Реферат по физической химии
Обновлено: 04.07.2024
Кафедра химии института фармации. Физическая и коллоидная химия.
Реферат на тему:
Выполнил: студентка 2 курса
276 группы фармацевтического факультета
Проверил: Шарипова Сафия Хакимовна
2. Химические индикаторы
4.Смешанные индикаторы Универсальные индикаторы
6.Роль индикаторов в фармацевтической промышленности
1.Индикаторы
Индикаторы применяют чаще всего для установления конца какой-либо химической реакции, главным образом конечной точки титрования.
Больше всего распространены индикаторы лакмус, фенолфталеин и метилоранж.
По обратимости возникновения или исчезновения внешнего эффекта реакции различают обратимые и необратимые индикаторы. Обратимые индикаторы - это соединения, способные существовать в двух или более формах, причем переход одной формы в другую обратим. Большинство известных индикаторов относятся к этому типу. Например, индикатор метиловый оранжевый окрашен в желтый цвет в щелочной среде, а в кислой - в красный. Необратимые индикаторы - это соединения, которые разрушаются при введении избытка реагента и окраска которых не восстанавливается добавлением анализируемого раствора. Тот же метиловый оранжевый может быть примером необратимого индикатора в окислительно-восстановительных реакциях.
2.Химические индикаторы
Индикаторы химические, вещества, введение которых в анализируемый раствор позволяет установить конец химической реакции или концентрацию водородных ионов по легко заметному признаку. И. х. используют главным образом в титриметрическом анализе для установления точки эквивалентности (конечной точки титрования). В присутствии И. х. в этой точке (или вблизи от неё) могут наблюдаться изменение цвета, появление или исчезновение мутности, свечение и т. д., обусловленные изменением определённого свойства исследуемого раствора. И. х. делят обычно на 5 групп: кислотно-основные; окислительно-восстановительные; комплексонометрические; адсорбционные; хемилюминесцентные.
Рассмотрим определения некоторых групп индикаторов.
Адсорбционные индикаторы - вещества, способные адсорбироваться на поверхности
осадка и менять при этом окраску или интенсивность люминесценции.
Изотопные индикаторы - вещества, имеющие в своем составе химический элемент с изотопным составом, отличающимся от природного.
Комплексонометрические индикаторы - вещества, образующие с ионами металлов окрашенные комплексы, по цвету отличающиеся от самих индикаторов.
Люминесцентные индикаторы - вещества, способные люминесцировать или тушить люминесценцию при изменении концентрации ионов водорода в растворе.
Окислительно - восстановительные индикаторы - вещества, способные изменять окраску в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала раствора.
Кислотно – основные индикаторы - растворимые органические соединения, которые меняют свой цвет или люминесценцию в зависимости от концентрации ионов Н+ (рН среды). Такие индикаторы резко изменяют свой цвет в достаточно узких границах рН [7].
Универсальные индикаторы – это смесь нескольких индивидуальных индикаторов, подобранных так, что их раствор поочередно меняет окраску, проходя все цвета радуги при изменении кислотности раствора в широком диапазоне рН.
pH - водородный показатель. Это понятие, ввёл датский химик Сёренсен для точной числовой характеристики среды раствора и предложил математическое выражение для его определения:
Характер среды имеет большое значение в химических и биологических процессах, в зависимости от типа среды эти процессы могут протекать с различными скоростями и в разных направлениях. Поэтому во многих случаях важно как можно более точно определять среду раствора. Существует нейтральная среда – рН = 7, рН 7 – щелочная . Среду исследуемого раствора можно приблизительно определить по окраске индикаторов.
3.Кислотно-основные индикаторы
История открытия.
Кислотно-основные индикаторы применяется для установления конца реакции между кислотами и основаниями, или других реакций, если в них участвуют ионы Н+, а также для колориметрического определения рН водных растворов. Причина изменения цвета индикатора в том, что присоединение или отдача протонов его молекулами связаны с заменой одних хромофорных групп другими или с появлением новых хромофорных групп. Наиболее важные кислотно – основные индикаторы приведены в таблице (приложение 1).
В 1663 году был открыт лакмус – водный настой лишайника, растущего на скалах Шотландии. Роберт Бойль приготовил водный настой лакмусового лишайника для своих опытов. Склянка, в которой он хранил настой, понадобилась для соляной кислоты. Вылив настой, Бойль наполнил склянку кислотой и с удивлением обнаружил, что кислота покраснела. Заинтересовавшись этим, Бойль на пробу добавил несколько капель настоя лакмуса к водному раствору гидроксида натрия и обнаружил, что в щелочной среде лакмус синеет. Так был открыт первый индикатор для обнаружения кислот и оснований, названный по имени лишайника лакмусом.
Вероятно, самым древним кислотно-основным индикатором является лакмус. Лакмус был известен уже в Древнем Египте и Древнем Риме. Лакмус (отгол. lakmoes) - красящее вещество, добываемое из некоторых видов лишайников. Фактически природный лакмус представляет собой сложную смесь. Его основными компонентами являются: азолитмин (C9H10NO5) и эритролитмин (С13H22O6). Лакмус в древности использовали в качестве фиолетовой краски, но со временем, рецепт его приготовления был утерян. В 1640 ботаники описали гелиотроп – душистое растение с темно-лиловыми цветками, из которого было выделено красящее вещество. Этот краситель, наряду с соком фиалок, стал широко применяться химиками в качестве индикатора, который в кислой среде был красным, а в щелочной – синим.
В 1667 году знаменитый химик и физик Роберт Бойль предложил пропитывать фильтровальную бумагу отваром тропического лишайника – лакмуса, а также отварами фиалок и васильков, и таким образом положил начало применению индикаторной (лакмусовой) бумаги.
Кислотно-основные индикаторы — органические соединения, способные изменять цвет в растворе при изменении кислотности (pH). Индикаторы широко используют в титровании в аналитической химии и биохимии. Их преимуществом является дешевизна, быстрота и наглядность исследования. Однако из-за субъективности определения цвета и невысокой точности индикаторы pH не всегда удобны; поэтому для точного измерения pH используют pH-метры с цифровой индикацией.
Кислотно-основные индикаторы, существующие в двух формах, в зависимости от рН раствора. Чаще обе формы различаются по окраске, это так называемые двуцветные индикаторы (лакмус, метиловый красный, метиловый оранжевый, тимолфталеин и др.). Реже применяют одноцветные индикаторы, у которых окрашена только одна форма, как у фенолфталеина (бесцветный в кислой среде, а при рН 9 - малиновый).
Универсальный индикатор.
Универсальная индикаторная бумага
Фенолфталеин, который применяется в виде спиртового раствора, приобретает в щелочной среде малиновый цвет, а в нейтральной и кислой он бесцветен. Синтез фенолфталеина впервые осуществил в 1871 году немецкий химик Адольф фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии
4.Смешанны и универсальные индикаторы
Смешанный индикатор — это смесь двух разных индикаторов или смесь, состоящая из индикатора и нейтрального красителя, окраска которого не изменяется при разных рН (например, метиловый оранжевый с индиго-кармином). Смешанные индикаторы применяют, чтобы сделать переход окраски более контрастным.
Универсальные индикаторы - смесь нескольких индикаторов, приобретающих различную окраску при нескольких значениях рН, что позволяет судить о величине рН по всему диапазону шкалы. Индикаторы выбирают с помощью теоретических кривых титрования
5. Окислительно-восстановительные и природные индикаторы
Окислительно-восстановительные (редокс-, оксред-) индикаторы - это органические соединения, изменения окраски которых связано с окислительно-восстановительным (оксред-, редокс-) потенциалом Е титруемого раствора. Например, дифениламин меняет окраску с бесцветной на фиолетовую при Е0 = 0,76 В.
Если нет настоящих химических индикаторов, то для определения среды растворов можно успешно применять самодельные индикаторы из природного сырья.
Исходным сырьем могут служить цветы герани, лепестки пиона или мальвы, ирис, темные тюльпаны или анютины глазки, а также ягоды малины, черники, черноплодной рябины, соки вишни, смородины, винограда, плоды крушины и черемухи.
Эти природные индикаторы содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую или щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют об этом.
Антоцианы имеют преимущественно красный цвет в кислой среде и синий в щелочной.
6.Роль индикаторов в фармацевтической промышленности
Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких сред, следить за изменением их состава или за протеканием химической реакции.
Как уже было сказано, общее название всех природных пигментов, природных индикаторов – флавониды.
Флавониды - гетероциклические соединения. В зависимости от структуры и степени окисления делятся на антоцианы, катехины, флавонолы, флавононы, каротиноиды, ксантофиллы и т. д. Находятся в растениях в свободном состоянии и в виде гликозидов (исключение - катехины).
Антоцианы – это биофлавониды, придающие плодам фиолетовую, синюю, коричневую, красную окраску.
Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, схожее с витамином Р, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Антоцианы требуются клеткам головного мозга, улучшают память.
Антоцианы – мощные антиоксиданты, которые сильнее в 50 раз витамина С. Многие исследования подтвердили пользу антоцианов для зрения. Наибольшая концентрация антоцианов содержится в чернике. Поэтому препараты, содержащие чернику, наиболее востребованы в медицине.
Введение . …………………………………………. 3
История физической химии . …………………….. 4
Предмет изучения . ……………………………….. 7
Различие между физической химией
и химической физикой . …………………………. 19
Разделы физической химии . …………………….. 20
Примечание . ……………………………………. 22
Заключение . ……………………………………. 23
Список литературы . ……………………………. 24
Работа содержит 1 файл
Физическая химия.docx
Муниципальное общеобразовательное учреждение
Волховская средняя общеобразовательная школа№5
Ученик 10 класса
Верещагин Никита Михайлович
Дахова Людмила Николаевна
История физической химии . …………………….. 4
Предмет изучения . ……………………………….. 7
Различие между физической химией
и химической физикой . …………………………. 19
Разделы физической химии . …………………….. 20
Список литературы . ……………………………. 24
Определение и основные понятия физической химии.
Почему выбрал эту тему:
-затрагивает много тем физики и химии
-расширяет круг знаний
-на данный момент одна из самых актуальных тем
Физическая химия — наука об общих законах физики и химии. Исследует химические явления с помощью теоретических и экспериментальных методов химии и физики.
История физической химии
Корпускулярно-кинетическая теория М. В. Ломоносова - выдвинутая в середине XVIII века М. В. Ломоносовым система принципов и взглядов, основанная на ряде теоретических положений, вытекающих из логических рассуждений и математических расчётов, и опирающихся на результаты экспериментов, или нашедших в них подтверждение. Использовалась М. В. Ломоносовым в его теоретических и практических исследованиях, касательство имеющих к основанной им физической химии (в современном понимании этой науки), — в основанной им же науке о стекле (методика и практика исследований, системный и экспериментальный принципы) и других направлениях его деятельности.
Затем последовал более чем столетний перерыв и одним из первых в России физико-химические исследования в конце 1850-х годов начал Д. И. Менделеев.
Д. И. Менделеев — автор фундаментальных исследований по химии, физике, метрологии, метеорологии, экономике, основополагающих трудов по воздухоплаванию, сельскому хозяйству, химической технологии, народному просвещению и других работ, тесно связанных с потребностями развития производительных сил России.
Следующий курс физической химии читал уже Н. Н. Бекетов в Харьковском университете в 1865 году.
Николай Николаевич Бекетов — (1 января (13) 1827, Альфёрьевка (Новая Бекетовка), Пензенская губерния — 30 ноября (13 декабря) 1911, Санкт-Петербург) — один из основоположников физической химии и химической динамики, заложил основы принципа алюминотермии.
Первая в России кафедра физической химии была открыта в 1914 году на физико-математическом факультете Санкт-Петербургского университета — осенью приступил к чтению обязательного курса и практическим занятиям по физической химии ученик Д. П. Коновалова М. С. Вревский.
Дмитрий Петрович Коновалов — (10 (22) марта 1856, село Ивановцы Екатеринославской губернии (ныне Днепропетровская область) — 6 января 1929, Ленинград) — русский, советский химик, метролог, специалист в области физической химии, термохимии и калориметрии, оказавший огромное влияние на развитие химической науки в целом, — на становление и развитие промышленности России, один из основоположников учения о растворах, химической термодинамики, общественный и государственный деятель, действительный член АН СССР (1923).
Михаил Степанович Вревский — (31 января (12 февраля) 1871, с. Голубово Псковской губернии — 29 мая 1929, Ленинград) — русский советский физикохимик, член-корреспондент АН СССР (1929 отделение физико-математических наук: разряд химических наук). Законы М. С. Вревского явились существенным вкладом в развитие химической термодинамики и теории растворов.
Вильгельм Оствальд
ВВЕДЕНИЕ
Авторы одного из классических учебников по физической химии дают такое определение*:
Физическая химия – это наука, которая изучает взаимосвязь между химическими и физическими явлениями.
Справедлива и еще одна формулировка:
Физическая химия – наука, объясняющая химические явления и устанавливающая их закономерности на основе общих принципов физики. При некотором различии, оба определения подчеркивают, что физическая химия представляет собой пограничную область знаний между физикой и химией.
Накопление экспериментальных фактов, обобщение и глубокий анализ которых и составил основу современной физической химии, началось еще в XVIII веке. Например, великий русский естествоиспытатель М. В. Ломоносов рассмотрев ряд физико-химических явлений, представил первый вариант курса физической химии и создал первые физико-химические таблицы растворимости солей.
установление характера количественных изменений различных физических свойств веществ и их смесей в зависимости от состава;
установление общих законов изменения свойств простых веществ, соединений и смесей в зависимости от внешних условий (температура, давление, наличие внешних силовых полей и т. д.);
установление изменения свойств веществ в зависимости от их строения;
установление закономерностей протекания химических процессов в зависимости от внутренних и внешних факторов;
разработка новых методов исследования физических свойств веществ и характера протекания химических реакций.
Первыми законами (уравнениями), описывающими состояние газов, являются закон Бойля–Мариотта и закон теплового расширения газов Гей–Люссака. На основании этих законов не трудно установить, что произведение давления газа на его объем пропорционально абсолютной температуре :
Если определить отношение для одного моль любого газа, можно получить:
где – так называемая универсальная газовая постоянная.
Впервые эта константа была рассчитана Б. П. Клапейроном в 1834 г. Еще в XVIII в. некоторые ученые высказывали сомнения в справедливости закона Бойля–Мариотта. В XIX веке этот закон так же, как и закон теплового расширения газов Гей–Люссака подвергся тщательно проверке. В области высоких давлений были установлены отступления от закона Бойля. Подвергся уточнению и коэффициент теплового расширения газов. В связи с установлением таких отклонений уже в середине XIX в. было принято, что газовые законы и уравнение Клапейрона можно применять лишь для описания так называемых идеальных газов. Для реальных газов эти законы и уравнения справедливы лишь при невысоких давлениях.
Работы шотландского физика Дж. К. Максвелла и австрийского физика Л. Больцмана явились развитием кинетической теории газов.
Согласно их результатам, полученным на основе кривой распределения ошибок Гаусса, частицы газов хаотически движутся с различными скоростями и, следовательно, имеют различную энергию.
Для описания реальных газов студент Лейденского университета Йоханнес Дидерик Ван дер Ваальс в 1873 г. вывел уравнение:
где – член, учитывающий взаимное притяжение молекул, – поправка на объем самих молекул. Как было доказано экспериментально, уравнению Ван дер Ваальса при высоких давлениях подчиняются не только газы, но и жидкости. Таким образом, стало возможным утверждение о непрерывном переходе от газообразного состояния к жидкому и наоборот. Основные положения кинетической теории газов предоставили широкие возможности для решения различных вопросов физической химии. Например, на основе этой теории удалось рассчитать отношения удельных теплоемкостей газов при постоянном давлении и постоянном объеме , что позволило получить критерий для определения числа атомов в молекулах различных газов.
Было установлено, что для одноатомных газов отношение равно 1,67, а для двухатомных – 1,40. Эксперимент показал, что для паров ртути отношение равно 1,67, а для газообразных водорода, кислорода и азота – 1,4. Следовательно, в парах ртуть одноатомна, газообразные простые вещества – двухатомны. Таким образом, предположения А. Авогадро и Ш. Жерара о числе атомов в молекулах газов было подтверждено экспериментально.
Кинетическая теория на основании закона Авогадро позволила рассчитать число частиц в единице объема. В 1865 г. И. Лошмидт определил, что число частиц в кубическом сантиметре газа при нормальных условиях равно . Позднее было рассчитано и число Авогадро .
Дальнейший прогресс в технике сжижения газов был основан на так называемом эффекте Джоуля-Томсона. Английский физик Джеймс Прескотт Джоуль и профессор натуральной философии в Глазго Уильям Томсон, более известный под именем лорда Кельвина, в своих работах обнаружили, что газы могут сильно охлаждаться при расширении. Таким образом, если дать газам возможность расшириться, а затем снова сжать их в таких условиях, при которых потеря теплоты не будет восполняться, а затем снова провести расширение газов и повторить этот цикл несколько раз, то можно достичь очень низких температур. Как только температура окажется ниже критической, можно повысить давление и перевести газ в жидкое состояние.
Используя этот метод, французский физик Л. П. Кайете и швейцарский химик Рауль Пикте к концу 70–х годов XIX в. смогли получить в жидком состоянии такие газы, как кислород, азот и углекислый газ. Однако перевести в жидкость водород, по-прежнему, не удавалось.
В 90-х годах XIX в. проблемой сжижения водорода стал заниматься шотландский химик Джеймс Дьюар. Для хранения жидкого кислорода он изобрел сосуд, который получил его имя. Сосуд Дьюара представляет собой колбу с двойными стенками, причем объем между ними вакуумируется. Для еще большего замедления процесса передачи тепла стенки сосуда Дьюара покрываются тонким слоем серебра. Охладив водород в жидком кислороде, а затем используя эффект Джоуля-Томсона, в 1898 г. при температуре Дьюару удалось получить жидкий водород. Еще более низкой температурой сжижения обладает гелий. Впервые осуществить сжижение гелия при температуре в 1908 г. смог голландский физик X. Камерлинг-Оннес.
2. ТЕРМОХИМИЯ. ЗАКОН ГЕССА
С самых древних времен человек научился использовать теплоту, выделяющуюся при химических реакциях горения дерева, угля и нефти. В результате наблюдений за химическими процессами было установлено, что тепло выделяется не только при горении, но и при других химических реакциях, например, при нейтрализации кислоты и щелочи.
Основываясь на той же теории теплорода, выдающийся российский химик Г. И. Гесс систематически исследовал тепловые эффекты реакций. В 1840 г. он пришел к выводу, что количество теплоты, получаемой или поглощаемой в процессе химической реакции при переходе от одного вещества к другому, всегда одинаково и не зависит от того, каким путем осуществляется этот переход и сколько этапов он содержит. Это обобщение известно как закон Гесса. Благодаря открытию этого закона выдающегося российского химика считают основателем термохимии. Закон Гесса является следствием более общего закона сохранения энергии. Работы И. Г. Гесса разрушили границы между миром физики и химии, началось взаимовыгодное сотрудничество двух наук.
В 40 – 50-х годах XIX века были осуществлены термохимические исследования двух французских ученых – Р. А. Фавра и И. Т. Зильбермана. Результаты этих экспериментов значительно обогатили физическую химию данными о тепловых эффектах многих реакций. Однако наибольшее значение в развитии термохимии приобрели исследования датского химика Ю. Томсена. В 1882–1886 гг. он опубликовал четырехтомную монографию, в которой высказал идею о связи химического сродства двух веществ с количеством тепла, выделившегося при реакции между ними.
Бертло полагал, что экзотермические реакции, сопровождающиеся выделением теплоты, всегда будут самопроизвольными, в то время как эндотермические процессы, сопровождающиеся поглощением теплоты, таковыми не являются. При этом в ряду возможных реакций всегда будет идти та, которая сопровождается максимальным тепловым эффектом. Эта идея получила название принципа максимальной работы Бертло-Томсена.
Как показали дальнейшие исследования, этот принцип не имеет всеобщего значения. Его универсальность была опровергнута целым рядом ученых. Оказалось, что его можно применять только в тех случаях, когда реакции протекают при очень низких температурах, близких к температуре абсолютного нуля.
3. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
В XVII–XVIII веках научные проблемы химии и физики практически не соприкасались. Химия изучала процессы, в которых наблюдалось изменение состава реагирующих веществ, в то время как физика основное внимание уделяла явлениям, которые такими изменениями не сопровождались. В начале XIX столетия между физикой и химией наметилось сближение.
На рубеже XVIII–XIX веков в Западной Европе начинается промышленная революция, связанная с изобретением паровой машины и ее широким применением в промышленном производстве. Получив в руки паровые двигатели, человек стал заниматься проблемой повышения эффективности этих машин. Решение данной сугубо практической задачи потребовало глубокого теоретического анализа принципа их работы. В это время многие физики были увлечены установлением взаимосвязи между работой, совершаемой паровой машиной, теплотой и различными видами энергии. В процессе изучения потоков тепла и их влияния на изменение энергетического состояния тел зародилась новая область научного знания – термодинамика. Поскольку основным источником энергии в паровых машинах были процессы горения, химики также весьма заинтересовались взаимным превращением тепловых эффектов химических реакций в механическую работу. На почве таких обоюдных интересов к проблемам термодинамики и возникло плодотворное сотрудничество физики и химии. В 1824 г. французский физик Н. Л. Сади Карно при анализе действия парового двигателя открыл так называемый цикл Карно, который со всей отчетливостью продемонстрировал, что механическая работа может быть осуществлена лишь при наличии разницы в температурах нагревателя и холодильника паровой машины. Чем больше разность температур, тем выше коэффициент полезного действия такого двигателя.
Выдающихся успехов в термодинамике достигли уже упоминавшийся английский физик Дж. П. Джоуль и немецкие физики Ю. Р. Майер и Г. Л. Ф. Гельмгольц. К 40-м годам XIX столетия в результате проведенных ими работ стало ясно, что энергия не создается из ничего и не исчезает бесследно в процессе взаимного превращения одного ее вида в другой. Этот принцип в 1842 г. впервые был сформулирован Ю. Р. Майером и получил название закона сохранения энергии. При этом необходимо подчеркнуть, что ранее идея о существовании этого закона была высказана великим русским естествоиспытателем М. В. Ломоносовым.
Результатом глубокого анализа процесса превращения теплоты в работу . Клаузиус ввел особую функцию – меру рассеяния энергии, назвав ее энтропией:
Несколько позднее были определены другие термодинамические функции. В 1872 г. Больцман ввел понятие – функции (энтальпии), характеризующей состояние (теплосодержание) замкнутой макроскопической системы, и доказал, что с течением времени в изолированной системе энтальпия (теплосодержание) не может возрастать (-теорема). Сопоставив энтальпию с энтропией (с обратным знаком), Больцман связал энтропию с – термодинамической вероятностью:
Это соотношение дало статистическое обоснование второму началу термодинамики и является основой статистической физики. Универсальная постоянная в честь ученого стала называться постоянной Больцмана. Приведенное уравнение выгравировано на памятнике Больцману в Вене.
Впервые трактовку химических процессов с позиций термодинамики осуществил А. Ф. Горстман. Изучая процесс сублимации хлорида аммония, сопровождаемый термической диссоциацией, он установил, что изменение давления пара с температурой может быть описано уравнением Клапейрона для случая испарения жидкостей:
где – давление, – энтальпия сублимации, – объем пара, – объем твердой фазы. Путем несложных математических преобразований от уравнения (6) можно перейти к известному уравнению Клапейрона–Клаузиуса, которое нашло широкое применение в химической термодинамике:
Горстман применил это уравнение для расчетов энтальпий реакций разложения ряда гидратов и карбонатов.
Учение о равновесных процессах в гетерогенных системах основано на сформулированном в упомянутой работе Гиббса так называемом правиле фаз, которое по широте области применения можно рассматривать как теорию. Фазой он назвал гомогенную часть гетерогенной системы, отделенную от других частей системы границами раздела (фазовыми границами). Это правило определяет число степеней свободы, т.е. указывает количество независимых параметров (температура, давление, состав), которые можно менять при условии сохранения числа фаз в изучаемой системе. С его помощью можно определить условия равновесия между числом компонентов и числом фаз в данной системе. Как показало практика, правило фаз применимо ко всем системам. Оно позволяет предсказывать характер изменения температуры, давления и концентрации различных компонентов при различных сочетаниях числа компонентов и фаз. Сам Гиббс не пользовался этим правилом для анализа каких-либо конкретных систем. Первым, кто с успехом применил его на практике для исследования равновесных химических процессов, был Г. Розебом.
Гиббс ввел понятие свободная энергия ,
где – энтальпия, – энтропия, – температура.
Необходимость введения которого была обусловлена тем, что измерить изменение величины свободной энергии значительно легче, чем изменение энтропии . Американский ученый доказал, что любой химический или термодинамический процесс сопровождается изменением свободной энергии системы.
В своих работах Д. У. Гиббс установил, что величина свободной энергии может некоторым образом меняться при изменении концентрации веществ, образующих изучаемую систему. Скорость, с которой меняется величина свободной энергии при изменении концентрации отдельного вещества при условии постоянства других независимых параметров системы, стали называть химическим потенциалом :
Труды Д. У. Гиббса, отличающиеся предельной обстоятельностью и поразительным изяществом, составили фундамент современной химической термодинамики. Сделанный Гиббсом фундаментальный вклад в теорию химических процессов настолько велик, что его последователям, по существу, оставалось лишь развивать идеи американского ученого. В частности, в 1923 г. американский химик Дж. Н. Льюис в классической книге по термодинамике ввел понятие активность, под которым стали понимать эффективную концентрацию вещества. Введение этого понятия позволило расширить пределы использования уравнений химической термодинамики и существенным образом повысить их точность. Как выяснилось позднее, двух первых начал термодинамики недостаточно для того, чтобы полностью описать равновесные химические процессы, особенно с участием газообразных реагентов.
В результате объединения первых двух начал термодинамики Гиббс, Гельмгольц и другие ученые пришли к выводу, что максимальная работа , которая может быть получена в результате протекания изотермического процесса при температуре , зависит от величины абсолютной температуры:
, (11б)
где – изменение внутренней энергии системы, – изменение энтальпии.
При этом было установлено, что по величине теплового эффекта химического процесса, протекающего в изобарических условиях, можно лишь определить смещение равновесия, но нельзя найти ни абсолютного положения равновесия, ни величины константы равновесия , поскольку выражение:
содержит постоянную интегрирования , которую нельзя определить на основе первых двух начал термодинамики. Аналогичный вид имело выражение для изохорных процессов:
Сопоставляя величины тепловых эффектов с изменением свободной энергии в реакциях, протекающих в конденсированных системах при различных температурах, немецкий ученый В. Нернст обнаружил, что в области низких температур при приближении к абсолютному нулю значения и сближаются.
Так называемая тепловая теорема, установленная В. Нернстом в 1906 г., показывает, что вблизи температуры абсолютного нуля в реакциях, протекающих в конденсированных системах:
Содержание этой теоремы приводит к исключению постоянной интегрирования в уравнениях (12) и (13). Из тепловой теоремы, выраженной соотношением (14), которую часто называют теоремой Нернста, следует еще один чрезвычайно важный постулат, согласно которому изменение энтропии при любых обратимых изотермических процессах, совершаемых в конденсированных системах между двумя равновесными состояниями при температурах , приближающихся к абсолютному нулю, стремится к нулю:
Существует другая эквивалентная формулировка теоремы Нернста: при помощи конечной последовательности термодинамических процессов нельзя достичь температуры, равной абсолютному нулю.
Тепловая теорема Нернста имеет фундаментальное значение для физической химии и приводит к целому ряду важных термодинамических следствий, поэтому её часто называют третьим началом термодинамики.
В 1912 г. немецкий физик Макс Планк высказал утверждение, что при абсолютном нуле энтропия правильно образованного (идеального) кристалла любого простого вещества или соединения в чистом состоянии равна нулю, а при любом другом состоянии вещества энтропия больше нуля. К другим состояниям вещества в данном случае относятся неидеальные кристаллы, стеклообразные и аморфные вещества, растворы и смеси веществ. Энтропия таких систем при всегда больше нуля.
Это допущение называют постулатом Планка. При дальнейшем развитии термодинамики этот постулат стали широко применять при определении так называемых абсолютных значений энтропии. Последующие исследования показали, что постулат Планка носит характер условного допущения, поскольку даже при абсолютном нуле в идеальных кристаллах содержатся некоторые отличные от нуля составляющие энтропии, например, обусловленные спином атомных ядер или изотопным составом.
Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.
Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов
Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит
Бесплатные доработки и консультации
Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки
Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа
Техподдержка 7 дней в неделю
Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему
Строгий отбор экспертов
Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы ![]()
Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован
Последние размещённые задания
Ежедневно эксперты готовы работать над 1000 заданиями. Контролируйте процесс написания работы в режиме онлайн
Анализ параграфов с 77 по 85 включительно
Другое, Теория и методика обучения русскому языку
Срок сдачи к 28 февр.
Срок сдачи к 28 февр.
Другое, Психология компетентного родительства
Срок сдачи к 5 мар.
Срок сдачи к 28 февр.
Диплом, Управление государственным и муниципальным сектором,государственное и муниципальное управление
Срок сдачи к 25 мар.
решить все 4 задачи, мой вариант 11.(есть всего 10 вариантов в задаче
Решение задач, Сопромат
Срок сдачи к 28 февр.
Решение задач, маркетинг территорий
Срок сдачи к 2 мар.
Решить 2 задачи
Контрольная, теоретические основы электротехники
Срок сдачи к 28 февр.
«парабансковская система. деятельность мфо
Другое, Банковское дело
Срок сдачи к 1 мар.
Решение одной задачи
Решение задач, БЖД
Срок сдачи к 12 мар.
Промоделировать работу библиотекаря. Интервалы прихода читателей
Решение задач, Моделирование систем
Срок сдачи к 27 февр.
Нужен срочный адекватный перевод несложного текста
Перевод с ин. языка, Перевести текст с русского языка на английский
Срок сдачи к 26 февр.
Воспитание и обучение детей с ДЦП
Курсовая, Дефектология (Специальная педагогика)
Срок сдачи к 18 мар.
Мгу, убийство в состоянии аффекта (107 ук рф), 20-25 страниц
Курсовая, уголовное право
Срок сдачи к 27 февр.
Курсовая, история россии
Срок сдачи к 1 мая
курсовая работа по социальной психологии
Срок сдачи к 14 мар.
Работа с фгос уо для ноо, аооп до (уо, зпр, тмнр, рас)
Поиск информации, Педагогика лиц с интеллектуальной недостаточностью
Срок сдачи к 5 мар.
на тему "Религиозное верование саков"
Срок сдачи к 27 февр.
Размещенные на сайт контрольные, курсовые и иные категории работ (далее — Работы) и их содержимое предназначены исключительно для ознакомления, без целей коммерческого использования. Все права в отношении Работ и их содержимого принадлежат их законным правообладателям. Любое их использование возможно лишь с согласия законных правообладателей. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие в связи с использованием Работ и их содержимого.
Читайте также: