Formule și concepte de bază ale chimiei fizice. Chimie Fizica

Ministerul Educației al Federației Ruse Universitatea Politehnică din Tomsk ________________________________________________________________________________ N. A. Kolpakova, V. A. Kolpakov, S. V. Romanenko Manual de chimie fizică Partea I Tomsk 2004 UDC 541.1 Chimie fizică. Manual / N.A. Kolpakova, V.A. Kolpakov, S.V. Romanenko. - Tomsk: Ed. TPU, 2004. - Partea 1. - 168 p. Manualul acoperă următoarele secțiuni ale „Chimiei fizice”: legile de bază ale termodinamicii, echilibrul chimic și de fază, termodinamica soluțiilor neelectrolitice. Manualul a fost intocmit la Departamentul de Chimie Fizica si Analitica a UTP si este destinat studentilor cursurilor prin corespondenta in specialitatile chimice. Publicat din ordinul Consiliului editorial și editorial al Universității Politehnice din Tomsk Recenzători: Kurina L.N. – prof. Departamentul de Chimie Fizică, TSU, Doctor în Chimie. științe; Buinovsky A.S. - Cap. cafenea Chimie TPU STU, doctor în chimie. Științe. © Universitatea Politehnică Tomsk, 2004 © Autorii, 2004 CAPITOLUL 1 . INTRODUCERE ÎN CHIMIA FIZICĂ 1.1. SCURT SCHEMA ISTORIC A DEZVOLTĂRII CHIMIEI FIZICE Denumirea și definiția conținutului chimiei fizice a fost dată pentru prima dată de MV Lomonosov (1752): „Chimia fizică este o știință care, pe baza pozițiilor și experimentelor fizicienilor, trebuie explicați motivul a ceea ce se întâmplă prin operații chimice în corpuri complexe”. Predarea chimiei fizice în Rusia ca știință independentă a fost introdusă de prof. N. N. Beketov în 1860 la Universitatea Harkov. Cele mai importante studii teoretice și experimentale ale lui Lomonosov l-au condus la descoperiri care nu și-au pierdut semnificația nici acum. Lomonosov s-a apropiat de definiția corectă a principiului conservării materiei și a mișcării, a naturii cinetice a căldurii și a remarcat, de asemenea, imposibilitatea unui transfer spontan de căldură de la un corp mai rece la unul mai cald, care este în prezent una dintre formulări. a celui de-al doilea drept al termodinamicii. Pe parcursul secolului următor s-au efectuat cercetări, pe baza cărora s-au făcut multe descoperiri și generalizări importante. KV Scheele în Suedia (1773) și Fontana în Franța (1777) au descoperit adsorbția gazelor; T. E. Lovits în Rusia (1785) a descoperit adsorbția din soluții. A. L. Lavoisier și P. S. Laplace în Franța (1779–1784) au studiat capacitățile termice ale substanțelor și efectele termice ale reacțiilor. La începutul secolului al XIX-lea. G. Davy în Anglia și L. J. Tenard în Franța au descoperit reacțiile catalitice, iar J. J. Berzelius în Suedia (1835) a dezvoltat în continuare ideea de cataliză. Bazele electrochimiei au fost puse prin cercetarea celulelor galvanice, electroliza și transferul de curent în electroliți. Galvani și A. Volta în Italia au creat în 1799 o celulă galvanică. VV Petrov în Rusia (1802) a descoperit fenomenul arcului electric. T. Grotgus în Rusia în 1805 a pus bazele teoriei electrolizei. În 1800, G. Davy a avansat teoria electrochimică a interacțiunii substanțelor: a folosit pe scară largă electroliza pentru cercetarea chimică. M. Faraday, elev al lui Davy, în 1833-1834 a formulat legile cantitative ale electrolizei. B. S. Yakobi în Rusia, rezolvând problemele utilizării practice a procesului de electroliză, descoperit în 1836 galvanoplastie. În prima jumătate a secolului al XIX-lea. datorită lucrărilor lui D. Dalton în Anglia (1801–1803), JL Gay-Lussac în Franța (1802) și A. Avogadro în Italia (1811), care au descoperit cele mai importante legi ale stării gazoase, ideile atomiste au fost pe scară largă dezvoltat. Lucrările lui G. I. Hess (1802–1856) despre termochimie aparțin aceleiași perioade. C. Guldberg și P. Waage în Norvegia (1864–1867), J. W. Gibbs în SUA (1873–1878) au dezvoltat doctrina termodinamică a echilibrului chimic, iar A. L. Le Chatelier în Franța (1884) a descoperit principiul general al echilibrului de deplasare sub schimbarea condițiilor externe. În lucrările chimistului olandez J. H. van't Hoff, a fost dezvoltată teoria termodinamică a echilibrului chimic. El a dezvoltat, de asemenea, teoria cantitativă a soluțiilor diluate (1885–1889). Transferul energiei electrice în soluții a fost studiat în Germania de I. V. Gittorf și F. V. G. Kohlrausch. Omul de știință suedez S. A. Arrhenius s-a dezvoltat în 1883–1887. teoria disocierii electrolitice. A. M. Butlerov, care a creat teoria structurii compușilor organici, a lăsat o amprentă profundă asupra dezvoltării chimiei fizice. Marele chimist rus D. I. Mendeleev (1834–1907) a descoperit existența unei temperaturi critice (1860), a derivat ecuația generală de stare a gazelor (1874) și a dezvoltat teoria chimică a soluțiilor (1887). D. P. Konovalov (1889), un student al lui Mendeleev, este unul dintre fondatorii teoriei soluțiilor. La sfârşitul secolului al XIX-lea. s-au făcut o serie de descoperiri majore în domeniul doctrinei structurii materiei, care au dovedit complexitatea structurii atomului și au jucat un rol uriaș în dezvoltarea chimiei fizice. Printre acestea se numără descoperirile electronului de JB Perrin (1895) și J. Thomson (1897), natura cuantică a luminii de R. Planck (1900), existența presiunii luminoase de PN Lebedev (1899), studiul (din moment ce 1898 din ) fenomene de radioactivitate P. Curie și M. Sklodowska-Curie. Până la începutul secolului XX. chimia fizică a fost definită ca știința care studiază structura materiei, termodinamica chimică, inclusiv termochimia și teoria echilibrului, soluțiile, cinetica chimică și electrochimia. Au fost aplicate noi metode teoretice, iar studiile asupra structurii atomilor, moleculelor și cristalelor au ieșit în prim-plan. Doctrina structurii materiei, în special a structurii atomilor și moleculelor, s-a dezvoltat cel mai rapid în secolul al XX-lea. O realizare majoră în acest domeniu a fost teoria nucleară a atomului, propusă de E. Rutherford (1911) și dezvoltată în prima teorie cantitativă a atomului de hidrogen, elaborată de fizicianul danez N. Bohr (1913). Studiul naturii legăturii chimice și al structurii moleculelor s-a dezvoltat în paralel cu studiul structurii atomului. Până la începutul anilor 1920, W. Kossel și G. N. Lewis au dezvoltat bazele teoriei electronice a legăturilor chimice. VG Geitler și F. London (1927) au dezvoltat teoria mecanică cuantică a legăturilor chimice. Pe baza celor mai mari descoperiri ale fizicii în domeniul structurii atomice și folosind metodele teoretice ale mecanicii cuantice și fizicii statistice, precum și noi metode experimentale, cum ar fi analiza cu raze X, spectroscopie, spectroscopie de masă, metode magnetice, metoda de atomi etichetați și alții, fizicienii și chimiștii fizici au făcut pași mari în studierea structurii moleculelor și cristalelor și în înțelegerea naturii legăturii chimice. Teoria vitezei reacțiilor chimice, adică cinetica chimică, a fost foarte dezvoltată și acum este asociată în mod specific cu studiile structurii moleculelor și tăria legăturilor dintre atomi dintr-o moleculă. Au apărut și se dezvoltă cu succes noi ramuri ale chimiei fizice: magnetochimia, chimia radiațiilor, chimia fizică a polimerilor înalți, chimia fizică a silicaților, electrochimia gazelor etc. Ca și alte științe, chimia fizică și ramurile sale individuale au apărut sau au început să se dezvolte cu succes deosebit. în perioade în care una sau alta nevoie practică necesita dezvoltarea rapidă a unei ramuri de industrie, iar pentru această dezvoltare era nevoie de o bază teoretică solidă. Aici este necesar de remarcat studiile majore ale lui NS Kurnakov privind analiza fizico-chimică, munca în domeniul electrochimiei de către AN Frumkin, crearea teoriei reacțiilor în lanț de către NN Semenov și dezvoltarea teoriei catalizei eterogene de către AA. Balandin. Chimia fizică joacă un rol principal în rezolvarea numeroaselor probleme cu care se confruntă știința și practica chimică. În prezent, chimia fizică este o disciplină independentă cu metode proprii de cercetare și reprezintă baza teoretică pentru disciplinele de inginerie chimică aplicată. 1.2. SUBIECTUL ȘI OBIECTIVELE CHIMIEI FIZICE Chimia fizică este știința regularităților proceselor chimice și ale fenomenelor fizice. Sarcina principală a chimiei fizice este studiul și explicarea principalelor regularități care determină direcția proceselor chimice, viteza acestora, influența mediului, impuritățile, radiațiile și condițiile de obținere a randamentului maxim al unui produs util. Studiul chimiei fizice face posibilă înțelegerea legilor chimiei, precum și predicția și controlul fenomenelor chimice. Chimia fizică modernă face posibilă rezolvarea problemelor de control eficient al producției, intensificare și automatizare a proceselor de producție. Acesta servește ca fundament teoretic al tehnologiei chimice. Procese de producție atât de importante în tehnologia chimică, cum ar fi sinteza și oxidarea amoniacului, producerea contactului de acid sulfuric, producția de etanol din gaze naturale, cracarea petrolului și multe altele se bazează pe rezultatele studiilor fizico-chimice ale reacțiilor care stau la baza acestor procese. 5 procese. Fără chimie fizică, este imposibil să se rezolve problema creării de substanțe cu proprietățile dorite, a dezvolta noi surse actuale și multe alte probleme de producție eficientă. Prin urmare, cunoștințele de chimie fizică pentru viitorii ingineri de proces deschide oportunități mari pentru rezolvarea diferitelor probleme întâlnite în activitățile practice ale unui inginer la fabrici și institute de cercetare. Denumirea științei - „chimie fizică” - reflectă atât istoria apariției ei la joncțiunea a două științe - fizica și chimie, cât și faptul că folosește pe scară largă legile teoretice și metodele experimentale ale fizicii în studiul fenomene chimice. 1.3. CLASIFICAREA METODELOR DE CHIMIE FIZICĂ În chimia fizică se folosesc mai multe metode teoretice.  Metoda chimică cuantică folosește proprietățile particulelor elementare pentru a descrie transformările chimice. Folosind legile mecanicii cuantice, sunt descrise proprietățile și reactivitatea moleculelor, precum și natura legăturii chimice pe baza proprietăților particulelor elementare care alcătuiesc moleculele.  Metoda termodinamică (fenomenologică) se bazează pe mai multe legi (postulate), care sunt o generalizare a datelor experimentale. Face posibilă, pe baza lor, să se afle proprietățile energetice ale sistemului, să se prezică cursul procesului chimic și rezultatul acestuia până la momentul de echilibru.  Metoda cuantică-statistică explică proprietăţile substanţelor pe baza proprietăţilor moleculelor care alcătuiesc aceste substanţe.  Metoda cinetică vă permite să stabiliți mecanismul și să creați o teorie a proceselor chimice prin studierea modificării vitezei reacțiilor chimice de la diverși factori. Chimia fizică se caracterizează prin utilizarea pe scară largă a matematicii, care nu numai că face posibilă exprimarea cât mai exactă a legilor teoretice, dar este și un instrument necesar pentru stabilirea acestora. 6 CAPITOLUL 2 . LEGILE DE BAZĂ ALE TERMODINAMICII Cuvântul „termodinamică” provine din grecescul therme - căldură și dynamis - forță. Termodinamica este știința transformării diferitelor tipuri de energie dintr-unul în altul. Termodinamica chimică studiază transformarea diferitelor tipuri de energie care au loc în cursul reacțiilor chimice. 2.1. CONCEPTE DE BAZĂ ALE TERMODINAMICEI CHIMICE Un sistem este un corp separat sau un grup de corpuri care interacționează și separate de mediu printr-o înveliș (limită) reală sau imaginară. Un sistem deschis este un sistem care face schimb de substanțe (masă) și energie (de exemplu, căldură) cu mediul extern. Un sistem izolat (sau sistem închis) este un sistem care nu face schimb de căldură și nu funcționează cu mediul. Energia și volumul unui sistem izolat sunt constante în timp. Un exemplu de astfel de sistem este, de exemplu, un termos. Dacă granița nu trece căldura, atunci procesul care are loc în sistem se numește adiabatic. Atunci când un sistem schimbă căldură și lucrează cu mediul înconjurător, apar schimbări atât în ​​sistem, cât și în mediu. Sistemele termodinamice pot fi omogene sau eterogene. Dacă în interiorul sistemului nu există interfețe care să separe părți ale sistemului care diferă ca compoziție sau structură, atunci acest sistem se numește omogen. În consecință, un sistem format din diferite părți care diferă ca structură sau compoziție chimică se numește eterogen. Aceste părți se numesc faze. Astfel, o fază este o parte a unui sistem eterogen limitat de interfață și caracterizat prin aceleași proprietăți fizice și chimice în toate punctele. Fiecare sistem este format din una sau mai multe substanțe. Substanțele chimice individuale care pot fi izolate din sistem și există în afara acestuia ca o fază separată sunt numite substanțe constitutive ale sistemului. De exemplu, într-un pahar există apă în care se coboară o farfurie de platină. Deasupra sticlei este un amestec de gaze: oxigen, hidrogen si azot. Acest sistem este trifazat, conține cinci substanțe constitutive. 7 Starea termodinamică a unui sistem este un set de valori ale variabilelor independente (parametrii sistemului) care îi determină proprietățile. Orice proprietate a unui sistem poate fi numită parametru de stare termodinamică dacă este considerată una dintre variabilele independente care determină starea sistemului. Termodinamica consideră materia ca un mediu continuu și folosește pentru cercetare astfel de parametri termodinamici care sunt rezultatul acțiunii unui număr mare de particule (macroparametri). De exemplu, macroparametrii unei reacții chimice care se desfășoară chiar și în „condiții normale” sunt temperatura, presiunea, volumul, concentrația, puterea câmpurilor gravitaționale, magnetice, electrice și electromagnetice etc. „Condiții normale” este o temperatură de 20–25 °С, presiunea atmosferică, adică aproximativ 101 kPa, accelerația gravitației - în medie aproximativ 9,8 m/s2, intensitatea câmpului magnetic - în medie aproximativ 40 A/m, intensitatea câmpului electric - în medie aproximativ 130 V/m, iluminarea luminii vizibile - aproximativ 500 lux în medie. Pentru a caracteriza starea termodinamică a unui sistem, este necesar să se cunoască nu toate proprietățile, ci doar cel mai mic număr dintre ele, așa-numiții parametri independenți ai sistemului. De regulă, atunci când descriem un proces chimic care are loc pe Pământ, nu indicăm caracteristicile câmpului, deoarece acestea sunt constante și, prin urmare, nu afectează compoziția și randamentul produselor de reacție. Dacă procesul chimic se desfășoară în condiții de câmpuri magnetice sau electrice puternice sau sub iradiere intensă cu ultraviolete, raze X sau chiar lumină vizibilă, atunci parametrii câmpului vor avea un efect semnificativ asupra compoziției și randamentului produselor de reacție. . În acest caz, trebuie specificați parametrii câmpului. Parametrii termodinamici sunt împărțiți în extensii și intensivi. Mărimile proporționale cu masa (sau cantitatea de substanță) fluidului de lucru considerat sau a sistemului termodinamic se numesc extensive, sunt volum, energie internă, entalpie etc. Mărimile intensive nu depind de masa sistemului termodinamic. Acestea sunt, de exemplu, temperatura și presiunea. Presiunea este o mărime fizică egală cu raportul dintre o forță distribuită uniform pe suprafața unui corp și aria suprafeței situată perpendicular pe forță: p \u003d S Unitatea de presiune în SI - pascal (Pa) este presiunea cauzată de o forță de 1 N, uniform distribuită pe o suprafață de 1 m2 situată perpendicular pe direcția forței: 1 N/m2 = 1 Pa. În practică, se folosesc unități de presiune multiple și submultiple: kilopascal 8 (103 Pa = 1 kPa); megapascal (106 Pa = 1 MPa); hectapascal (102 Pa = 1 hPa), precum și o unitate în afara sistemului - bar (1 bar = 105 Pa). Conform concluziilor teoriei molecular-cinetice, presiunea unui gaz este rezultatul impactului moleculelor în mișcare continuă aleatorie împotriva peretelui vasului. Cele mai simple relații între parametrii și comportamentul moleculelor au fost obținute pentru un gaz ideal. Un gaz ideal este înțeles ca un gaz format din molecule elastice, între care nu există forțe de interacțiune, care au un volum intrinsec neglijabil de mic în comparație cu volumul ocupat de gaz. Orice gaz real la o presiune relativ scăzută (aproape de atmosferică) se comportă practic ca unul ideal (strict la p → 0). Ecuația de stare a unui gaz ideal - ecuația Mendeleev - Clapeyron are forma: pV = nRT, unde p este presiunea gazului, Pa; V - volum, m3; n este cantitatea de gaz, mol; R este constanta universală a gazului egală cu 8,314 J/(mol K); T este temperatura absolută, K. Temperatura caracterizează starea termică a sistemului. Experimental, pot fi stabilite conceptele unui corp mai cald și mai rece, dar temperatura nu poate fi măsurată direct. Se determină din valorile numerice ale altor parametri fizici care depind de temperatură, care stă la baza construirii scalelor empirice de temperatură. Ca atare parametri (parametri termometrici) pot servi diverse mărimi fizice. Printre acestea se numără volumul unui corp la presiune constantă, presiunea la volum constant, conductivitatea electrică, forța termoelectromotoare, parametrii geometrici ai corpurilor, luminozitatea strălucirii etc. Un dispozitiv pentru măsurarea temperaturii se numește termometru. Pentru a construi orice scară empirică de temperatură se folosesc trei ipoteze: 1) mărimea unui grad este stabilită prin alegerea valorii numerice a ∆T între două puncte de temperatură de referință - standarde de temperatură; 2) poziţia temperaturii zero în scale empirice este arbitrară; 3) se presupune că funcția termometrică este liniară într-un interval dat de temperatură. Tranzițiile de fază ale substanțelor pure sunt folosite ca puncte de referință. De exemplu, pentru scara empirică Celsius, punctele de topire și de fierbere ale apei la presiunea atmosferică (0, respectiv 100 de grade) sunt luate ca puncte de referință. Intervalul dintre aceste temperaturi este împărțit în o sută de părți egale (grade Celsius - °C). Deși o scară obiectivă de temperatură poate fi construită folosind orice funcție termometrică definită teoretic, termodinamica folosește ecuația de stare a gazului ideal ca atare funcție. Termometrul cu gaz face posibilă efectuarea celor mai precise măsurători de temperatură (aproape de scala de temperatură absolută - scara Kelvin). Totuși, determinarea temperaturii pe scara unui termometru cu gaz este o muncă destul de dificilă, care se efectuează doar pentru a stabili temperaturile absolute ale câtorva puncte de referință ale tranzițiilor de fază, luate drept referințe. Temperaturile intermediare sunt de obicei determinate prin metode termometrice empirice. Scala Internațională de Temperatură Practică (IPTS), adoptată în 1954, este cea mai precisă aproximare a scalei de temperatură absolută în stadiul actual. Spre deosebire de scalele empirice, MPST utilizează un punct de referință experimental de temperatură. Temperatura punctului triplu al apei (când gheața, apa și vaporii de apă sunt în echilibru în același timp) a fost folosită ca un astfel de punct. Temperatura punctului triplu al apei este luată în IPTS ca 273,16 K (exact). La presiunea atmosferică, gheața se topește cu 0,01° mai jos. Punctul de referință pe scara Celsius - 0 °C - corespunde cu 273,15 K. Valoarea numerică a temperaturilor pentru toate celelalte puncte de referință (cu excepția punctului triplu al apei) este rafinată continuu pe măsură ce crește precizia lucrului cu un termometru cu gaz. În 1968, au fost recomandate douăsprezece puncte de referință ca puncte de temperatură de referință, acoperind intervalul de la punctul triplu al hidrogenului până la punctul de topire al aurului. În prezent, temperatura Celsius (t) este exprimată ca o relație cu temperatura absolută (T), care este: T = 273,15 + t. Proprietățile unui sistem care pot fi exprimate fără ambiguitate ca funcții de temperatură, presiune și concentrație a substanțelor care alcătuiesc sistemul se numesc funcții termodinamice. De exemplu, capacitatea termică, energia internă, entropia etc. Dacă schimbarea funcției termodinamice depinde numai de starea inițială și finală a sistemului și nu depinde de calea procesului, atunci o astfel de funcție se numește stare functia sistemului. Un proces termodinamic este orice modificare a unui sistem asociată cu o modificare a cel puțin unuia dintre parametrii termodinamici. Un proces circular sau ciclu este un proces în care un sistem termodinamic, după ce a părăsit o stare inițială și a suferit o serie de modificări, revine la aceeași stare; în acest proces, modificarea oricărui parametru de stare este egală cu zero. 10

Începutul chimiei fizice a fost pus la mijlocul secolului al XVIII-lea. Termenul de „chimie fizică”, în înțelegerea modernă a metodologiei științei și a întrebărilor teoriei cunoașterii, aparține lui MV Lomonosov, care a citit pentru prima dată „Cursul de chimie fizică adevărată” studenților Universității din Sankt Petersburg. . În preambulul acestor prelegeri, el dă următoarea definiție: „Chimia fizică este o știință care trebuie, pe baza prevederilor și experimentelor fizicienilor, să explice motivul a ceea ce se întâmplă prin operații chimice în corpuri complexe”. Omul de știință în lucrările teoriei sale corpusculo-cinetice a căldurii se ocupă de probleme care îndeplinesc pe deplin sarcinile și metodele de mai sus. Tocmai aceasta este natura acțiunilor experimentale care servesc la confirmarea ipotezelor și prevederilor individuale ale acestui concept. M. V. Lomonosov a urmat aceste principii în multe domenii ale cercetării sale: în dezvoltarea și implementarea practică a „științei sticlei” fondată de el, în diferite experimente dedicate confirmării legii conservării materiei și a forței (mișcare); - în lucrări și experimente legate de doctrina soluțiilor - a dezvoltat un amplu program de cercetare asupra acestui fenomen fizic și chimic, aflat în proces de dezvoltare până în zilele noastre.

Aceasta a fost urmată de o pauză de peste o sută de ani, iar unul dintre primele studii fizico-chimice din Rusia la sfârșitul anilor 1850 a fost început de D. I. Mendeleev.

Următorul curs de chimie fizică a fost predat de N. N. Beketov la Universitatea din Harkov în 1865.

Prima secție de chimie fizică din Rusia a fost deschisă în 1914 la Facultatea de Fizică și Matematică a Universității din Sankt Petersburg, în toamnă, un student al DP Konovalov, MS Vrevsky, a început să citească cursul obligatoriu și orele practice de chimie fizică .

Prima revistă științifică destinată să publice articole despre chimie fizică a fost fondată în 1887 de W. Ostwald și J. van't Hoff.

Subiectul de chimie fizică

Chimia fizică este principalul fundament teoretic al chimiei moderne, folosind metodele teoretice ale unor secțiuni atât de importante ale fizicii precum mecanica cuantică, fizica statistică și termodinamica, dinamica neliniară, teoria câmpului etc. Include doctrina structurii materiei, inclusiv: structura moleculelor, termodinamica chimică, cinetica chimică și cataliză. Ca secțiuni separate în chimia fizică, electrochimia, fotochimia, chimia fizică a fenomenelor de suprafață (inclusiv adsorbția), chimia radiațiilor, teoria coroziunii metalelor, chimia fizică a compușilor macromoleculari (vezi fizica polimerilor), etc., se disting, de asemenea, foarte strâns adiacente. la chimia fizică și sunt uneori considerate ca secțiuni independente ale chimiei coloide, analizei fizico-chimice și chimiei cuantice. Cele mai multe secțiuni ale chimiei fizice au limite destul de clare în ceea ce privește obiectele și metodele de cercetare, caracteristicile metodologice și aparatul utilizat.

Diferența dintre chimia fizică și fizica chimică

Conținutul articolului

CHIMIE FIZICĂ, o ramură a chimiei care studiază proprietățile chimice ale substanțelor pe baza proprietăților fizice ale atomilor și moleculelor lor constitutive. Chimia fizică modernă este un domeniu interdisciplinar larg care se învecinează cu diferite ramuri ale fizicii, biofizicii și biologiei moleculare. Are multe puncte de contact cu ramuri ale științei chimice precum chimia organică și anorganică.

O trăsătură distinctivă a abordării chimice (spre deosebire de cea fizică și biologică) este că, împreună cu descrierea fenomenelor macroscopice, natura lor este explicată pe baza proprietăților moleculelor individuale și a interacțiunilor dintre ele.

Noile dezvoltări instrumentale și metodologice în domeniul chimiei fizice sunt utilizate în alte ramuri ale chimiei și științe conexe, cum ar fi farmacologia și medicina. Exemplele includ metode electrochimice, spectroscopie în infraroșu (IR) și ultraviolet (UV), tehnici cu laser și rezonanță magnetică, care sunt utilizate pe scară largă în terapie și pentru diagnosticarea diferitelor boli.

Principalele secțiuni ale chimiei fizice sunt considerate în mod tradițional: 1) termodinamica chimică; 2) teoria cinetică și termodinamică statistică; 3) întrebări privind structura moleculelor și spectroscopie; 4) cinetica chimică.

Termodinamica chimica.

Termodinamica chimică este direct legată de aplicarea termodinamicii - știința căldurii și a transformărilor sale - la problema echilibrului chimic. Esența problemei este formulată astfel: dacă există un amestec de reactivi (sistem) și sunt cunoscute condițiile fizice în care se află (temperatura, presiunea, volumul), atunci ce procese chimice și fizice spontane pot aduce acest sistem la echilibru? Prima lege a termodinamicii afirmă că căldura este o formă de energie și că energia totală a unui sistem (împreună cu mediul său) rămâne neschimbată. Astfel, această lege este una dintre formele legii conservării energiei. Conform celei de-a doua legi, un proces care are loc spontan duce la o creștere a entropiei totale a sistemului și a mediului său. Entropia este o măsură a cantității de energie pe care un sistem nu o poate folosi pentru a face o muncă utilă. A doua lege indică direcția în care reacția va merge fără influențe externe. Pentru a schimba natura reacției (de exemplu, direcția acesteia), trebuie să cheltuiți energie într-o formă sau alta. Astfel, impune limite stricte asupra cantității de muncă care poate fi efectuată ca urmare a conversiei căldurii sau energiei chimice eliberate într-un proces reversibil.

Realizări importante în termodinamică chimică îi datorăm lui J. Gibbs, care a pus bazele teoretice ale acestei științe, ceea ce a făcut posibilă combinarea rezultatelor obținute de mulți cercetători din generația anterioară într-un singur întreg. Abordarea dezvoltată de Gibbs nu face ipoteze cu privire la structura microscopică a materiei, ci ia în considerare proprietățile de echilibru ale sistemelor la nivel macro. De aceea se poate crede că prima și a doua lege ale termodinamicii sunt universale și vor rămâne valabile chiar și atunci când vom afla mult mai multe despre proprietățile moleculelor și atomilor.

Teoria cinetică și termodinamică statistică.

Termodinamica statistică (precum și mecanica cuantică) permite prezicerea poziției de echilibru pentru unele reacții în faza gazoasă. Cu ajutorul abordării mecanicii cuantice, este posibil să se descrie comportamentul moleculelor complexe ale unui număr de substanțe aflate în stare lichidă și solidă. Există însă reacții ale căror viteze nu pot fi calculate nici în cadrul teoriei cinetice, nici cu ajutorul termodinamicii statistice.

O adevărată revoluție în termodinamica statistică clasică a avut loc în anii 1970. Noile concepte precum universalitatea (noțiunea că membrii unor clase largi de compuși au aceleași proprietăți) și principiul similarității (estimarea cantităților necunoscute pe baza unor criterii cunoscute) au condus la o mai bună înțelegere a comportamentului lichidelor în apropierea zonei critice. punct, când distincția dintre lichid și gaz. Cu ajutorul unui computer, au fost simulate proprietățile lichidelor simple (argon lichid) și complexe (apă și alcool) în stare critică. Mai recent, proprietățile lichidelor precum heliul lichid (al cărui comportament este descris perfect în cadrul mecanicii cuantice) și ale electronilor liberi din lichidele moleculare au fost investigate cuprinzător folosind simulări pe computer (SUPERCONDUCTIVITATE). Acest lucru a permis o mai bună înțelegere a proprietăților lichidelor obișnuite. Metodele computerizate combinate cu cele mai recente dezvoltări teoretice sunt utilizate intensiv pentru a studia comportamentul soluțiilor, polimerilor, micelilor (particule coloidale specifice), proteinelor și soluțiilor ionice. Pentru a rezolva probleme de chimie fizică, în special, pentru a descrie unele proprietăți ale sistemelor în stare critică și pentru a studia probleme de fizică a energiei înalte, metoda matematică a grupului de renormalizare este din ce în ce mai utilizată.

Structura moleculelor și spectroscopie.

Chimii organici ai secolului al XIX-lea. a dezvoltat reguli simple pentru determinarea valenței (capacitatea de a combina) a multor elemente chimice. De exemplu, au descoperit că valența carbonului este 4 (un atom de carbon poate atașa patru atomi de hidrogen pentru a forma o moleculă de metan CH 4), oxigen - 2, hidrogen - 1. Pe baza ideilor empirice bazate pe date experimentale, au fost făcute presupuneri. despre aranjarea spațială a atomilor în molecule (de exemplu, molecula de metan are o structură tetraedrică, în timp ce atomul de carbon se află în centrul piramidei triunghiulare, iar hidrogenul se află în cele patru vârfuri ale sale). Cu toate acestea, această abordare nu a permis dezvăluirea mecanismului de formare a legăturilor chimice și, prin urmare, să se estimeze dimensiunea moleculelor, să se determine distanța exactă dintre atomi.

Folosind metode spectroscopice dezvoltate în secolul al XX-lea, a fost determinată structura moleculelor de apă (H 2 O), etan (C 2 H 6) și apoi molecule mult mai complexe, precum proteinele. Metodele de spectroscopie cu microunde (EPR, RMN) și difracția electronilor au făcut posibilă stabilirea lungimii legăturilor, a unghiurilor dintre ele (unghiuri de valență) și a aranjamentului reciproc al atomilor în molecule simple, precum și analiza de difracție cu raze X - parametri similari pentru molecule mai mari care formează cristale moleculare. Compilarea cataloagelor structurilor moleculare și utilizarea conceptelor simple de valență au pus bazele chimiei structurale (L. Pauling a fost pionierul acesteia) și a făcut posibilă utilizarea modelelor moleculare pentru a explica fenomene complexe la nivel molecular. Dacă moleculele nu aveau o structură definită, sau dacă parametrii legăturilor C–C și C–H din cromozomi erau foarte diferiți de cei din moleculele de metan sau etan, atunci cu ajutorul unor modele geometrice simple, J. Watson și F. Crick nu ar fi putut să construiască la începutul anilor 1950 pentru faimosul său model cu dublu helix de acid dezoxiribonucleic (ADN). Prin studierea vibrațiilor atomilor din molecule folosind spectroscopie IR și UV, a fost posibil să se stabilească natura forțelor care țin atomii în compoziția moleculelor, ceea ce, la rândul său, a condus la ideea prezenței mișcării intramoleculare. și a făcut posibilă studiul proprietăților termodinamice ale moleculelor ( Vezi deasupra). Acesta a fost primul pas către determinarea vitezei reacțiilor chimice. Mai mult, studiile spectroscopice din regiunea UV au ajutat la stabilirea mecanismului de formare a legăturilor chimice la nivel electronic, ceea ce a făcut posibilă descrierea reacțiilor chimice pe baza ideii de tranziție a reactanților la o stare excitată (adesea sub acțiune). de lumină vizibilă sau UV). Exista chiar și un întreg domeniu științific - fotochimia. Spectroscopia de rezonanță magnetică nucleară (RMN) a făcut posibil chimiștilor să studieze etapele individuale ale proceselor chimice complexe și să identifice centrii activi în moleculele de enzime. Această metodă a făcut posibilă, de asemenea, obținerea de imagini tridimensionale ale celulelor intacte și ale organelor individuale. FOTOCHIMIE.

Teoria valenței.

Folosind regulile empirice de valență dezvoltate de chimiștii organici, sistemul periodic de elemente și modelul planetar al atomului lui Rutherford, G. Lewis a descoperit că cheia înțelegerii legăturii chimice este structura electronică a materiei. Lewis a ajuns la concluzia că o legătură covalentă se formează ca urmare a socializării electronilor aparținând diferiților atomi; făcând acest lucru, el a pornit de la ideea că electronii de legare sunt localizați pe învelișuri de electroni strict definite. Teoria cuantică face posibilă prezicerea structurii moleculelor și a naturii legăturilor covalente formate în cazul cel mai general.

Ideile noastre despre structura materiei, care s-au format datorită succeselor fizicii cuantice din primul sfert al secolului al XX-lea, pot fi rezumate după cum urmează. Structura unui atom este determinată de echilibrul forțelor electrice de repulsie (între electroni) și de atracție (între electroni și un nucleu încărcat pozitiv). Aproape toată masa unui atom este concentrată în nucleu, iar dimensiunea acestuia este determinată de cantitatea de spațiu ocupată de electronii care se învârt în jurul nucleelor. Moleculele constau din nuclee relativ stabile ținute împreună de electroni care se mișcă rapid, astfel încât toate proprietățile chimice ale substanțelor pot fi explicate în termeni de interacțiune electrică a particulelor elementare care alcătuiesc atomii și moleculele. Astfel, principalele prevederi ale mecanicii cuantice, referitoare la structura moleculelor și formarea legăturilor chimice, creează baza pentru o descriere empirică a structurii electronice a materiei, a naturii legăturii chimice și a reactivității atomilor și moleculelor.

Odată cu apariția computerelor de mare viteză, a fost posibil să se calculeze (cu o precizie scăzută, dar suficientă) forțele care acționează între atomi în molecule poliatomice mici. Teoria valenței, bazată pe simularea computerizată, este în prezent un instrument de lucru pentru studierea structurilor, naturii forțelor chimice și a reacțiilor în cazurile în care experimentele sunt dificile sau consumatoare de timp. Aceasta se referă la studiul radicalilor liberi prezenți în atmosferă și flăcări sau formați ca intermediari de reacție. Există speranță că într-o zi o teorie bazată pe calcule computerizate va putea răspunde la întrebarea: cum își „calculează” structurile chimice starea cea mai stabilă într-un timp de ordinul picosecundelor, obținând în același timp estimările corespunzătoare, cel puțin într-o anumită aproximare , necesită o cantitate mare de timp de mașină.

Cinetica chimică

se ocupă cu studiul mecanismului reacţiilor chimice şi determinarea vitezelor acestora. La nivel macroscopic, reacția poate fi reprezentată ca transformări succesive, în timpul cărora se formează altele dintr-o substanță. De exemplu, transformarea aparent simplă

H2 + (1/2) O2 → H2O

constă de fapt din mai multe etape succesive:

H + O2 → OH + O

O + H2 → HO + H

H + O 2 → HO 2

HO2 + H2 → H2O + OH

iar fiecare dintre ele este caracterizată de propria sa constantă de viteză k. S. Arrhenius a sugerat că temperatura absolută Tși constanta vitezei de reacție k legate prin raport k = A exp(- E Act)/ RT, Unde DAR– factor pre-exponențial (așa-numitul factor de frecvență), E act - energie de activare, R este constanta gazului. Pentru măsurare kȘi T sunt necesare instrumente pentru a urmări evenimentele care au loc într-un timp de aproximativ 10–13 s, pe de o parte, și de-a lungul deceniilor (și chiar mileniilor), pe de altă parte (procese geologice); este de asemenea necesar să se poată măsura concentraţii neglijabile ale reactivilor extrem de instabili. Sarcina cineticii chimice include și predicția proceselor chimice care au loc în sisteme complexe (vorbim despre procese biologice, geologice, atmosferice, ardere și sinteză chimică).

Pentru a studia reacțiile în fază gazoasă „în formă pură” se folosește metoda fasciculelor moleculare; în acest caz, moleculele cu stări cuantice strict definite reacționează cu formarea de produse care se află și în anumite stări cuantice. Astfel de experimente oferă informații despre forțele care provoacă anumite reacții. De exemplu, într-o configurație a fasciculului molecular, chiar și molecule atât de mici precum CH 3 I pot fi orientate într-un anumit mod și ratele de coliziune în două reacții „diferite” pot fi măsurate:

K + ICH 3 → KI + CH 3

K + CH 3 I → KI + CH 3

unde gruparea CH3 este orientată diferit în raport cu atomul de potasiu care se apropie.

Una dintre problemele cu care se ocupă chimia fizică (și, de asemenea, fizica chimică) este calculul constantelor vitezei de reacție. Aici, teoria stării de tranziție dezvoltată în anii 1930, care folosește parametrii termodinamici și structurali, este utilizată pe scară largă. Această teorie, combinată cu metodele fizicii clasice și mecanicii cuantice, face posibilă simularea cursului unei reacții ca și cum ar avea loc în condițiile unui experiment cu fascicule moleculare. Se efectuează experimente privind excitarea cu laser a anumitor legături chimice, care fac posibilă testarea corectitudinii teoriilor statistice ale distrugerii moleculelor. Se dezvoltă teorii care generalizează conceptele fizice și matematice moderne ale proceselor haotice (de exemplu, turbulența). Nu suntem atât de departe de a înțelege pe deplin natura atât a interacțiunilor intra- cât și a intermoleculare, de a dezvălui mecanismul reacțiilor care au loc pe suprafețele cu proprietăți dorite și de a stabili structura centrilor catalitici ai enzimelor și a complexelor metalelor tranziționale. La nivel microscopic, se remarcă lucrări privind cinetica de formare a unor structuri complexe precum fulgii de zăpadă sau dendritele (cristale cu structură arborescentă), care au stimulat dezvoltarea simulărilor pe calculator bazate pe modele simple ale teoriei dinamicii neliniare; aceasta deschide perspective pentru crearea de noi abordări pentru descrierea structurii și dezvoltării sistemelor complexe.

Ed. a 3-a, rev. - M.: Şcoala superioară, 2001 - 512 p., 319 p.

Manualul este întocmit în conformitate cu programul de chimie fizică.

În prima carte sunt detaliate următoarele secțiuni ale cursului: bazele mecanicii cuantice ale teoriei legăturilor chimice, structura atomilor și moleculelor, metode spectrale de studiere a structurii moleculare, termodinamica fenomenologică și statistică, termodinamica soluțiilor și echilibrele de fază.

În a doua parte a secțiunii cursului de chimie fizică, electrochimia, cinetica chimică și cataliză sunt prezentate pe baza conceptelor dezvoltate în prima parte a cărții - structura materiei și termodinamica statistică. Secțiunea „Cataliză” reflectă cinetica proceselor eterogene și de difuzie, termodinamica adsorbției și problemele de reactivitate.

Pentru studenții înscriși la specialitățile de inginerie chimică.

Cartea 1.

Format: djvu

Mărimea: 11,2 MB

Descarca: drive.google

Cartea 2.

Format: djvu

Mărimea: 7 MB

Descarca: drive.google

CUPRINS Cartea 1.
Prefaţă. 3
Introducere 6
Secțiunea unu. Fundamentarea mecanică cuantică a teoriei structurii moleculare și a legăturii chimice
Capitolul 1. Structura atomului 9
§ 1.1. Caracteristicile mecanicii cuantice ale microparticulelor 9
§ 1.2. Atomul de hidrogen 11
§ 1.3. Orbitali atomici ai unui atom asemănător hidrogenului 14
§ 1.4. Spinul electronilor 21
§ 1.5. Atomi multielectroni 23
§ 1.6. Principiul Pauli 26
§ 1.7. Configurațiile electronice ale atomilor 28
Capitolul 2. Molecule. Metode teoretice utilizate în studiul structurii moleculelor și a legăturilor chimice 34
§ 2.1. Moleculă. suprafata potentiala. Configurarea echilibrului 34
§ 2.2. Teoria legăturii chimice și problemele acesteia. Ecuația Schrödinger pentru molecule 39
§ 2.3. Metoda variațională pentru rezolvarea ecuației Schrödinger 42
§ 2.4. Două metode principale ale teoriei structurii moleculelor. Metoda legăturii de valență și metoda orbitalelor moleculare 44
§ 2.5. Idei de bază ale metodei orbitalelor moleculare 49
§ 2.6. Descrierea aproximativă a orbitalului molecular în metoda MO LCAO 50
§ 2.7. Molecula II în metoda MO LCAO. Calcularea energiei și a funcției de undă prin metoda variațională 53
§ 2.8. Molecula H în metoda MO LCAO. Legătura covalentă 58
Capitolul 3. Molecule diatomice în metoda MO LCAO 62
§ 3.1. Orbitali moleculari ai moleculelor diatomice homonucleare 62
§ 3.2. Configurații electronice și proprietăți ale moleculelor homonucleare formate din atomi de elemente din prima și a doua perioadă 65
§ 3.3. Molecule diatomice heteronucleare 73
§ 3.4. conexiune polară. Momentul dipol electric al unei molecule 78
§ 3.5. Saturația unei legături covalente 81
§ 3.6. Legătura donor-acceptor 82
§ 3.7. Legătură ionică. Gradul de polaritate al legăturii chimice 84
Capitolul 4. Molecule poliatomice în metoda MO 88
§ 4.1. Orbitali moleculari în molecule poliatomice. Simetria orbitală. Orbitali delocalizați și localizați. Molecula de HgO 88
§ 4.2. Descrierea moleculei de metan. MO delocalizate și localizate. Hibridarea orbitalilor 95
§ 4.3. Despre predicția configurațiilor de echilibru ale moleculelor 99
§ 4.4. Molecule nerigide 101
§ 4.5. Molecule cu legături multiple în metoda MO LCAO 104
§ 4.6. Metoda Hückel 108
§ 4.7. Descrierea sistemelor aromatice în metoda MOX 110
§ 4.8. Legătura chimică în compușii de coordonare. Teoria câmpului ligand 117
§ 4.9. Legătura ionică într-un cristal 126
Capitolul 5. Interacțiunea intermoleculară 129
§ 5.1. Forțele Van der Waals. Alte tipuri de interacțiuni nespecifice 129
§ 5.2. Legătura de hidrogen 136
Secțiunea a doua. Metode spectrale pentru studiul structurii și stărilor energetice ale moleculelor
Capitolul 6. Informaţii generale despre spectre moleculare. Elemente ale teoriei spectrelor moleculare 141
§ 6.1. Mișcarea intramoleculară și spectrul electromagnetic. 141
§ 6.2. Spectrele moleculare de emisie, absorbție și împrăștiere Raman. Spectre EPR și RMN 145
§ 6.3. Spectrul de rotație al unei molecule diatomice (aproximarea rotatorului rigid) 150
§ 6.4. Spectrul vibrațional-rotațional al unei molecule diatomice. Aproximarea oscilatorului armonic 156
§ 6.5. Molecula este un oscilator anarmonic. Structura spectrului vibrațional 162
§ 6.6. Spectre electronice. Determinarea energiei de disociere a moleculelor diatomice 169
§ 6.7. Spectre de rotație și molecule poliatomice stricte.... 171
§ 6.8. Vibrațiile, spectrul și structura moleculelor poliatomice 175
§ 6.9. Utilizarea spectrelor vibraționale pentru a determina structura moleculelor 180
§ 6.10. Influența interacțiunii intermoleculare a mediului și a stării de agregare asupra spectrului vibrațional 183
Secțiunea a treia. Termodinamica chimica
Capitolul 7. Concepte generale. Prima lege a termodinamicii și aplicarea ei 186
§ 7.1. Subiectul și sarcinile termodinamicii chimice 186
§ 7.2. Concepte de bază și definiții ale termodinamicii chimice 188
§ 7.3. Prima lege a termodinamicii. Procese necirculare 199
§ 7.4. Capacitate termica 202
§ 7.5. Influența temperaturii asupra capacității termice. Seria de temperatură.. 208
§ 7.6. Teoria cuantică a capacității termice a materiei cristaline 211
§ 7.7. Teoria statistică cuantică a capacității termice a unei substanțe gazoase 215
§ 7.8. efecte termice. Legea Hess 217
§ 7.9. Aplicarea legii lui Hess la calculul efectelor termice 220
§ 7.10. Dependența efectului termic de temperatură. Ecuația lui Kirchhoff 227
Capitolul 8. A doua lege a termodinamicii și aplicarea ei 235
§ 8.1. Procese spontane și nespontane. A doua lege a termodinamicii 235
§ 8.2. Entropia 236
§ 8.3. Modificarea entropiei în procesele non-statice 239
§ 8.4. Modificarea entropiei ca criteriu de direcționalitate și echilibru într-un „sistem izolat 240
§ 8.5. Funcții caracteristice. Potențiale termodinamice 241
§ 8.6. Criterii pentru posibilitatea unui proces spontan și echilibru în sisteme închise 249
§ 8.7. Modificarea entropiei în unele procese 251
§ 8.8. Energia Gibbs a unui amestec de gaze ideale. Potențial chimic 261
§ 8.9. Condiții generale de echilibru chimic 265
§ 8.10. Legea maselor active. Constanta de echilibru pentru reacțiile în fază gazoasă 266
§ 8.11. Ecuația izotermei reacției 271
§ 8.12. Folosirea legii acțiunii masei pentru a calcula compoziția unui amestec de echilibru 273
§ 8.13. Efectul temperaturii asupra echilibrului chimic. Ecuația izobară a reacției 282
§ 8.14. Forma integrală de dependență a energiei Gibbs și a constantei de echilibru față de temperatură 284
§ 8.15. Echilibrul chimic în sisteme eterogene 286
Capitolul 9. A treia lege a termodinamicii și calculul echilibrului chimic 289
§ 9.1. Teorema Nernst termică. A treia lege a termodinamicii 289
§ 9.2. Calculul modificării energiei Gibbs standard și constantei de echilibru prin metoda Temkin - Schwartzman 294
§ 9.3. Calculul modificării energiei Gibbs standard și constantei de echilibru folosind funcțiile energiei Gibbs reduse 297
§ 9.4. Reacții adiabatice 299
Capitolul 10. Echilibrul chimic în sisteme reale 303
§ 10.1. Fugacitatea și coeficientul de fugacitate al gazelor 303
§ 10.2. Calculul echilibrului chimic într-un sistem de gaz real la presiuni mari 312
§ 10.3. Calculul echilibrului chimic în sistemele în care au loc mai multe reacții simultan 314
Capitolul 11. Introducere în termodinamica statistică 320
§ 11.1. Fizică statistică și termodinamică statistică. Descrierea macroscopică și microscopică a stării sistemului 320
§ 11.2. Descrierea microscopică a stării prin metoda mecanicii clasice 323
§ 11.3. Descrierea microscopică a stării prin metoda mecanicii cuantice. Statistica cuantică 324
§ 11.4. Două tipuri de medii (medii microcanonice și canonice) 325
§ 11.5. Relația dintre entropie și greutatea statistică. Natura statistică a celei de-a doua legi a termodinamicii 326
§ 11.6. Sistem termostat. Distribuție canonică Gibbs. 330
§ 11.7. Suma stărilor sistemului și legătura acestuia cu energia. Helmholtz 335
§ 11.8. Suma stărilor particulelor 337
§ 11.9. Exprimarea funcțiilor termodinamice în termeni de sumă asupra stărilor sistemului 340
§ 11.10. Suma stărilor unui sistem de oscilatoare armonice unidimensionale. Proprietățile termodinamice ale unui solid monoatomic conform teoriei lui Einstein 343
§ 11.11. Statistica cuantică Boltzmann. Legea lui Maxwell a distribuției vitezei moleculare 346
§ 11.12. Fermi - Dirac și Bose - Statistica Einstein 352
§ 11.13.Formule generale pentru calcularea funcţiilor termodinamice din date moleculare 353
§ 11.14 Calculul funcțiilor termodinamice ale unui gaz ideal în ipoteza unei rotații rigide și a vibrațiilor armonice ale moleculelor 357
Secțiunea a patra. Soluții
Capitolul 12. Caracteristicile generale ale soluțiilor 365
§ 12.1. Clasificarea mortarelor 365
§ 12.2. Concentrația soluțiilor 367
5 12.3. Specificitatea soluțiilor. Rolul interacțiunilor intermoleculare și chimice, conceptul de solvatare 368
§ 12.4. Principalele direcții în dezvoltarea teoriei soluțiilor 372
§ 12.5. Condiții termodinamice pentru formarea soluțiilor 374
§ 12.6. Valori molare parțiale 375
§ 12.7. Metode de bază pentru determinarea valorilor molare parțiale 379
§ 12.8. Entalpiile molare parțiale și parțiale relative 381
§ 12.9. Căluri de dizolvare și diluare 382
§ 12.10.Proprietăţile termodinamice ale soluţiilor lichide ideale 386
§ 12.11.3 Legea Raoult 390
§ 12.12. Punctul de fierbere al unei soluții ideale 392
§ 12.13 Punctul de îngheț al unei soluții ideale 395
§ 12.14.0 presiunea smotică a unei soluții ideale 397
§ 12.15 Soluții neideale 400
§ 12.16. Soluții extrem de diluate, obișnuite și atermice 402
§ 12.17. Activitate. Coeficientul de activitate. Stare standard 404
§ 12.18.0coeficientul smotic 407
§ 12.19.Metode de determinare a activităţilor 409
§ 12.20.Relația dintre activitatea și coeficientul de activitate cu proprietățile termodinamice ale soluției și funcțiile termodinamice în exces 412
Secțiunea 5. Echilibrul de fază
Capitolul 13. Teoria termodinamică a echilibrelor de fază 415
§ 13.1. Concepte de bază 415
§ 13.2. Condiții de echilibru de fază 418
§ 13.3. regula fazei Gibbs 419
Capitolul 14 Sisteme cu o singură componentă 421
§ 14.1. Aplicarea regulii fazei Gibbs la sistemele cu o singură componentă 421
§ 14.2. Tranziții de fază de primul și al doilea fel 422
§ 14.3. Ecuația lui Clapeyron - Clausius 425
§ 14.4. Presiunea aburului saturat 423
§ 14.5. Diagramele de stare ale sistemelor monocomponente 429
§ 14.6. Diagrama stării dioxidului de carbon 431
§ 14.7. Diagrama stării apei 432
§ 14.8. Diagrama stării sulfului 433
§ 14.9. Tranziții de fază enantiotrope și monotrope 435
Capitolul 15. Sisteme cu două componente 436
§ 15.1. Metoda de analiză fizico-chimică 436
§ 15.2. Aplicarea regulii fazei Gibbs la sistemele cu două componente 437
§ 15.3. Gaz de echilibru - soluție lichidă în sisteme bicomponente 438
§ 15.4. Lichid de echilibru - lichid în sisteme cu două componente 442
§ 15.5. Vapori de echilibru - soluție lichidă în sisteme cu două componente 444
§ 15.6. Bazele fizice și chimice ale distilării soluției 453
§ 15.7. Cristale de echilibru - soluție lichidă în sisteme bicomponente 457
§ 15.8. Lichid de echilibru - gaz și cristale - gaz (abur) în sisteme cu două componente 476
§ 15-9. Calcule cu diagrama de stări 476
Capitolul 16. Sisteme cu trei componente 482
§ 16.1. Aplicarea regulii fazei Gibbs la sistemele cu trei componente 482
§ 16.2. Reprezentarea grafică a compoziției unui sistem cu trei componente 482
§ 16.3. Cristale de echilibru - soluție lichidă în sisteme tricomponente 484
§ 16.4. Lichid de echilibru - lichid în sisteme cu trei componente 489
§ 16.5. Distribuția unei substanțe dizolvate între două faze lichide. Extragerea 491
Anexa 495
Index 497

CUPRINS Cartea 2.
Prefață 3
Secțiunea șase. Electrochimie
Capitolul 17. Soluții, electroliți 4
§ 17.1. Subiectul electrochimie 4
§ 17.2. Specificitatea soluțiilor electrolitice 5
§ 17.3. Disocierea electrolitică în soluție 6
§ 17.4. Activitate ionică medie și factor de activitate 10
§ 17.5. Concepte de bază ale teoriei electrostatice a electroliților puternici Debye și Hückel 13
§ 17.6. Concepte de bază ale teoriei asocierii ionilor 22
§ 17.7. Proprietățile termodinamice ale ionilor 24
§ 17.8. Termodinamica solvației ionice 28
Capitolul 18. Fenomene de neechilibru în electroliţi. Conductibilitatea electrică a electroliților 30
§ 18.1. Noțiuni de bază. Legile lui Faraday 30
§ 18.2. Mișcarea ionilor într-un câmp electric. Numere de transport ionic. 32
§ 18.3. Conductibilitatea electrică a electroliților. Conductibilitatea electrică 37
§ 18.4. Conductibilitatea electrică a electroliților. Conductivitate electrică molară 39
§ 18.5. Conductibilitatea electrică molară a ionilor de hidroniu și hidroxid 43
§ 18.6. Conductibilitatea electrică a soluțiilor neapoase 44
§ 18.7. Conductibilitatea electrică a electroliților solizi și topiți 46
§ 18.8. Conductometrie 47
Capitolul 19. Procese cu electrozi de echilibru 49
§ 19.1. Concepte de bază 49
§ 19.2. EMF a unui sistem electrochimic. Potențialul electrodului 51
§ 19.3. Apariția unui potențial salt la interfața soluție-metal 53
§ 19.4. Potențialul de difuzie 55
§ 19.5. Structura stratului dublu electric la interfața soluție-metal 56
§ 19.6. Termodinamica sistemelor electrochimice reversibile 60
§ 19.7. Clasificarea electrozilor reversibile 64
§ 19.8. Potențialele electrodului în soluții neapoase 74
§ 19.9. Circuite electrochimice 75
§ 19.10. Aplicarea teoriei sistemelor electrochimice la studiul echilibrului în soluții 82
§ 19.11. Potențiometria 85
Secțiunea a șaptea. Cinetica reacțiilor chimice
Capitolul 20. Legile cineticii chimice 93
§ 20.1. Concepte și definiții generale 93
§ 20.2. Viteza de reacție chimică 95
§ 20.3. Legea acțiunii în masă și principiul independenței reacțiilor 101
Capitolul 21. Cinetica reacțiilor chimice în sisteme închise. 105
§ 21.1. Reacții unilaterale de ordinul întâi 105
§ 21.2. Reacții unilaterale de ordinul doi 109
§ 21.3. Reacții unidirecționale de ordinul al n-lea 111
§ 21.4. Metode de determinare a ordinii reacției 112
§ 21.5. Reacții bilaterale de ordinul întâi 113
§ 21.6. Reacții bilaterale de ordinul doi 116
§ 21.T. Reacții unidirecționale paralele 117
§ 21.8. Reacții secvențiale unilaterale 119
§ 21.9. Metoda concentrațiilor cvasi-staționare 125
Capitolul 22. Cinetica reacțiilor în sisteme deschise 127
§ 22.1. Cinetica reacției într-un reactor perfect amestecat 127
§ 22.2. Cinetica reacției într-un reactor cu flux clapetă 129
Capitolul 23. Teoria actului elementar al interacțiunii chimice 133
§ 23.1. Actul chimic elementar 133
§ 23.2. Teoria coliziunilor active 137
§ 23.3. Teoria complexului activat 141
§ 23.4. Factorul preexponențial în ecuația Arrhenius conform teoriei stării de tranziție 154
§ 23.5. Simetria MO și energia de activare a reacțiilor chimice 159
Capitolul 24. Cinetica reacțiilor în soluții, reacții în lanț și fotochimice 166
§ 24.1. Caracteristicile cineticii reacțiilor în soluții 166
§ 24.2. Influența mediului asupra constantei vitezei de reacție 170
§ 24.3. Cinetica reacțiilor ionice în soluții 178
§ 24.4. Reacții în lanț 181
§ 24.5. Reacții fotochimice 189
Capitolul 25. Cinetica proceselor cu electrozi 196
§ 25.1. Viteza unei reacții electrochimice. curent de schimb 196
§ 25.2. Polarizarea electrodului 197
§ 25.3. Supratensiune de difuzie 199
§ 25.4. Supratensiune electrochimică 205
§ 25.5. Alte tipuri de supratensiune 210
5 25.6. Metoda temperatură-cinetică pentru determinarea naturii polarizării în procesele electrochimice 211
§ 25.7. Supratensiune în timpul degajării hidrogenului electrolitic 213
§ 25.8. Electroliză. Tensiune de descompunere 217
§ 25.9. Fenomene de polarizare în sursele chimice de curent electric 220
§ 25.10. Coroziunea electrochimică a metalelor. pasivitatea metalelor. Metode de protecție împotriva coroziunii 222
Secțiunea a opta. Cataliză
Capitolul 26. Principiile acțiunii catalitice 228
§ 26.1. Concepte de bază și definiții 228
§ 26.2. Caracteristicile cineticii reacțiilor catalitice 232
§ 26.3. Energia de activare a reacțiilor catalitice 237
§ 26.4. Interacțiunea reactivilor cu un catalizator și principiile acțiunii catalitice 241
Capitolul 27. Cataliza omogenă 245
§ 27.1. Cataliza acido-bazică 246
§ 27.2. Cataliza redox 255
§ 27.3. Cataliza enzimatică 260
§ 27.4. Autocataliză, inhibiție și reacții catalitice periodice 266
§ 27.5. Aplicarea în industrie și perspectivele dezvoltării catalizei omogene 271
Capitolul 28. Cataliza eterogenă. 273
§ 28.1. Structura de suprafață a catalizatorilor eterogene 273
§ 28.2. Adsorbția ca etapă a reacțiilor catalitice eterogene 277
§ 28.3. Mecanismul reacțiilor catalitice eterogene 282
§ 28.4. Cinetica reacțiilor catalitice eterogene pe o suprafață la fel de accesibilă 285
§ 28.5. Macrocinetica proceselor catalitice eterogene 292
§ 28.6. Aplicarea catalizei eterogene în industrie 300
Literatura 303
Anexa 305
Index 312
Cuprins 316

ARTICOLE SIMILARE