Физическая химия - Методичка

Министерство образования и науки Российской Федерации Кафедра физической химии и физико-химических проблем экологииФизическая химия является основой для дальнейшего изучения специальных дисциплин, поскольку предусматривает изучение связи между физическими процессами и химическими превращениями, протекающими при производстве, транспортировке, хранении, а также и в реализации полиграфической продукции. Взаимодействия между частицами у вещества в газообразном состоянии очень слабые, они усиливаются, когда вещество переходит в жидкое или твердое состояние. Если силы взаимодействий между частицами уже не способны преодолевать тепловые колебания, существующие связи между частицами рвутся и образуются новые, частицы смещаются относительно друг друга, и хотя контакт между ними сохраняется, нарушается геометрически правильная структура - это жидкое состояние. Частицы свободны и перемещаются беспрепятственно (неупорядоченное состояние), причем собственный объем молекул газа настолько мал по сравнению с объемом, в котором эти молекулы располагаются, что его можно не учитывать. В твердом состоянии вещество с трудом изменяет объем и форму (слабо сжимается и ничтожно мало деформируется), в жидком - с трудом изменяет объем, но легко может менять форму (чрезвычайно слабо сжимается, но свободно деформируется), а в газообразном - легко изменяет как объем, так и форму.Количественный обмен энергией между системой и окружающей средой рассматривается с помощью понятий теплота и работа. Теплота и работа являются возможными формами передачи энергии от одной системы к другой, т.е. имеющими место лишь при взаимодействии системы с внешней средой или с другой системой. В соответствии с первым законом термодинамики (по-другому - законом сохранения энергии), энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, но энергия одного вида может переходить в энергию другого вида. Энергия, полученная системой в форме теплоты, может превращаться в работу, и наоборот, энергия, полученная в форме работы - в теплоту. Теплота и работа (имеется в виду любой вид работ: расширение газа, поднятие груза, перенос заряда, изменение поверхностного натяжения и др.), представляющие собой формы передачи энергии, не являются функциями состояния системы, а зависят от пути проведения процесса.Постоянная величина Кс, равная отношению констант скоростей прямой и обратной реакций, количественно описывает состояние равновесия через равновесные концентрации исходных веществ и продуктов их взаимодействия (в степени их стехиометрических коэффициентов) и называется константой равновесия. Если реакция (3.1) протекает самопроизвольно при постоянных Р и Т или V и Т, то значения DG и DF этой реакции можно получить из уравнений: , (3.8) где С А, С В, С С, С D - неравновесные концентрации исходных веществ и продуктов реакции. Качественно направление этого изменения определяется принципом (правилом) Ле-Шателье: при повышении температуры равновесное состояние сдвигается в сторону эндотермического процесса (происходит поглощение энергии); при понижении температуры происходит сдвиг равновесия в обратную сторону - реакция пойдет справа налево (по отношению к установившемуся соотношению исходного и конечного количества реагентов в равновесной системе), т.е. в сторону экзотермического процесса (идет выделение энергии за счет обратной реакции). Влияние других факторов на химическое равновесие, кроме температуры, также обусловлено правилом Ле-Шателье: Если на систему, находящуюся в термодинамическом равновесии, воздействовать путем изменения каких-либо условий, при которых это равновесие существует, то в системе возникнет реакция, ослабляющая эффект произведенного воздействия. При понижении давления эта реакция пойдет в сторону увеличения числа моль, и система в итоге придет к новому состоянию равновесия (численное значение константы равновесия в новом равновесном состоянии системы будет тем же самым).Здесь рассматриваются только растворы, в которых растворителем является жидкость (чаще всего вода), а растворенными веществами - газы, жидкости или твердые вещества. Состав раствора характеризуется количеством растворенного вещества (веществ) в единице количества раствора или растворителя. Осмос - самопроизвольное движение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую растворы разной концентрации, из раствора меньшей концентрации в раствор с более высокой концентрацией, что приводит к разбавлению последнего. Процесс переноса растворителя (осмос) можно предотвратить, если на раствор с большей концентрацией оказать внешнее гидростатическое давление (в условиях равновесия это будет так называемое осмотическое давление, обозначаемое буквой p). Согласно закону Рауля относительное понижение давления пара растворителя (А) над раствором ?зависит только от мольной доли растворенного в жидкости вещества (В), то есть определяется числом частиц вещества В в единице объема, но не зависит от свойств растворенного вещества: , (4.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Программа курса «Физическая химия»

1. Краткая характеристика газов

2. Основы химической термодинамики и термохимии

3. Химическое равновесие. Фазовое равновесие

4. Свойства разбавленных растворов

5. Химическая кинетика и катализ

6. Электрохимия

Рекомендуемая литература