ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ.
В настоящее время физическая химия представляет собой самостоятельную дисциплину со своими методами исследования; она имеет весьма большое значение и для ряда смежных как теоретических, так и прикладных научных дисциплин.
Физическая химия занимается рассмотрением главным образом двух групп вопросов:
1) изучением свойств и строения различных веществ (а также частиц, из которых они состоят, - молекул, атомов и ионов) в зависимости от их химического состава и химического строения и от условий существования;
2) изучение химических реакций и других форм взаимодействия между веществами или частицами (направление, скорость, молекулярный механизм и термодинамические параметры процесса) в зависимости от их химического состава и строения и от условий, в которых происходит процесс, а также от внешних воздействий - электрических, световых и других.
Содержание курса физической химии обычно делят на несколько основных разделов:
Строение вещества. В этот раздел входит учение о строении атомов и молекул и учение об агрегатных состояниях вещества.
Химическая термодинамика. В этом разделе физической химии рассматриваются основные соотношения, вытекающие из первого закона термодинамики, которые позволяют рассчитать количество выделяемой и поглощаемой теплоты и определить, как будет влиять на него изменение внешних условий.
Учение о растворах. Рассматривает природу растворов, их внутреннюю структуру и важнейшие свойства, зависимость свойств растворов от концентраций и химической природы компонентов и вопросы растворимости.
Электрохимия. Изучает некоторые особенности свойств растворов электролитов, электропроводность растворов, процессы электролиза, работу гальванических элементов, электрохимическую коррозию металлов.
Химическая кинетика. Изучает скорость и молекулярный механизм химических реакций, как в гомогенной, так и в гетерогенной среде, включая и явления катализа.
Учение о коллоидном состоянии вещества и поверхностных явлениях выделено в самостоятельный раздел.
В рамках физической химии, в данном методическом пособиибудет уделено внимание двум разделам физической химии: химической термодинамики и химической кинетики, а коллоидная химия будет рассмотрена отдельным разделом.
РАЗДЕЛ 1. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА.
Термодинамика изучает 1) переходы энергии из одной формы в другую, от одной части системы к другой, 2) энергетические эффекты, сопровождающие различные физические и химические процессы, зависимость их от условий протекания процессов, 3) возможность, направление и пределы самопроизвольного (т.е. без затраты работы извне) течения самих процессов в рассматриваемых условиях. Термодинамика базируется на двух основных законах, называемых первым и вторым принципом термодинамики.
Основные понятия и величины.
Система - это тело или совокупность тел, взятых для исследования.
Гомогенная система - это система, внутри которой нет поверхностей раздела, отделяющих друг от друга части системы.
Гетерогенная система - это система, внутри которой есть поверхности раздела, отделяющие друг от друга части системы.
Окружающая среда - это тела окружающие систему.
Фаза - это совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых по составу и по всем физическим и химическим свойствам и ограниченных от других частей системы некоторой поверхностью (поверхностью раздела фаз).
Изолированная система - это система, которая лишена возможности обмена веществом и энергией с окружающей средой и у которой постоянен объем и внутренняя энергия.
Функции состояния - это термодинамические функции, значения которых зависят только от состояния системы. Их изменение в каком-нибудь процессе зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от пути перехода. Например, изменение внутренней энергии (U)
DU = U1 - U2; где 1-начальное состояние, 2- конечное состояние.)
Термодинамический процесс - это изменение какого-либо свойства системы.
Термодинамический цикл - это способность системы возвращаться в исходное состояние в результате совокупности термодинамических процессов. В термодинамическом цикле изменение любой функции состояния равно нулю.
Состояние системы - это совокупность свойств системы. Свойств выделяют два вида:
А) Свойства, зависящие от массы (экстенсивные) - теплоемкость (С), объем (V);
Б) Свойства, независящие от массы (интенсивные) - температура (Т), давление (Р), концентрация (С), плотность (r), химический потенциал (m).
Внутренняя энергия - это совокупность энергий: энергия поступательного движения молекулы, энергия вращательного движения атомов в молекуле, энергия колебательного движения атомов в молекуле, энергия электронного движения, энергия ядер:
Uполн = Uпост + Uвращ + Uколеб + Uэлек + Uяд
Взаимодействие системы с окружающей средой.
Передача энергии от системы к окружающей среде может происходить двумя путями:
1) Путем хаотического обмена атомов и молекул теплотой (Q).
2) Путем направленного изменения, называемого работой (W).
Теплота (Q)и работа (W) - являются двумя формами передачи энергии от одного тела к другому. Теплота и работа не являются функциями состояния системы. Для того, чтобы это доказать воспользуемся моделью идеального газа, находящегося под поршнем. (Идеальный газ - это система, в которой отсутствует межчастичное взаимодействие).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
