกลางในการกระจายตัว

การแพร่กระจายเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองของการปรับความเข้มข้นของอนุภาค

กฎของฟิค:

เนื่องจากอนุภาคคอลลอยด์มีขนาดใหญ่ การแพร่กระจายในระบบคอลลอยด์จึงช้ากว่าสารละลายจริง

แรงดันออสโมซิส:

โดยที่ mtot คือมวลของสารที่ละลายได้ มคือมวลของอนุภาคหนึ่ง วีคือปริมาตรของระบบ น อาคือหมายเลขอโวกาโดร ตู่คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ ? – ความเข้มข้นบางส่วน kคือค่าคงที่โบลต์ซมันน์

สำหรับอนุภาคทรงกลม:

ที่ไหน? m คือมวลของเฟสที่กระจัดกระจายต่อหน่วยปริมาตรของสารละลาย ? คือความหนาแน่นของตัวกลางกระจายตัว r คือรัศมีอนุภาค

7.4. โครงสร้างของไมเซลล์

ไมเซลล์ไลโฟบิกระบบเรียกว่า microsystem ที่ต่างกันซึ่งประกอบด้วย microcrystal ของเฟสที่กระจายตัวล้อมรอบด้วยไอออนที่เสถียรของตัวทำละลาย

ศักยภาพ-การกำหนดเรียกว่า ไอออนที่ดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคของเฟสของแข็ง (หน่วย)และให้มันเป็นค่าใช้จ่าย มวลรวมพร้อมกับไอออนที่กำหนดศักย์ไฟฟ้าคือ ไมเซลล์คอร์

เคาน์เตอร์เป็นกลุ่มไอออนใกล้แกนไมเซลล์

ตำแหน่งของเคาน์เตอร์ในตัวกลางการกระจายถูกกำหนดโดยปัจจัยที่ตรงกันข้ามสองประการ: การเคลื่อนที่ด้วยความร้อน (การแพร่กระจาย) และแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต

การตอบโต้ที่ประกอบขึ้นเป็นความหนาแน่น ชั้นดูดซับ,เรียกว่า "เกี่ยวโยงกัน" และประกอบขึ้นด้วยส่วนประกอบหลัก อนุภาคคอลลอยด์หรือเม็ด อนุภาคคอลลอยด์ (แกรนูล) มีประจุซึ่งเป็นสัญลักษณ์ของประจุของไอออนที่กำหนดศักย์ไฟฟ้า

ปฏิกริยาที่ก่อตัว ชั้นกระจาย- "มือถือ" หรือ "ฟรี"

อนุภาคคอลลอยด์ที่มีชั้นกระจายรอบ ๆ ของเคาน์เตอร์อิลลินอยส์คือ มิเชลไมเซลล์มีความเป็นกลางทางไฟฟ้าและไม่มีมิติที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ไม่เหมือนกับอนุภาคคอลลอยด์

ในไมเซลล์ที่มีสารทำให้คงตัวแบบไอออนิก มี DES อยู่ที่ขอบเฟส ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างเฟสที่กระจัดกระจายและตัวกลางการกระจาย - ศักยภาพทางอุณหพลศาสตร์ฉ (เฟส)ซึ่งถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของระบบการกระจัดกระจายที่กำหนด เช่นเดียวกับประจุและความเข้มข้นของไอออนที่กำหนดศักย์ไฟฟ้าที่ดูดซับบนเฟสของแข็ง

การเคลื่อนที่ของอนุภาคคอลลอยด์ที่มีประจุในของเหลวที่อยู่กับที่ไปยังอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่งภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอกเรียกว่า อิเล็กโตรโฟรีซิส

พื้นผิวที่เกิดการเคลื่อนไหวเรียกว่า พื้นผิวเลื่อนขนาดของการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นที่ขอบเขตของเฟสที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กันระหว่างอิเล็กโตรโฟรีซิสและการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนคือบนพื้นผิวเลื่อนเรียกว่า อิเล็กโทรคิเนติกหรือ?-ศักยภาพ (ศักย์ซีตา)

7.5. ความคงตัวและการแข็งตัวของเลือด

ความเสถียรของระบบกระจายตัวกำหนดลักษณะความสามารถของเฟสที่กระจัดกระจายเพื่อรักษาสถานะของการกระจายของอนุภาคที่สม่ำเสมอตลอดปริมาตรของตัวกลางการกระจาย

ความเสถียรสัมพัทธ์ของระบบแบบกระจายมีสองประเภท: การตกตะกอนและการรวมตัว

ความต้านทานต่อการตกตะกอน- ความสามารถของระบบในการต้านทานการกระทำของแรงโน้มถ่วง การตกตะกอนคือการตกตะกอนของอนุภาคในสารละลายภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง

สภาพ สมดุลการตกตะกอน:อนุภาคเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ กล่าวคือ สม่ำเสมอแรงเสียดทานสมดุลแรงโน้มถ่วง:

6??rU = 4/3?r 3 (? - ? 0)กรัม

ที่ไหน? คือความหนาแน่นของเฟสกระจัดกระจาย ? 0 คือความหนาแน่นของตัวกลางการกระจาย g คือความเร่งของแรงโน้มถ่วง ? คือความหนืดของตัวกลาง

ความมั่นคงโดยรวมกำหนดลักษณะความสามารถของอนุภาคในระยะกระจัดกระจายเพื่อต้านทานการเกาะติดกันและรักษาขนาดไว้

เกิดการละเมิดความมั่นคงโดยรวม การแข็งตัวเป็นกระบวนการของการเกาะติดกันของอนุภาคกับการก่อตัวของมวลรวมขนาดใหญ่ผลจากการแข็งตัวของระบบจะสูญเสียความเสถียรของการตกตะกอน เนื่องจากอนุภาคมีขนาดใหญ่เกินไปและไม่สามารถมีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน

สาเหตุของการแข็งตัวของเลือด:

> การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

> การกระทำของสนามไฟฟ้าและแม่เหล็กไฟฟ้า

> การกระทำของแสงที่มองเห็นได้

> การสัมผัสกับอนุภาคมูลฐาน

> ผลกระทบทางกล

> การเติมอิเล็กโทรไลต์ ฯลฯ

สิ่งที่น่าสนใจที่สุดในทางปฏิบัติคือการจับตัวเป็นก้อนด้วยอิเล็กโทรไลต์

ประเภทของการแข็งตัวของเลือดด้วยอิเล็กโทรไลต์

ความเข้มข้นการแข็งตัวของเลือดเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพล ไม่แยแสอิเล็กโทรไลต์ ไม่แยแสเรียกว่า อิเล็กโทรไลต์ เมื่อนำศักย์อินเทอร์เฟเชียลศักย์เข้ามา<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:

สถานะที่ชั้นกระจายหายไปและอนุภาคคอลลอยด์กลายเป็นกลางทางไฟฟ้าเรียกว่า ไอโซอิเล็กทริก– ศักย์ไฟฟ้า (?) เท่ากับศูนย์ เกิดการแข็งตัวของเลือด สูตรไมเซลล์ในสถานะนี้อยู่ในรูปแบบ: (mnAg + nNO 3 ?) 0 .

การวางตัวเป็นกลางการแข็งตัวของเลือดเกิดขึ้นเมื่อเติมโซล ไม่แยแสอิเล็กโทรไลต์ ไม่แยแสอิเล็กโทรไลต์เรียกว่าอิเล็กโทรไลต์ที่สามารถเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้า (?) และศักย์ไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องเชิงเส้น (?) กล่าวคือ อิเล็กโทรไลต์นี้มีไอออนที่สามารถดูดซับโดยเฉพาะบนพื้นผิวของมวลรวม ทำให้โครงผลึกของมันสมบูรณ์ หรือทำปฏิกิริยาทางเคมีกับศักย์ไฟฟ้า - การกำหนดไอออน

กระบวนการที่ย้อนกลับได้ซึ่งการแข็งตัวของเลือดกลับเข้าสู่สถานะคอลลอยด์อีกครั้งเรียกว่า peptization หรือ disagregation

กฎการแข็งตัวของเลือด

1. อิเล็กโทรไลต์ที่แรงทั้งหมดที่เติมลงในโซลในปริมาณที่เพียงพอจะทำให้เกิดการจับตัวเป็นก้อน ความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ขั้นต่ำที่ทำให้เกิดการแข็งตัวของโซลในช่วงเวลาสั้น ๆ เรียกว่า เกณฑ์การแข็งตัวของเลือด:

โดยที่ C el คือความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ - ตกตะกอน วี el คือปริมาตรของอิเล็กโทรไลต์ที่เติม วีโซล (ปกติ 10 มล.) คือปริมาตรของโซล

2. ผลของการจับตัวเป็นก้อนนั้นครอบครองโดยไอออนซึ่งมีประจุสอดคล้องกับประจุของปฏิกิริยาของไมเซลล์ของโซลไลโอฟิบิก (ประจุของไอออนจับตัวเป็นก้อนอยู่ตรงข้ามกับประจุของอนุภาคคอลลอยด์) ไอออนนี้เรียกว่า ไอออนตกตะกอน

3. ความสามารถในการจับตัวเป็นก้อนของไอออน - สารตกตะกอนยิ่งมาก ยิ่งมีประจุของไอออนมากขึ้น:

กฎสำคัญ:

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

ความสามารถในการจับตัวเป็นก้อนของไอออนที่มีประจุเท่ากันยิ่งมาก รัศมีของผลึกก็จะยิ่งมากขึ้น Ag + > Cs + > Rb + > NH 4 + > K + > Na + > Li+ - ซีรีย์ไลโอทรอปิก

การป้องกันคอลลอยด์เรียกว่าการเพิ่มความเสถียรรวมของโซลโดยการใส่ IUD (สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง) หรือสารลดแรงตึงผิว (สารลดแรงตึงผิว)

ยามหมายเลขเรียกว่าจำนวนวัตถุแห้งขั้นต่ำมิลลิกรัมที่จำเป็นในการปกป้องโซล 10 มล. เมื่อเติมอิเล็กโทรไลต์เข้าไปในปริมาณที่เท่ากับเกณฑ์การแข็งตัวของเลือด

ระบบ k กับ s ในวิชาเคมีเชิงฟิสิกส์ ภาควิชาเคมีกายภาพ

เคมีกายภาพ

§ 1. วิชาเคมีกายภาพ ความหมายของมัน

§ 2 โครงร่างโดยย่อของประวัติความเป็นมาของการพัฒนาเคมีกายภาพ

§ 3 ส่วนของวิชาเคมีกายภาพ วิธีการวิจัย

บทที่ 1 กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์

§ 1. พลังงาน กฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงาน

§ 2 หัวเรื่อง วิธีการ และขีดจำกัดของอุณหพลศาสตร์

§ 3 ความร้อนและการทำงาน

§ 4. ความเท่าเทียมกันของความร้อนและการทำงาน

§ 5. พลังงานภายใน

สอบครั้งที่ 2 วิชาเคมีกายภาพ

โปรแกรมสอบเข้าภาคพิเศษ 02. 00. 04 "ฟิสิกส์เคมี"

บทที่ 1
กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์