Kementerian Pendidikan Universitas Politeknik Tomsk Federasi Rusia ________________________________________________________________________________ N. A. Kolpakova, V. A. Kolpakov, S. V. Romanenko KIMIA FISIK Buku Teks Bagian I Tomsk 2004 UDC 541.1 Kimia fisika. Buku Teks / N.A. Kolpakova, V.A. Kolpakov, S.V. Romanenko. - Tomsk: Ed. TPU, 2004. - Bagian 1. - 168 hal. Buku teks mencakup bagian "Kimia Fisik" berikut: hukum dasar termodinamika, kesetimbangan kimia dan fase, termodinamika larutan non-elektrolit. Manual ini disiapkan di Departemen Fisika dan Kimia Analitik TPU dan ditujukan untuk mahasiswa kursus korespondensi dalam spesialisasi kimia. Diterbitkan atas perintah Dewan Editorial dan Penerbitan Peninjau Universitas Politeknik Tomsk: Kurina L.N. – Prof. Jurusan Kimia Fisika, TSU, Doktor Kimia. ilmu; Buinovsky A.S. - Kepala. kafe Kimia TPU STU, doktor kimia. Ilmu. © Universitas Politeknik Tomsk, 2004 © Penulis, 2004 BAB 1 . PENGANTAR KIMIA FISIK 1.1. GARIS BESAR SEJARAH SINGKAT PERKEMBANGAN KIMIA FISIK Nama dan definisi kandungan kimia fisika pertama kali diberikan oleh M.V. Lomonosov (1752): “Kimia fisika adalah ilmu yang, berdasarkan posisi dan eksperimen ilmuwan fisika, harus menjelaskan alasan untuk apa yang terjadi melalui operasi kimia dalam tubuh yang kompleks”. Pengajaran kimia fisika di Rusia sebagai ilmu yang berdiri sendiri diperkenalkan oleh Prof. N. N. Beketov pada tahun 1860 di Universitas Kharkov. Studi teoretis dan eksperimental terpenting Lomonosov membawanya ke penemuan-penemuan yang tidak kehilangan signifikansinya bahkan sampai sekarang. Lomonosov mendekati definisi yang benar tentang prinsip kekekalan materi dan gerak, sifat kinetik panas, dan juga mencatat ketidakmungkinan perpindahan panas secara spontan dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih hangat, yang saat ini merupakan salah satu formulasi. dari hukum kedua termodinamika. Selama abad berikutnya, penelitian dilakukan, atas dasar banyak penemuan penting dan generalisasi dibuat. K. V. Scheele di Swedia (1773) dan Fontana di Prancis (1777) menemukan adsorpsi gas; T. E. Lovits di Rusia (1785) menemukan adsorpsi dari larutan. A. L. Lavoisier dan P. S. Laplace di Prancis (1779-1784) mempelajari kapasitas panas zat dan efek termal dari reaksi. Pada awal abad XIX. G. Davy di Inggris dan L. J. Tenard di Prancis menemukan reaksi katalitik, dan J. J. Berzelius di Swedia (1835) mengembangkan lebih lanjut ide katalisis. Dasar-dasar elektrokimia diletakkan oleh penelitian tentang sel galvanik, elektrolisis, dan transfer arus dalam elektrolit. Galvani dan A. Volta di Italia pada tahun 1799 menciptakan sel galvanik. VV Petrov di Rusia (1802) menemukan fenomena busur listrik. T. Grotgus di Rusia pada tahun 1805 meletakkan dasar bagi teori elektrolisis. Pada tahun 1800, G. Davy memajukan teori elektrokimia tentang interaksi zat: ia banyak menggunakan elektrolisis untuk penelitian kimia. M. Faraday, murid Davy, pada tahun 1833-1834 merumuskan hukum kuantitatif elektrolisis. B. S. Jacobi di Rusia, memecahkan masalah penggunaan praktis dari proses elektrolisis, ditemukan pada tahun 1836 galvanoplasty. Pada paruh pertama abad XIX. berkat karya D. Dalton di Inggris (1801–1803), J. L. Gay-Lussac di Prancis (1802) dan A. Avogadro di Italia (1811), yang menemukan hukum terpenting dari keadaan gas, ide atomistik tersebar luas dikembangkan. Karya-karya G. I. Hess (1802–1856) tentang termokimia termasuk dalam periode yang sama. C. Guldberg dan P. Waage di Norwegia (1864–1867), J. W. Gibbs di Amerika Serikat (1873–1878) mengembangkan doktrin termodinamika kesetimbangan kimia, dan A. L. Le Chatelier di Prancis (1884) menemukan prinsip umum kesetimbangan perpindahan di bawah perubahan kondisi eksternal. Dalam karya kimiawan Belanda J. H. van't Hoff, teori termodinamika kesetimbangan kimia dikembangkan. Dia juga mengembangkan teori kuantitatif larutan encer (1885-1889). Transfer listrik dalam larutan dipelajari di Jerman oleh I. V. Gittorf dan F. V. G. Kohlrausch. Ilmuwan Swedia S. A. Arrhenius berkembang pada tahun 1883–1887. teori disosiasi elektrolit. A. M. Butlerov, yang menciptakan teori struktur senyawa organik, meninggalkan jejak yang dalam pada perkembangan kimia fisik. Ahli kimia besar Rusia D. I. Mendeleev (1834–1907) menemukan keberadaan suhu kritis (1860), menurunkan persamaan umum keadaan untuk gas (1874) dan mengembangkan teori kimia larutan (1887). D. P. Konovalov (1889), seorang mahasiswa Mendeleev, adalah salah satu pendiri teori solusi. Pada akhir abad XIX. sejumlah penemuan besar dibuat di bidang doktrin struktur materi, yang membuktikan kompleksitas struktur atom dan memainkan peran besar dalam pengembangan kimia fisik. Ini termasuk penemuan elektron oleh J. B. Perrin (1895) dan J. Thomson (1897), sifat kuantum cahaya oleh R. Planck (1900), keberadaan tekanan cahaya oleh P. N. Lebedev (1899), studi (sejak 1898 dari ) fenomena radioaktivitas P. Curie dan M. Sklodowska-Curie. Pada awal abad XX. kimia fisik didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari struktur materi, termodinamika kimia, termasuk termokimia dan teori kesetimbangan, larutan, kinetika kimia dan elektrokimia. Metode teoretis baru diterapkan, dan studi tentang struktur atom, molekul, dan kristal muncul ke permukaan. Doktrin struktur materi, terutama struktur atom dan molekul, berkembang paling pesat pada abad ke-20. Pencapaian besar di bidang ini adalah teori atom atom, yang diusulkan oleh E. Rutherford (1911) dan dikembangkan dalam teori kuantitatif pertama atom hidrogen, yang dikembangkan oleh fisikawan Denmark N. Bohr (1913). Studi tentang sifat ikatan kimia dan struktur molekul dikembangkan secara paralel dengan studi tentang struktur atom. Pada awal 1920-an, W. Kossel dan G. N. Lewis telah mengembangkan dasar-dasar teori elektronik ikatan kimia. VG Geitler dan F. London (1927) mengembangkan teori mekanika kuantum dari ikatan kimia. Berdasarkan penemuan fisika terbesar di bidang struktur atom dan menggunakan metode teoritis mekanika kuantum dan fisika statistik, serta metode eksperimen baru, seperti analisis sinar-X, spektroskopi, spektroskopi massa, metode magnetik, metode berlabel atom dan lain-lain, fisikawan dan ahli kimia fisik telah membuat langkah besar dalam mempelajari struktur molekul dan kristal dan dalam memahami sifat ikatan kimia. Teori laju reaksi kimia, yaitu kinetika kimia, telah berkembang pesat, dan sekarang dikaitkan secara khusus dengan studi tentang struktur molekul dan kekuatan ikatan antara atom dalam molekul. Cabang baru kimia fisik telah muncul dan berhasil berkembang: magnetokimia, kimia radiasi, kimia fisik polimer tinggi, kimia fisik silikat, elektrokimia gas, dll. Seperti ilmu lainnya, kimia fisik dan cabang individunya muncul atau mulai berkembang dengan sangat sukses. dalam periode ketika satu atau lain kebutuhan praktis mengharuskan perkembangan pesat dari beberapa cabang industri, dan perkembangan ini membutuhkan landasan teoretis yang kokoh. Di sini perlu dicatat studi utama N. S. Kurnakov tentang analisis fisikokimia, pekerjaan di bidang elektrokimia oleh A. N. Frumkin, penciptaan teori reaksi berantai oleh N. N. Semenov, dan pengembangan teori katalisis heterogen oleh A. A. Baladin. Kimia fisik memainkan peran utama dalam memecahkan berbagai masalah yang dihadapi ilmu kimia dan praktek. Saat ini, kimia fisika merupakan disiplin ilmu yang berdiri sendiri dengan metode penelitiannya sendiri dan merupakan dasar teori untuk disiplin ilmu teknik kimia terapan. 1.2. SUBJEK DAN TUJUAN KIMIA FISIK Kimia fisik adalah ilmu tentang keteraturan proses kimia dan fenomena fisika. Tugas utama kimia fisika adalah mempelajari dan menjelaskan keteraturan utama yang menentukan arah proses kimia, kecepatannya, pengaruh medium, pengotor, radiasi, dan kondisi untuk memperoleh hasil maksimum dari produk yang bermanfaat. Studi kimia fisik memungkinkan untuk memahami hukum kimia, serta untuk memprediksi dan mengontrol fenomena kimia. Kimia fisik modern memungkinkan untuk memecahkan masalah pengendalian produksi yang efisien, intensifikasi dan otomatisasi proses produksi. Ini berfungsi sebagai dasar teoritis teknologi kimia. Proses produksi penting dalam teknologi kimia seperti sintesis dan oksidasi amonia, produksi kontak asam sulfat, produksi etanol dari gas alam, perengkahan minyak, dan banyak lainnya didasarkan pada hasil studi fisikokimia dari reaksi yang mendasari proses ini. 5 proses. Tanpa kimia fisik, tidak mungkin memecahkan masalah menciptakan zat dengan sifat yang diinginkan, mengembangkan sumber arus baru, dan banyak masalah lain dari produksi yang efisien. Oleh karena itu, pengetahuan kimia fisik untuk insinyur proses masa depan membuka peluang besar untuk memecahkan berbagai masalah yang dihadapi dalam kegiatan praktis seorang insinyur di pabrik dan lembaga penelitian. Nama sains - "kimia fisik" - mencerminkan sejarah kemunculannya di persimpangan dua sains - fisika dan kimia, serta fakta bahwa ia secara luas menggunakan hukum teoretis dan metode eksperimental fisika dalam studi fenomena kimia. 1.3. KLASIFIKASI METODE KIMIA FISIK Beberapa metode teoritis digunakan dalam kimia fisik. Metode kimia kuantum menggunakan sifat-sifat partikel elementer untuk menggambarkan transformasi kimia. Dengan menggunakan hukum mekanika kuantum, sifat dan reaktivitas molekul dijelaskan, serta sifat ikatan kimia berdasarkan sifat partikel elementer yang membentuk molekul. Metode termodinamika (fenomenologis) didasarkan pada beberapa hukum (postulat), yang merupakan generalisasi dari data eksperimen. Itu memungkinkan, atas dasar mereka, untuk mengetahui sifat-sifat energi sistem, untuk memprediksi jalannya proses kimia dan hasilnya pada saat kesetimbangan. Metode kuantum-statistik menjelaskan sifat-sifat zat berdasarkan sifat-sifat molekul yang membentuk zat-zat ini. Metode kinetik memungkinkan Anda untuk menetapkan mekanisme dan membuat teori proses kimia dengan mempelajari perubahan laju reaksi kimia dari berbagai faktor. Kimia fisik dicirikan oleh meluasnya penggunaan matematika, yang tidak hanya memungkinkan untuk mengungkapkan hukum teoretis secara paling akurat, tetapi juga merupakan alat yang diperlukan untuk menetapkannya. 6 BAB 2 . HUKUM DASAR TERMODINAMIKA Kata "termodinamika" berasal dari bahasa Yunani therme - panas dan dynamis - gaya. Termodinamika adalah ilmu tentang transformasi berbagai jenis energi dari satu ke energi lainnya. Termodinamika kimia mempelajari transformasi berbagai jenis energi yang terjadi selama reaksi kimia. 2.1. KONSEP DASAR TERMODINAMIKA KIMIA Sistem adalah tubuh terpisah atau sekelompok tubuh yang berinteraksi dan dipisahkan dari lingkungan oleh cangkang (batas) nyata atau imajiner. Sistem terbuka adalah sistem yang mempertukarkan zat (massa) dan energi (misalnya panas) dengan lingkungan luar. Sistem terisolasi (atau sistem tertutup) adalah sistem yang tidak bertukar panas dan bekerja dengan lingkungan. Energi dan volume sistem terisolasi adalah konstan dalam waktu. Contoh dari sistem semacam itu adalah, misalnya, termos. Jika batas tidak melewatkan kalor, maka proses yang terjadi dalam sistem disebut adiabatik. Ketika suatu sistem bertukar panas dan bekerja dengan lingkungan, perubahan terjadi baik di dalam sistem maupun di lingkungan. Sistem termodinamika bisa homogen atau heterogen. Jika tidak ada antarmuka di dalam sistem yang memisahkan bagian-bagian dari sistem dengan komposisi atau struktur yang berbeda, maka sistem ini disebut homogen. Dengan demikian, suatu sistem yang terdiri dari berbagai bagian yang berbeda struktur atau komposisi kimianya disebut heterogen. Bagian-bagian ini disebut fase. Dengan demikian, fase adalah bagian dari sistem heterogen yang dibatasi oleh antarmuka dan dicirikan oleh sifat fisik dan kimia yang sama di semua titik. Setiap sistem terdiri dari satu atau lebih zat. Bahan kimia individu yang dapat diisolasi dari sistem dan berada di luarnya sendiri sebagai fase terpisah disebut zat penyusun sistem. Misalnya, di dalam gelas ada air di mana pelat platina diturunkan. Di atas kaca adalah campuran gas: oksigen, hidrogen dan nitrogen. Sistem ini adalah tiga fase, mengandung lima zat penyusun. 7 Keadaan termodinamika suatu sistem adalah sekumpulan nilai variabel bebas (parameter sistem) yang menentukan sifat-sifatnya. Setiap properti dari suatu sistem dapat disebut parameter keadaan termodinamika jika dianggap sebagai salah satu variabel independen yang menentukan keadaan sistem. Termodinamika menganggap materi sebagai media kontinu dan menggunakan parameter termodinamika seperti itu untuk penelitian yang merupakan hasil aksi sejumlah besar partikel (parameter makro). Misalnya, parameter makro dari reaksi kimia yang berlangsung bahkan dalam "kondisi normal" adalah suhu, tekanan, volume, konsentrasi, kekuatan medan gravitasi, magnet, listrik dan elektromagnetik, dll. "Kondisi normal" adalah suhu 20– 25 °C, tekanan atmosfer, mis. sekitar 101 kPa, percepatan gravitasi - rata-rata sekitar 9,8 m/s2, kuat medan magnet - rata-rata sekitar 40 A/m, kuat medan listrik - rata-rata sekitar 130 V/m, penerangan cahaya tampak - rata-rata sekitar 500 lux. Untuk mengkarakterisasi keadaan termodinamika suatu sistem, perlu untuk mengetahui tidak semua properti, tetapi hanya jumlah terkecil dari mereka, yang disebut parameter independen sistem. Sebagai aturan, ketika menggambarkan proses kimia yang terjadi di Bumi, kami tidak menunjukkan karakteristik medan, karena mereka konstan dan karenanya tidak mempengaruhi komposisi dan hasil produk reaksi. Jika proses kimia dilakukan di bawah kondisi medan magnet atau listrik yang kuat, atau di bawah penyinaran intens dengan ultraviolet, sinar-X, atau bahkan cahaya tampak, maka parameter medan akan memiliki pengaruh yang signifikan terhadap komposisi dan hasil produk reaksi. . Dalam hal ini, parameter bidang harus ditentukan. Parameter termodinamika dibagi menjadi ekstensif dan intensif. Besaran yang sebanding dengan massa (atau jumlah zat) dari fluida kerja atau sistem termodinamika disebut ekstensif, yaitu volume, energi dalam, entalpi, dll. Besaran intensif tidak bergantung pada massa sistem termodinamika. Ini adalah, misalnya, suhu dan tekanan. Tekanan adalah kuantitas fisik yang sama dengan rasio gaya yang didistribusikan secara merata di atas permukaan benda dengan luas permukaan yang terletak tegak lurus terhadap gaya: p \u003d S Satuan tekanan dalam SI - pascal (Pa) adalah tekanan yang disebabkan oleh gaya 1 N, terdistribusi merata pada permukaan 1 m2 yang terletak tegak lurus terhadap arah gaya: 1 N/m2 = 1 Pa. Dalam praktiknya, unit tekanan ganda dan sub-ganda digunakan: kilopascal 8 (103 Pa = 1 kPa); megapascal (106 Pa = 1 MPa); hectapascal (102 Pa = 1 hPa), serta unit off-sistem - bar (1 bar = 105 Pa). Menurut kesimpulan teori kinetika molekuler, tekanan gas adalah hasil tumbukan molekul-molekul yang bergerak terus-menerus secara acak terhadap dinding bejana. Hubungan paling sederhana antara parameter dan perilaku molekul diperoleh untuk gas ideal. Gas ideal dipahami sebagai gas yang terdiri dari molekul elastis, di antaranya tidak ada gaya interaksi, yang memiliki volume intrinsik yang sangat kecil dibandingkan dengan volume yang ditempati oleh gas. Setiap gas nyata pada tekanan yang relatif rendah (mendekati atmosfer) berperilaku praktis seperti gas ideal (tepat pada p → 0). Persamaan keadaan gas ideal - persamaan Mendeleev - Clapeyron memiliki bentuk: pV = nRT, di mana p adalah tekanan gas, Pa; V - volume, m3; n adalah jumlah gas, mol; R adalah konstanta gas universal yang sama dengan 8,314 J/(mol K); T adalah suhu mutlak, K. Suhu mencirikan keadaan termal sistem. Secara eksperimental, konsep benda yang lebih hangat dan lebih dingin dapat ditentukan, tetapi suhu tidak dapat diukur secara langsung. Itu ditentukan dari nilai numerik parameter fisik lain yang bergantung pada suhu, yang merupakan dasar untuk membangun skala suhu empiris. Berbagai besaran fisis dapat berfungsi sebagai parameter tersebut (parameter termometrik). Diantaranya adalah volume benda pada tekanan konstan, tekanan pada volume konstan, konduktivitas listrik, gaya gerak termoelektromotif, parameter geometri benda, kecerahan cahaya, dll. Alat untuk mengukur suhu disebut termometer. Untuk membangun skala suhu empiris, tiga asumsi digunakan: 1) ukuran derajat ditetapkan dengan memilih nilai numerik T antara dua titik suhu referensi - standar suhu; 2) posisi suhu nol dalam skala empiris adalah arbitrer; 3) diasumsikan bahwa fungsi termometrik linier dalam rentang suhu tertentu. Transisi fase zat murni digunakan sebagai titik referensi. Misalnya, untuk skala Celsius empiris, titik leleh dan titik didih air pada tekanan atmosfer (masing-masing 0 dan 100 derajat) diambil sebagai titik referensi. Interval antara suhu ini dibagi menjadi seratus bagian yang sama (derajat Celcius - °C). Meskipun skala suhu objektif dapat dibangun menggunakan fungsi termometrik yang didefinisikan secara teoritis, termodinamika menggunakan persamaan keadaan gas ideal sebagai fungsi tersebut. Termometer gas memungkinkan untuk melakukan pengukuran suhu yang paling akurat (mendekati skala suhu absolut - skala Kelvin). Namun, menentukan suhu pada skala termometer gas adalah pekerjaan yang agak sulit, yang dilakukan hanya untuk menetapkan suhu absolut dari beberapa titik referensi transisi fase, yang diambil sebagai titik referensi. Suhu menengah biasanya ditentukan dengan metode termometrik empiris. Skala Suhu Praktis Internasional (IPTS), yang diadopsi pada tahun 1954, adalah perkiraan paling akurat untuk skala suhu absolut pada tahap ini. Berbeda dengan skala empiris, MPSH menggunakan satu titik suhu referensi eksperimental. Suhu titik tripel air (ketika es, air, dan uap air berada dalam kesetimbangan pada saat yang sama) digunakan sebagai titik tersebut. Suhu titik tripel air diambil di IPTS sebagai 273,16 K (tepatnya). Pada tekanan atmosfer, es mencair 0,01° lebih rendah. Titik referensi pada skala Celsius - 0 °C - sesuai dengan 273,15 K. Nilai numerik suhu untuk semua titik referensi lainnya (kecuali titik tripel air) terus disempurnakan seiring dengan meningkatnya akurasi bekerja dengan termometer gas. Pada tahun 1968, dua belas titik referensi direkomendasikan sebagai titik suhu referensi, yang mencakup interval dari titik rangkap tiga hidrogen ke titik leleh emas. Saat ini suhu Celcius (t) dinyatakan sebagai hubungan dengan suhu mutlak (T), yaitu: T = 273,15 + t. Sifat-sifat sistem yang dapat dinyatakan dengan jelas sebagai fungsi suhu, tekanan, dan konsentrasi zat yang membentuk sistem disebut fungsi termodinamika. Misalnya kapasitas kalor, energi dalam, entropi, dll. Jika perubahan fungsi termodinamika hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir sistem dan tidak bergantung pada lintasan proses, maka fungsi demikian disebut keadaan fungsi sistem. Proses termodinamika adalah setiap perubahan dalam sistem yang terkait dengan perubahan setidaknya salah satu parameter termodinamika. Proses atau siklus melingkar adalah proses di mana sistem termodinamika, setelah meninggalkan beberapa keadaan awal dan mengalami serangkaian perubahan, kembali ke keadaan yang sama; dalam proses ini, perubahan parameter keadaan apa pun sama dengan nol. sepuluh
Awal kimia fisik diletakkan di pertengahan abad ke-18. Istilah "Kimia fisik", dalam pemahaman modern tentang metodologi sains dan pertanyaan tentang teori pengetahuan, adalah milik M. V. Lomonosov, yang untuk pertama kalinya membacakan "Kursus Kimia Fisika Sejati" untuk mahasiswa Universitas St. Petersburg . Dalam pembukaan kuliah ini, ia memberikan definisi berikut: "Kimia fisik adalah ilmu yang harus, berdasarkan ketentuan dan eksperimen ilmuwan fisika, menjelaskan alasan untuk apa yang terjadi melalui operasi kimia dalam tubuh yang kompleks." Ilmuwan dalam karya teori korpuskular-kinetik panasnya berurusan dengan masalah yang sepenuhnya memenuhi tugas dan metode di atas. Inilah sifat dari tindakan eksperimental yang berfungsi untuk mengkonfirmasi hipotesis individu dan ketentuan konsep ini. M. V. Lomonosov mengikuti prinsip-prinsip ini di banyak bidang penelitiannya: dalam pengembangan dan implementasi praktis "ilmu kaca" yang didirikan olehnya, dalam berbagai eksperimen yang ditujukan untuk mengkonfirmasi hukum kekekalan materi dan gaya (gerak); - dalam karya dan eksperimen yang berkaitan dengan doktrin solusi - ia mengembangkan program penelitian ekstensif tentang fenomena fisik dan kimia ini, yang sedang dalam proses pengembangan hingga saat ini.
Ini diikuti oleh istirahat lebih dari seratus tahun, dan salah satu studi fisikokimia pertama di Rusia pada akhir 1850-an dimulai oleh D. I. Mendeleev.
Kursus berikutnya dalam kimia fisik diajarkan oleh N. N. Beketov di Universitas Kharkov pada tahun 1865.
Departemen pertama kimia fisik di Rusia dibuka pada tahun 1914 di Fakultas Fisika dan Matematika Universitas St. Petersburg, pada musim gugur, seorang mahasiswa D.P. Konovalov, M.S. Vrevsky, mulai membaca kursus wajib dan kelas praktis dalam kimia fisik. .
Jurnal ilmiah pertama yang dimaksudkan untuk menerbitkan artikel tentang kimia fisik didirikan pada tahun 1887 oleh W. Ostwald dan J. van't Hoff.
Pokok bahasan kimia fisika
Kimia fisik adalah landasan teoretis utama kimia modern, menggunakan metode teoretis dari bagian penting fisika seperti mekanika kuantum, fisika statistik dan termodinamika, dinamika nonlinier, teori medan, dll. Ini mencakup doktrin struktur materi, termasuk: struktur molekul, termodinamika kimia, kinetika kimia dan katalisis. Sebagai bagian terpisah dalam kimia fisik, elektrokimia, fotokimia, kimia fisik fenomena permukaan (termasuk adsorpsi), kimia radiasi, teori korosi logam, kimia fisik senyawa makromolekul (lihat fisika polimer), dll. Juga dibedakan. untuk kimia fisik dan kadang-kadang dianggap sebagai bagian independen dari kimia koloid, analisis fisika-kimia dan kimia kuantum. Sebagian besar bagian kimia fisik memiliki batasan yang cukup jelas dalam hal objek dan metode penelitian, fitur metodologis dan peralatan yang digunakan.
Perbedaan antara kimia fisik dan fisika kimia
Molekuleritas reaksi elementer adalah jumlah partikel yang, menurut mekanisme reaksi yang ditetapkan secara eksperimental, berpartisipasi dalam tindakan dasar interaksi kimia. Reaksi monomolekul- reaksi di mana transformasi kimia dari satu molekul terjadi (isomerisasi, disosiasi, dll.): H 2 S → H 2 + S Reaksi bimolekular- reaksi, tindakan dasar yang dilakukan ketika dua partikel (identik atau berbeda) bertabrakan: CH 3 Br + KOH → CH 3 OH + KBr Reaksi trimolekul- reaksi, tindakan dasar yang dilakukan ketika tiga partikel bertabrakan: O 2 + NO + NO → 2NO 2 Reaksi dengan molekuleritas lebih besar dari tiga tidak diketahui. Untuk reaksi elementer yang dilakukan pada konsentrasi dekat zat awal, nilai molekuleritas dan orde reaksi adalah sama. Tidak ada hubungan yang jelas antara konsep molekuleritas dan orde reaksi, karena orde reaksi mencirikan persamaan kinetik reaksi, dan molekularitas mencirikan mekanisme reaksi. Bidang utama termodinamika kimia adalah:
Termodinamika kimia terkait erat dengan cabang-cabang kimia seperti:
Analisis fisika-kimiaTeori analisis fisikokimia didasarkan pada prinsip-prinsip korespondensi dan kontinuitas yang dirumuskan oleh N. S. Kurnakov. Prinsip kontinuitas menyatakan bahwa jika fase baru tidak terbentuk dalam sistem atau yang sudah ada tidak hilang, maka dengan perubahan terus-menerus dalam parameter sistem, sifat-sifat fase individu dan sifat-sifat sistem secara keseluruhan berubah terus menerus. . Prinsip korespondensi menyatakan bahwa setiap kompleks fase sesuai dengan gambar geometris tertentu pada diagram komposisi-properti. Teori reaktivitas senyawa kimiaKimia energi tinggi (HVE) mempelajari reaksi kimia dan transformasi yang terjadi dalam materi di bawah pengaruh energi nontermal. Mekanisme dan kinetika reaksi dan transformasi tersebut dicirikan oleh konsentrasi partikel yang cepat, tereksitasi atau terionisasi yang pada dasarnya tidak seimbang dengan energi yang lebih besar daripada energi gerak termalnya dan, dalam beberapa kasus, ikatan kimia. Pembawa energi non-termal yang bekerja pada materi: elektron dan ion yang dipercepat, neutron cepat dan lambat, partikel alfa dan beta, positron, muon, pion, atom dan molekul pada kecepatan supersonik, kuanta radiasi elektromagnetik, serta pulsa listrik, magnet dan bidang akustik. Proses kimia energi tinggi dibedakan oleh tahapan waktu menjadi fisik, terjadi dalam waktu femtodetik atau kurang, di mana energi non-termal didistribusikan secara tidak merata dalam medium dan "titik panas" terbentuk, fisik-kimia, selama yang dimanifestasikan ketidakseimbangan dan ketidakhomogenan di "titik panas" dan, akhirnya, kimia, di mana transformasi materi mematuhi hukum kimia umum. Akibatnya, ion dan keadaan tereksitasi dari atom dan molekul terbentuk pada suhu kamar yang tidak dapat muncul karena proses kesetimbangan. Manifestasi eksternal CHE adalah pembentukan ion dan keadaan tereksitasi atom dan molekul pada suhu kamar, di mana partikel-partikel ini tidak dapat muncul karena proses kesetimbangan. NE Ablesimov merumuskan prinsip relaksasi untuk mengontrol sifat-sifat sistem fisik dan kimia yang tidak seimbang. Dalam kasus ketika waktu relaksasi jauh lebih lama daripada durasi dampak fisik, dimungkinkan untuk mengontrol pelepasan bentuk kimia, fase dan, sebagai akibatnya, sifat zat (bahan), menggunakan informasi tentang mekanisme relaksasi. dalam sistem kondensasi nonequilibrium pada tahap fisikokimia proses relaksasi (termasuk jumlah dan selama operasi). Bagian utama dari HVE
lainnya. kimia laserKemampuan ionisasi dimiliki oleh radiasi elektromagnetik (sinar-X, radiasi , radiasi sinkrotron) dan aliran partikel yang dipercepat (elektron, proton, neutron, helion, ion berat; fragmen fisi inti berat, dll.), energi yang melebihi potensi ionisasi atom atau molekul ( dalam banyak kasus, terletak di kisaran 10-15 eV). Dalam kerangka kimia radiasi, beberapa proses kimia dianggap tidak mungkin dilakukan dengan menggunakan pendekatan kimia tradisional. Radiasi pengion dapat sangat mengurangi suhu reaksi kimia tanpa menggunakan katalis dan inisiator. Sejarah kimia radiasi Kimia radiasi muncul setelah penemuan sinar-x oleh W. Roentgen pada tahun 1895 dan radioaktivitas oleh A. Becquerel pada tahun 1896, yang merupakan orang pertama yang mengamati efek radiasi pada pelat fotografi. Karya pertama tentang kimia radiasi dilakukan pada tahun 1899-1903 oleh pasangan M.Curie dan P.Curie. Pada tahun-tahun berikutnya, jumlah terbesar penelitian dikhususkan untuk radiolisis air dan larutan berair. kimia nuklirArah utama kimia nuklir:
ElektrokimiaElektrokimia adalah cabang ilmu kimia yang mempertimbangkan sistem dan batas interfase ketika arus listrik mengalir melaluinya, proses dalam konduktor, pada elektroda (dari logam atau semikonduktor, termasuk grafit) dan dalam konduktor ionik (elektrolit) dipelajari. Elektrokimia menyelidiki proses |
Isi artikel
KIMIA FISIK, cabang ilmu kimia yang mempelajari sifat kimia zat berdasarkan sifat fisik atom dan molekul penyusunnya. Kimia fisik modern adalah bidang interdisipliner yang luas yang berbatasan dengan berbagai cabang fisika, biofisika, dan biologi molekuler. Ini memiliki banyak titik kontak dengan cabang-cabang ilmu kimia seperti kimia organik dan anorganik.
Ciri khas dari pendekatan kimia (sebagai lawan dari fisika dan biologi) adalah bahwa, bersama dengan deskripsi fenomena makroskopik, sifat mereka dijelaskan berdasarkan sifat-sifat molekul individu dan interaksi di antara mereka.
Perkembangan instrumental dan metodologi baru di bidang kimia fisik digunakan dalam cabang-cabang lain dari kimia dan ilmu-ilmu terkait, seperti farmakologi dan kedokteran. Contohnya termasuk metode elektrokimia, spektroskopi inframerah (IR) dan ultraviolet (UV), laser dan teknik resonansi magnetik, yang banyak digunakan dalam terapi dan untuk diagnosis berbagai penyakit.
Bagian utama kimia fisik secara tradisional dianggap: 1) termodinamika kimia; 2) teori kinetik dan termodinamika statistik; 3) pertanyaan tentang struktur molekul dan spektroskopi; 4) kinetika kimia.
Termodinamika kimia.
Termodinamika kimia secara langsung berkaitan dengan penerapan termodinamika - ilmu panas dan transformasinya - untuk masalah kesetimbangan kimia. Inti masalah dirumuskan sebagai berikut: jika ada campuran reagen (sistem) dan kondisi fisik di mana ia berada (suhu, tekanan, volume) diketahui, maka proses kimia dan fisika spontan apa yang dapat membawa sistem ini? untuk keseimbangan? Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa panas adalah suatu bentuk energi dan energi total suatu sistem (bersama dengan lingkungannya) tetap tidak berubah. Dengan demikian, hukum ini merupakan salah satu bentuk hukum kekekalan energi. Menurut hukum kedua, proses yang terjadi secara spontan menyebabkan peningkatan total entropi sistem dan lingkungannya. Entropi adalah ukuran jumlah energi yang tidak dapat digunakan sistem untuk melakukan pekerjaan yang bermanfaat. Hukum kedua menunjukkan arah di mana reaksi akan berlangsung tanpa pengaruh eksternal. Untuk mengubah sifat reaksi (misalnya, arahnya), Anda perlu mengeluarkan energi dalam satu atau lain bentuk. Dengan demikian, ia memberlakukan batasan ketat pada jumlah pekerjaan yang dapat dilakukan sebagai akibat dari konversi panas atau energi kimia yang dilepaskan dalam proses reversibel.
Kami berutang pencapaian penting dalam termodinamika kimia kepada J. Gibbs, yang meletakkan dasar teoritis ilmu ini, yang memungkinkan untuk menggabungkan hasil yang diperoleh oleh banyak peneliti dari generasi sebelumnya menjadi satu kesatuan. Pendekatan yang dikembangkan oleh Gibbs tidak membuat asumsi apapun tentang struktur mikroskopis materi, tetapi mempertimbangkan sifat keseimbangan sistem pada tingkat makro. Itulah sebabnya orang dapat berpikir bahwa hukum pertama dan kedua termodinamika bersifat universal dan akan tetap berlaku bahkan ketika kita mempelajari lebih banyak tentang sifat-sifat molekul dan atom.
Teori kinetik dan termodinamika statistik.
Termodinamika statistik (serta mekanika kuantum) memungkinkan untuk memprediksi posisi kesetimbangan untuk reaksi tertentu dalam fase gas. Dengan bantuan pendekatan mekanika kuantum, dimungkinkan untuk menggambarkan perilaku molekul kompleks dari sejumlah zat yang berada dalam keadaan cair dan padat. Namun, ada reaksi yang lajunya tidak dapat dihitung baik dalam kerangka teori kinetik atau dengan bantuan termodinamika statistik.
Sebuah revolusi nyata dalam termodinamika statistik klasik terjadi pada 1970-an. Konsep baru seperti universalitas (gagasan bahwa anggota dari beberapa kelas senyawa yang luas memiliki sifat yang sama) dan prinsip kesamaan (pendugaan jumlah yang tidak diketahui berdasarkan kriteria yang diketahui) telah menyebabkan pemahaman yang lebih baik tentang perilaku cairan di dekat titik kritis. titik, ketika perbedaan antara cair dan gas. Dengan menggunakan komputer, sifat-sifat cairan sederhana (argon cair) dan kompleks (air dan alkohol) dalam keadaan kritis disimulasikan. Baru-baru ini, sifat-sifat cairan seperti helium cair (yang perilakunya dijelaskan dengan sempurna dalam kerangka mekanika kuantum) dan elektron bebas dalam cairan molekuler telah diselidiki secara komprehensif menggunakan simulasi komputer (SUPERCONDUCTIVITY). Ini memungkinkan pemahaman yang lebih baik tentang sifat-sifat cairan biasa. Metode komputer yang dikombinasikan dengan perkembangan teoretis terbaru secara intensif digunakan untuk mempelajari perilaku larutan, polimer, misel (partikel koloid spesifik), protein, dan larutan ionik. Untuk memecahkan masalah kimia fisik, khususnya, untuk menggambarkan beberapa sifat sistem dalam keadaan kritis dan untuk mempelajari masalah fisika energi tinggi, metode matematis kelompok renormalisasi semakin banyak digunakan.
Struktur molekul dan spektroskopi.
Ahli kimia organik abad ke-19. mengembangkan aturan sederhana untuk menentukan valensi (kemampuan untuk menggabungkan) dari banyak unsur kimia. Misalnya, mereka menemukan bahwa valensi karbon adalah 4 (satu atom karbon dapat mengikat empat atom hidrogen untuk membentuk molekul metana CH 4), oksigen - 2, hidrogen - 1. Berdasarkan ide empiris berdasarkan data eksperimen, asumsi dibuat tentang susunan spasial atom dalam molekul (misalnya, molekul metana memiliki struktur tetrahedral, sedangkan atom karbon berada di tengah piramida segitiga, dan hidrogen berada di empat simpulnya). Namun, pendekatan ini tidak memungkinkan pengungkapan mekanisme pembentukan ikatan kimia, dan oleh karena itu, untuk memperkirakan ukuran molekul, untuk menentukan jarak yang tepat antara atom.
Dengan menggunakan metode spektroskopi yang dikembangkan pada abad ke-20, struktur molekul air (H 2 O), etana (C 2 H 6), dan kemudian molekul yang jauh lebih kompleks, seperti protein, ditentukan. Metode spektroskopi gelombang mikro (EPR, NMR) dan difraksi elektron memungkinkan untuk menetapkan panjang ikatan, sudut di antara mereka (sudut valensi) dan pengaturan timbal balik atom dalam molekul sederhana, dan analisis difraksi sinar-X - parameter serupa untuk molekul yang lebih besar yang membentuk kristal molekul. Penyusunan katalog struktur molekul dan penggunaan konsep sederhana valensi meletakkan dasar kimia struktural (L. Pauling adalah pionirnya) dan memungkinkan penggunaan model molekul untuk menjelaskan fenomena kompleks pada tingkat molekuler. Jika molekul tidak memiliki struktur yang pasti, atau jika parameter ikatan C-C dan C-H dalam kromosom sangat berbeda dengan yang ada pada molekul metana atau etana, maka dengan bantuan model geometris sederhana, J. Watson dan F. Crick tidak akan mampu membangun pada awal 1950-an untuk model heliks ganda yang terkenal dari asam deoksiribonukleat (DNA). Dengan mempelajari getaran atom dalam molekul menggunakan spektroskopi IR dan UV, dimungkinkan untuk menetapkan sifat gaya yang menahan atom dalam komposisi molekul, yang, pada gilirannya, mengarah pada gagasan adanya gerakan intramolekul. dan memungkinkan untuk mempelajari sifat termodinamika molekul ( Lihat di atas). Ini adalah langkah pertama untuk menentukan laju reaksi kimia. Selanjutnya, studi spektroskopi di wilayah UV membantu menetapkan mekanisme pembentukan ikatan kimia pada tingkat elektronik, yang memungkinkan untuk menggambarkan reaksi kimia berdasarkan gagasan transisi reaktan ke keadaan tereksitasi (seringkali di bawah aksi sinar tampak atau sinar UV). Bahkan ada seluruh bidang ilmiah - fotokimia. Spektroskopi resonansi magnetik nuklir (NMR) telah memungkinkan ahli kimia untuk mempelajari tahapan individu dari proses kimia yang kompleks dan untuk mengidentifikasi pusat aktif dalam molekul enzim. Metode ini juga memungkinkan untuk memperoleh gambar tiga dimensi dari sel utuh dan organ individu. FOTOKIMIA.
Teori valensi.
Menggunakan aturan empiris valensi yang dikembangkan oleh ahli kimia organik, sistem periodik unsur dan model atom planet Rutherford, G. Lewis menemukan bahwa kunci untuk memahami ikatan kimia adalah struktur elektronik materi. Lewis sampai pada kesimpulan bahwa ikatan kovalen terbentuk sebagai hasil sosialisasi elektron milik atom yang berbeda; dalam melakukannya, ia melanjutkan dari gagasan bahwa elektron yang mengikat terletak pada kulit elektron yang ditentukan secara ketat. Teori kuantum memungkinkan untuk memprediksi struktur molekul dan sifat ikatan kovalen yang terbentuk dalam kasus yang paling umum.
Gagasan kami tentang struktur materi, yang terbentuk karena keberhasilan fisika kuantum pada kuartal pertama abad ke-20, dapat diringkas sebagai berikut. Struktur atom ditentukan oleh keseimbangan gaya listrik tolak-menolak (antar elektron) dan tarik-menarik (antara elektron dan inti bermuatan positif). Hampir semua massa atom terkonsentrasi di inti, dan ukurannya ditentukan oleh jumlah ruang yang ditempati oleh elektron yang berputar di sekitar inti. Molekul terdiri dari inti yang relatif stabil yang disatukan oleh elektron yang bergerak cepat, sehingga semua sifat kimia zat dapat dijelaskan dalam hal interaksi listrik partikel elementer yang membentuk atom dan molekul. Dengan demikian, ketentuan utama mekanika kuantum, mengenai struktur molekul dan pembentukan ikatan kimia, menjadi dasar untuk deskripsi empiris tentang struktur elektronik materi, sifat ikatan kimia, dan reaktivitas atom dan molekul.
Dengan munculnya komputer berkecepatan tinggi, dimungkinkan untuk menghitung (dengan akurasi rendah tetapi cukup) gaya yang bekerja antara atom dalam molekul poliatomik kecil. Teori valensi, berdasarkan simulasi komputer, saat ini merupakan alat kerja untuk mempelajari struktur, sifat gaya kimia dan reaksi dalam kasus di mana eksperimen sulit atau memakan waktu. Ini mengacu pada studi tentang radikal bebas yang ada di atmosfer dan nyala api atau terbentuk sebagai zat antara reaksi. Ada harapan bahwa suatu hari nanti sebuah teori berdasarkan perhitungan komputer akan dapat menjawab pertanyaan: bagaimana struktur kimia "menghitung" keadaan paling stabil mereka dalam waktu orde picoseconds, sambil memperoleh perkiraan yang sesuai, setidaknya dalam beberapa perkiraan , membutuhkan sejumlah besar waktu mesin.
Kinetika kimia
berkaitan dengan studi tentang mekanisme reaksi kimia dan penentuan tingkat mereka. Pada tingkat makroskopis, reaksi dapat direpresentasikan sebagai transformasi berturut-turut, di mana orang lain terbentuk dari satu zat. Misalnya, transformasi yang tampaknya sederhana
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O
sebenarnya terdiri dari beberapa tahapan yang berurutan:
H + O 2 → OH + O
O + H 2 → H O + H
H + O 2 → HO 2
HO 2 + H 2 → H 2 O + OH
dan masing-masing dicirikan oleh konstanta lajunya sendiri k. S. Arrhenius menyarankan bahwa suhu mutlak T dan konstanta laju reaksi k berhubungan dengan rasio k = A exp(- E Bertindak)/ RT, di mana TETAPI– faktor pra-eksponensial (disebut faktor frekuensi), E tindakan - energi aktivasi, R adalah konstanta gas. Untuk mengukur k dan T instrumen diperlukan untuk melacak peristiwa yang terjadi selama waktu sekitar 10–13 detik, di satu sisi, dan selama beberapa dekade (dan bahkan ribuan tahun), di sisi lain (proses geologi); juga perlu untuk dapat mengukur konsentrasi reagen yang sangat tidak stabil yang dapat diabaikan. Tugas kinetika kimia juga mencakup prediksi proses kimia yang terjadi dalam sistem yang kompleks (kita berbicara tentang proses biologis, geologis, atmosfer, pembakaran, dan sintesis kimia).
Untuk mempelajari reaksi fase gas "dalam bentuk murni" metode berkas molekul digunakan; dalam hal ini, molekul dengan keadaan kuantum yang ditentukan secara ketat bereaksi dengan pembentukan produk yang juga dalam keadaan kuantum tertentu. Eksperimen semacam itu memberikan informasi tentang gaya yang menyebabkan reaksi tertentu terjadi. Misalnya, dalam susunan berkas molekul, bahkan molekul kecil seperti CH 3 I dapat diorientasikan dengan cara tertentu dan laju tumbukan dalam dua reaksi "berbeda" dapat diukur:
K + ICH 3 → KI + CH 3
K + CH 3 I → KI + CH 3
di mana gugus CH 3 berorientasi berbeda terhadap atom kalium yang mendekat.
Salah satu masalah yang dihadapi kimia fisik (dan juga fisika kimia) adalah perhitungan konstanta laju reaksi. Di sini, teori keadaan transisi yang dikembangkan pada tahun 1930-an, yang menggunakan parameter termodinamika dan struktural, digunakan secara luas. Teori ini, dikombinasikan dengan metode fisika klasik dan mekanika kuantum, memungkinkan untuk mensimulasikan jalannya reaksi seolah-olah itu terjadi di bawah kondisi percobaan dengan balok molekul. Eksperimen sedang dilakukan pada eksitasi laser dari ikatan kimia tertentu, yang memungkinkan untuk menguji kebenaran teori statistik penghancuran molekul. Teori sedang dikembangkan yang menggeneralisasi konsep fisik dan matematika modern dari proses kacau (misalnya, turbulensi). Kami belum sepenuhnya memahami sifat interaksi intra dan antarmolekul, mengungkapkan mekanisme reaksi yang terjadi pada permukaan dengan sifat yang diinginkan, dan menetapkan struktur pusat katalitik enzim dan kompleks logam transisi. Pada tingkat mikroskopis, bekerja pada kinetika pembentukan struktur kompleks seperti kepingan salju atau dendrit (kristal dengan struktur pohon) dapat dicatat, yang merangsang pengembangan simulasi komputer berdasarkan model sederhana dari teori dinamika nonlinier; ini membuka prospek untuk menciptakan pendekatan baru untuk menggambarkan struktur dan pengembangan sistem yang kompleks.
edisi ke-3, rev. - M.: Sekolah Tinggi, 2001 - 512 hal., 319 hal.
Buku teks disusun sesuai dengan program kimia fisika.
Bagian berikut dari kursus dirinci dalam buku pertama: dasar mekanika kuantum dari teori ikatan kimia, struktur atom dan molekul, metode spektral untuk mempelajari struktur molekul, termodinamika fenomenologis dan statistik, termodinamika larutan dan kesetimbangan fase.
Di bagian kedua dari bagian kursus kimia fisik, elektrokimia, kinetika kimia dan katalisis disajikan berdasarkan ide-ide yang dikembangkan di bagian pertama buku ini - struktur materi dan termodinamika statistik. Bagian `Katalisis` mencerminkan kinetika proses heterogen dan difusi, termodinamika adsorpsi dan pertanyaan tentang reaktivitas.
Untuk mahasiswa yang terdaftar dalam spesialisasi teknik kimia.
Buku 1.
Format: djvu
Ukuran: 11.2 MB
Unduh: drive.google
Buku 2.
Format: djvu
Ukuran: 7 MB
Unduh: drive.google
DAFTAR ISI Buku 1.
Kata pengantar. 3
Pendahuluan 6
Bagian satu. Pembuktian mekanika kuantum dari teori struktur molekul dan ikatan kimia
Bab 1. Struktur atom 9
1.1. Fitur mekanik kuantum mikropartikel 9
1.2. Atom hidrogen 11
1.3. Orbital atom dari atom mirip hidrogen 14
1.4. Putaran elektron 21
1.5. Atom multielektron 23
1.6. Prinsip Pauli 26
1.7. Konfigurasi elektron atom 28
Bab 2. Molekul. Metode teoritis yang digunakan dalam studi struktur molekul dan ikatan kimia 34
2.1. Molekul. permukaan potensial. Konfigurasi kesetimbangan 34
2.2. Teori ikatan kimia dan tugasnya. Persamaan Schrödinger untuk molekul 39
2.3. Metode variasi untuk menyelesaikan persamaan Schrödinger 42
2.4. Dua metode utama teori struktur molekul. Metode ikatan valensi dan metode orbital molekul 44
2.5. Ide dasar metode orbital molekul 49
2.6. Deskripsi perkiraan orbital molekul dalam metode MO LCAO 50
2.7. Molekul II dalam metode MO LCAO. Perhitungan energi dan fungsi gelombang dengan metode variasi 53
2.8. Molekul H dalam metode MO LCAO. Ikatan kovalen 58
Bab 3. Molekul diatomik dalam metode MO LCAO 62
3.1. Orbital molekul molekul diatomik homonuklear 62
3.2. Konfigurasi elektronik dan sifat molekul homonuklear yang dibentuk oleh atom unsur periode pertama dan kedua 65
3.3. Molekul diatomik heteronuklear 73
3.4. koneksi kutub. Momen dipol listrik suatu molekul 78
3.5. Saturasi ikatan kovalen 81
3.6. Ikatan donor-akseptor 82
3.7. Ikatan ionik. Derajat polaritas ikatan kimia 84
Bab 4. Molekul poliatomik dalam metode MO 88
4.1. Orbital molekul dalam molekul poliatomik. Simetri orbit. Orbital terdelokalisasi dan terlokalisasi. molekul HgO 88
4.2. Deskripsi molekul metana. MO yang terdelokalisasi dan terlokalisasi. Hibridisasi orbital 95
4.3. Pada prediksi konfigurasi kesetimbangan molekul 99
4.4. Molekul Tidak Kaku 101
4.5. Molekul dengan ikatan rangkap dalam metode MO LCAO 104
4.6. Metode Huckel 108
4.7. Deskripsi sistem aromatik dalam metode MOX 110
4.8. Ikatan kimia dalam senyawa koordinasi. Teori medan ligan 117
4.9. Ikatan ion dalam kristal 126
Bab 5. Interaksi antarmolekul 129
5.1. gaya Van der Waals. Jenis interaksi non-spesifik lainnya 129
5.2. Ikatan hidrogen 136
Bagian dua. Metode spektral untuk mempelajari struktur dan keadaan energi molekul
Bab 6. Informasi umum tentang spektrum molekul. Elemen teori spektrum molekul 141
6.1. Gerak intramolekul dan spektrum elektromagnetik. 141
6.2. Spektrum molekul emisi, penyerapan dan hamburan Raman. Spektrum EPR dan NMR 145
6.3. Spektrum rotasi molekul diatomik (perkiraan rotator kaku) 150
6.4. Spektrum getaran-rotasi dari molekul diatomik. Perkiraan Osilator Harmonik 156
6.5. Molekulnya adalah osilator anharmonik. Struktur spektrum getaran 162
6.6. Spektrum elektronik. Penentuan energi disosiasi molekul diatomik 169
6.7. Spektrum rotasi dan molekul poliatomik ketat.... 171
6.8. Getaran, spektrum dan struktur molekul poliatomik 175
6.9. Penggunaan spektrum vibrasi untuk menentukan struktur molekul 180
6.10. Pengaruh interaksi antarmolekul medium dan keadaan agregasi pada spektrum vibrasi 183
Bagian tiga. Termodinamika kimia
Bab 7. Konsep umum. Hukum pertama termodinamika dan penerapannya 186
7.1. Pokok bahasan dan tugas termodinamika kimia 186
7.2. Konsep dasar dan definisi termodinamika kimia 188
7.3. Hukum pertama termodinamika. Proses non-sirkular 199
7.4. Kapasitas panas 202
7.5. Pengaruh suhu pada kapasitas panas. Seri suhu .. 208
7.6. Teori kuantum kapasitas panas materi kristal 211
7.7. Teori kuantum-statistik kapasitas panas zat gas 215
7.8. efek termal. Hukum Hess 217
7.9. Penerapan hukum Hess untuk perhitungan efek termal 220
7.10. Ketergantungan efek termal pada suhu. Persamaan Kirchhoff 227
Bab 8. Hukum kedua termodinamika dan penerapannya 235
8.1. Proses spontan dan tidak spontan. Hukum Kedua Termodinamika 235
8.2. Entropi 236
8.3. Perubahan entropi dalam proses non-statis 239
8.4. Perubahan entropi sebagai kriteria arah dan keseimbangan dalam "sistem 240" yang terisolasi
8.5. Fungsi karakteristik. Potensi termodinamika 241
8.6. Kriteria kemungkinan proses spontan dan kesetimbangan dalam sistem tertutup 249
8.7. Perubahan entropi dalam beberapa proses 251
8.8. Energi Gibbs campuran gas ideal. Potensi kimia 261
8.9. Kondisi umum kesetimbangan kimia 265
8.10. Hukum massa aktif. Konstanta kesetimbangan untuk reaksi fase gas 266
8.11. Persamaan reaksi isoterm 271
8.12. Menggunakan hukum aksi massa untuk menghitung komposisi campuran kesetimbangan 273
8.13. Pengaruh suhu pada kesetimbangan kimia. Persamaan reaksi isobar 282
8.14. Bentuk integral ketergantungan energi Gibbs dan konstanta kesetimbangan pada suhu 284
8.15. Kesetimbangan kimia dalam sistem heterogen 286
Bab 9. Hukum Ketiga Termodinamika dan Perhitungan Kesetimbangan Kimia 289
9.1. Teorema Nernst Termal. Hukum ketiga termodinamika 289
9.2. Perhitungan perubahan energi Gibbs standar dan konstanta kesetimbangan dengan metode Temkin - Schwartzman 294
9.3. Perhitungan perubahan energi Gibbs standar dan konstanta kesetimbangan menggunakan fungsi energi Gibbs tereduksi 297
9.4. Reaksi adiabatik 299
Bab 10. Kesetimbangan kimia dalam sistem nyata 303
10.1. Fugasitas dan koefisien fugasitas gas 303
10.2. Perhitungan kesetimbangan kimia dalam sistem gas nyata pada tekanan tinggi 312
10.3. Perhitungan kesetimbangan kimia dalam sistem di mana beberapa reaksi terjadi secara bersamaan 314
Bab 11. Pengantar termodinamika statistik 320
11.1. Fisika statistik dan termodinamika statistik. Deskripsi makroskopik dan mikroskopis keadaan sistem 320
11.2. Deskripsi mikroskopis keadaan dengan metode mekanika klasik 323
11.3. Deskripsi mikroskopis keadaan dengan metode mekanika kuantum. Statistik kuantum 324
11.4. Dua jenis rata-rata (rata-rata mikrokanonik dan kanonik) 325
11.5. Hubungan antara entropi dan bobot statistik. Sifat statistik hukum kedua termodinamika 326
11.6. Sistem termostat. Distribusi Canonical Gibbs. 330
11.7. Jumlah atas keadaan sistem dan hubungannya dengan energi. Helmholtz 335
11.8. Jumlah atas keadaan partikel 337
11.9. Ekspresi fungsi termodinamika dalam hal jumlah atas keadaan sistem 340
11.10. Jumlah atas keadaan sistem osilator harmonik satu dimensi. Sifat termodinamika padatan monoatomik menurut teori Einstein 343
11.11. Statistik kuantum Boltzmann. Hukum Maxwell tentang distribusi kecepatan molekul 346
11.12. Fermi - Dirac dan Bose - statistik Einstein 352
11.13 Rumus umum untuk menghitung fungsi termodinamika dari data molekuler 353
11.14 Perhitungan fungsi termodinamika gas ideal dengan asumsi rotasi kaku dan getaran harmonik molekul 357
Bagian empat. Solusi
Bab 12. Karakteristik umum dari solusi 365
12.1. Klasifikasi mortar 365
12.2. Konsentrasi larutan 367
5 12.3. Kekhususan solusi. Peran interaksi antarmolekul dan kimia, konsep solvasi 368
12.4. Arah utama dalam pengembangan teori solusi 372
12.5. Kondisi termodinamika untuk pembentukan larutan 374
12.6. Nilai molar parsial 375
12.7. Metode Dasar Menentukan Nilai Molar Parsial 379
12.8. Entalpi molar parsial dan relatif parsial 381
12.9. Panas pelarutan dan pengenceran 382
12.10 Sifat termodinamika larutan cair ideal 386
12.11.3 Hukum Raoult 390
12.12. Titik didih larutan ideal 392
12.13. Titik beku larutan ideal 395
12.14.0 tekanan smotik dari solusi ideal 397
12.15 Solusi tidak ideal 400
12.16. Solusi yang sangat encer, teratur, dan atermal 402
12.17. Aktivitas. Koefisien aktivitas. Status standar 404
12.18.0 koefisien smotik 407
12.19 Metode untuk menentukan kegiatan 409
12.20 Hubungan aktivitas dan koefisien aktivitas dengan sifat termodinamika larutan dan fungsi termodinamika berlebih 412
Bagian Lima Kesetimbangan Fase
Bab 13. Teori termodinamika kesetimbangan fasa 415
13.1. Konsep dasar 415
13.2. Kondisi kesetimbangan fase 418
13.3. Aturan fase Gibbs 419
Bab 14 Sistem Komponen Tunggal 421
14.1. Penerapan aturan fase Gibbs untuk sistem satu komponen 421
14.2. Transisi fase jenis pertama dan kedua 422
14.3. Persamaan Clapeyron - Clausius 425
14.4. Tekanan uap jenuh 423
14.5. Diagram keadaan sistem satu komponen 429
14.6. Diagram keadaan karbon dioksida 431
14.7. Diagram Status Air 432
14.8. Diagram keadaan belerang 433
14.9. Transisi fase enantiotropik dan monotropik 435
Bab 15. Sistem dua komponen 436
15.1. Metode analisis fisik dan kimia 436
15.2. Penerapan aturan fase Gibbs untuk sistem dua komponen 437
15.3. Gas kesetimbangan - larutan cair dalam sistem dua komponen 438
15.4. Cairan kesetimbangan - cairan dalam sistem dua komponen 442
15.5. Uap kesetimbangan - larutan cair dalam sistem dua komponen 444
15.6. Basa fisika dan kimia larutan distilasi 453
15.7. Kristal keseimbangan - larutan cair dalam sistem dua komponen 457
15.8. Kesetimbangan cairan - gas dan kristal - gas (uap) dalam sistem dua komponen 476
15-9. Perhitungan Diagram Negara 476
Bab 16. Sistem tiga komponen 482
16.1. Penerapan aturan fase Gibbs untuk sistem tiga komponen 482
16.2. Representasi grafis dari komposisi sistem tiga komponen 482
16.3. Kristal keseimbangan - larutan cair dalam sistem tiga komponen 484
16.4. Cairan kesetimbangan - cairan dalam sistem tiga komponen 489
16,5. Distribusi zat terlarut antara dua fase cair. Ekstraksi 491
Lampiran 495
Indeks 497
DAFTAR ISI Buku 2.
kata pengantar 3
Bagian enam. Elektrokimia
Bab 17. Larutan, elektrolit 4
17.1. Mata kuliah elektrokimia 4
17.2. Spesifisitas larutan elektrolit 5
17.3. Disosiasi elektrolit dalam larutan 6
17.4. Aktivitas ion rata-rata dan faktor aktivitas 10
17.5. Konsep dasar teori elektrostatik elektrolit kuat Debye dan Hückel 13
17.6. Konsep dasar teori asosiasi ion 22
17.7. Sifat termodinamika ion 24
17.8. Termodinamika solvasi ionik 28
Bab 18. Fenomena non-kesetimbangan dalam elektrolit. Konduktivitas listrik elektrolit 30
18.1. Konsep dasar. Hukum Faraday 30
18.2. Pergerakan ion dalam medan listrik. nomor transportasi ion. 32
18.3. Konduktivitas listrik elektrolit. Konduktivitas listrik 37
18.4. Konduktivitas listrik elektrolit. Konduktivitas listrik molar 39
18.5. Konduktivitas listrik molar ion hidronium dan hidroksida 43
18.6. Konduktivitas listrik larutan tidak berair 44
18.7. Konduktivitas listrik elektrolit padat dan cair 46
18.8. Konduktometri 47
Bab 19. Proses elektroda kesetimbangan 49
19.1. Konsep dasar 49
19.2. EMF dari sistem elektrokimia. Potensial elektroda 51
19.3. Terjadinya lompatan potensial pada antarmuka larutan-logam 53
19.4. Potensi difusi 55
19.5. Struktur lapisan ganda listrik pada antarmuka larutan-logam 56
19.6. Termodinamika sistem elektrokimia reversibel 60
19.7. Klasifikasi elektroda reversibel 64
19.8. Potensial elektroda dalam larutan tidak berair 74
19.9. Sirkuit elektrokimia 75
19.10. Penerapan teori sistem elektrokimia untuk mempelajari kesetimbangan dalam larutan 82
19.11. Potensiometri 85
Bagian tujuh. Kinetika reaksi kimia
Bab 20. Hukum kinetika kimia 93
20.1. Konsep dan definisi umum 93
20.2. Laju reaksi kimia 95
20.3. Hukum aksi massa dan prinsip kemandirian reaksi 101
Bab 21. Kinetika reaksi kimia dalam sistem tertutup. 105
21.1. Reaksi orde satu sepihak 105
21.2. Reaksi Orde Kedua Sepihak 109
21.3. Reaksi satu arah orde ke-n 111
21.4. Metode untuk menentukan orde reaksi 112
21.5. Reaksi bilateral orde pertama 113
21.6. Reaksi bilateral orde kedua 116
21.T. Reaksi satu arah paralel 117
21.8. Reaksi sekuensial unilateral 119
21.9. Metode konsentrasi kuasi-stasioner 125
Bab 22. Kinetika reaksi dalam sistem terbuka 127
22.1. Kinetika reaksi dalam reaktor campuran sempurna 127
22.2. Kinetika reaksi dalam reaktor aliran sumbat 129
Bab 23. Teori tindakan dasar interaksi kimia 133
23.1. Tindakan kimia dasar 133
23.2. Teori tumbukan aktif 137
23.3. Teori kompleks teraktivasi 141
23.4. Faktor preeksponensial dalam persamaan Arrhenius menurut teori keadaan transisi 154
23.5. Simetri MO dan energi aktivasi reaksi kimia 159
Bab 24. Kinetika reaksi dalam larutan, reaksi berantai dan fotokimia 166
24.1. Fitur kinetika reaksi dalam larutan 166
24.2. Pengaruh medium pada konstanta laju reaksi 170
24.3. Kinetika reaksi ionik dalam larutan 178
24.4. Reaksi berantai 181
24.5. Reaksi fotokimia 189
Bab 25. Kinetika proses elektroda 196
25.1. Laju reaksi elektrokimia. pertukaran arus 196
25.2. Polarisasi elektroda 197
25.3. Tegangan lebih difusi 199
25.4. Tegangan lebih elektrokimia 205
25.5. Jenis lain dari tegangan lebih 210
5 25.6. Metode suhu-kinetik untuk menentukan sifat polarisasi dalam proses elektrokimia 211
25.7. Tegangan lebih selama evolusi hidrogen elektrolitik 213
25.8. Elektrolisa. Tegangan dekomposisi 217
25.9. Fenomena polarisasi pada sumber kimia arus listrik 220
25.10. Korosi elektrokimia logam. kepasifan logam. Metode perlindungan korosi 222
Bagian delapan. Katalisis
Bab 26. Prinsip-prinsip aksi katalitik 228
26.1. Konsep dan definisi dasar 228
26.2. Fitur kinetika reaksi katalitik 232
26.3. Energi aktivasi reaksi katalitik 237
26.4. Interaksi reagen dengan katalis dan prinsip kerja katalitik 241
Bab 27. Katalisis homogen 245
27.1. Katalisis asam-basa 246
27.2. Katalisis redoks 255
27.3. Katalisis enzimatik 260
27.4. Autocatalysis, penghambatan dan reaksi katalitik periodik 266
27,5. Aplikasi dalam industri dan prospek pengembangan katalisis homogen 271
Bab 28. Katalisis heterogen. 273
28.1. Struktur permukaan katalis heterogen 273
28.2. Adsorpsi sebagai tahap reaksi katalitik heterogen 277
28.3. Mekanisme reaksi katalitik heterogen 282
28.4. Kinetika reaksi katalitik heterogen pada permukaan yang sama-sama dapat diakses 285
28.5. Makrokinetik proses katalitik heterogen 292
28.6. Penerapan katalisis heterogen dalam industri 300
Sastra 303
Lampiran 305
Indeks 312
Isi 316
