Элементарный курс физической химии

Meæäóíapoäíaÿ Aêaäeìèÿ Haóê International Academy of Sciences

Xèìè÷ecêaÿ Ëaáopaòopèÿ Chemical Laboratory Aêaäeìèê ÖHÇ Kóòoëèí C. A. ×ëeí-êopp. ÖHÇ Ïècè÷eíêo Ã.M.

  Êîíñïåêò ëåêöèé äëÿ ñòóäåíòîâ òåõíè÷åñêèõ ÂÓÇîâ

Chem.Lab.NCD Hoâocèáèpcê 2001

 

ÓÄK54(078) ÁÁK24.3 K01 Kóòoëèí C.A., Ïècè÷eíêo Ã.M.   (Koícïeêò ëeêöèé äëÿ còóäeíòoâ òexíè÷ecêèx BÓÇoâ). Hoâocèáèpcê: Èçä.-âo Chem.Lab.NCD, 2001. – 104c. ISBN-5-85921-054-075

Koícïeêò ëeêöèé äëÿ còóäeíòoâ èíæeíepíûx cïeöèaëüíocòeé BÓÇoâ. Kópc ëeêöèé ÿâëÿeòcÿ oáoáùeíèeì â oáëacòè ìaòepèaëoâeäeíèÿ è xèìè÷ecêoão äèçaéía â ôopìe êoìïüþòepíoão ìoäeëèpoâaíèÿ ïpoöeccoâ è ÿâëeíèé, êoòopûe paçpaáaòûûâaþòcÿ aêaäeìèêoì C.A.Kóòoëèíûì óæe áoëee 30ëeò. A ÷ëeíoì-êopp. Ïècè÷eíêo Ã.M. aïpoáèpoâaëècü ía ýëeìeíòax opãaíè÷ecêoé è ôapìaêoëoãè÷ecêoé xèìèè. Ïo cóùecòâó êópc cooòâeòcòâóeò oáúeìó ìaòepèaëa  , êoòopaÿ  ïpeäócìaòpèâaeò còaíäapòoì oáó÷eíèÿ 600 ó÷eáíûx ÷acoâ ïo íeopãaíè÷ecêoé, ôèçè÷ecêoé è opãaíè÷ecêoé xèìèè äëÿ còóäeíòoâ I-III êópcoâ, a òaê æe âêëþ÷aeò â ceáÿ êópc - "Koícòpóêöèoííûe ìaòepèaëû" êaê ìaòepèaëû êoìïoçèöèoííûe äëÿ paçëè÷íûx öeëeâûx ïpoãpaìì òpaícïopòíoé òeìaòèêè. B ëeêöèÿx ïpeäcòaâëeíû íe òoëüêo ocíoâíûe çaêoíoìepíocòè, ío è óãëóáëeíío paçáèpaþòcÿ âoïpocû ôèçèêo-xèìè÷ecêoão aíaëèça è êoìïüþòepíoão ìoäeëèpoâaíèÿ ÿâëeíèé è ïpoöeccoâ xèìèè â câeòe ïepèoäè÷ecêoão çaêoía Ä.È.Meíäeëeeâa, xèìè÷ecêoé câÿçè, òepìoäèíaìèêè còpoeíèÿ pacòâopoâ è êpècòaëëoâ, câoécòâ êoëëoèäíûx è äècïepcíûx cècòeì (cì., íaïpèìep, ìoíoãpaôèþ c äècêeòoé äëÿ ÝBM: C.A.Kóòoëèí, B.È.Koòþêoâ, Ã.M.Ïècè÷eíêo «Kèáepíeòè÷ecêèe ìoäeëè â ìaòepèaëoâeäeíèè», Hoâocèáèpcê: Chem.Lab.NCD, 1996. 226c., è ápoøþpó: C.A.Kóòo-ëèí, Ã.M.Ïècè÷eíêo, A.C.Kaïpaí «Koìïüþòepíûe ìoäeëè êoícòpóêöèoííûx câoécòâ còaëeé. Hoâocèáèpcê: Chem.Lab.NCD, 1997–50c., Kóòoëèí C.A., Ïècè÷eíêo Ã.M., Koòþêoâ B.È. «Heop-ãaíè÷ecêoe ìaòepèaëoâeäeíèe» (Cèíòeç, câoécòâa, ìoäeëè, êèáepíeòèêa). – Ó÷eáíoe ïocoáèe. Hoâocèáèpcê: Chem.Lab.NCD, 1997.p.186.),cìoòpè:.Chem.Abstr.,v.126,119426,1997;v.127, 208625, 1997; v127, 207659,1997

K 205664-184 áeç oáúÿâë. 001(069)-01 



 



B â e ä e í è e . Ï p e ä ì e ò ô è ç è ÷ e c ê o é x è ì è è . Ëeêöèÿ ¹2 Ôèçèêo-xèìè÷ecêaÿ cècòeìa è ïepâûé çaêoí òepìoäèíaìèêè Ëeêöèÿ ¹3 Bòopoé çaêoí òepìoäèíaìèêè Ëeêöèÿ ¹4 Tepìoxèìèÿ Ëeêöèÿ ¹5 Tepìoäèíaìèêa xèìè÷ecêoão paâíoâecèÿ Ëeêöèÿ ¹6 Tepìoäèíaìèêa èäeaëüíûx è peaëüíûx pacòâopoâ Ëeêöèÿ ¹7 Ïpaâèëo ôaç Ãèááca è ôèçèêo-xèìè÷ecêèé aíaëèç cïëaâoâ Ëeêöèÿ ¹8 Meòoä pacòâopèìocòè è ôèçèêo-xèìè÷ecêèé aíaëèç pacòâopoâ Ëeêöèÿ ¹9 Ocíoâû xèìè÷ecêoé êèíeòèêè Ëeêöèÿ ¹10 Teopèÿ còoëêíoâeíèé, ïepexoäíoão cocòoÿíèÿ è èx ïpèëoæeíèÿ Ëeêöèÿ ¹11 Ópaâíeíèÿ Ôoêêepa-Ïëaíêa è eão ïpèëoæeíèÿ Ëeêöèÿ ¹12 Tepìoäèíaìèêa íepaâíoâeícûx ïpoöeccoâ Ëeêöèÿ ¹13 Ýëeìeíòû ýëeêòpoxèìèè Ëeêöèÿ ¹14 Ýëeêòpoäèâèæóùèe cèëû è ýëeêòpoäíûe ïpoöeccû Ëeêöèÿ ¹15 Koëëoèäíaÿ xèìèÿ Ëeêöèÿ ¹16 Xèìè÷ecêèé äèçaéí Peêoìeíäóeìûe ó÷eáíèêè, ó÷eáíûe ïocoáèÿ, ìeòoäè÷ecêèe óêaçaíèÿ Ëeêöèÿ ¹1



5 10 16 23 29 35 43 52 57 61 68 73 76 80 86 96 99

 

 Lecture ¹1 Lecture ¹2

Introduction. A subject of physical chemistry

5

Physicochemical system and first law of thermodynamics The second law of thermodynamics

10

Thermochemistry The thermodynamics of a chemical equilibrium The thermodynamics of ideal and actual solutions A rule of phases of Gibbs and physicochemical Analysis of alloys Lecture ¹8 A method of a miscibility and physicochemical Analysis of solutions Lecture ¹9 Basis of a chemical kinetics Lecture ¹10 The theory of collisions, transitions estate abd their appendix Lecture ¹11 The equations of Fokker-Planck and its appendices Lecture ¹12 Thermodynamics of non-equilibrium processes

23 29 35 43

Lecture ¹13 Devices of an electrochemistry

76

Lecture ¹14

80

Lecture ¹3 Lecture ¹4 Lecture ¹5 Lecture ¹6 Lecture ¹7

Electromotive forces and electrode processes

16

52 57 61 68 73

Lecture ¹15 A colloid chemistry

86

Lecture ¹16 Chemical Design

96

The recommended textbooks, manuals, methodical instructions .

99



 



Ââåäåíèå. Ïðåäìåò ôèçè÷åñêîé õèìèè  Ââåäåíèå. Îñíîâàíèå ïðåäìåòà ôèçè÷åñêîé õèìèè â ó÷åíèÿõ Ìåíäåëååâà, Áóòëåðîâà, Áåêåòîâà, Íåðíñòà, Âàíò - Ãîôôà, Ãèááñà è Êóðíàêîâà. Ìåòîäû ôèçè÷åñêîé õèìèè; Ýíåðãèÿ è àãðåãàòíûå ñîñòîÿíèÿ ìåòîäà ôèçè÷åñêîé õèìèè.   

Ïo âceé âèäèìocòè, â íaóêe "Xèìèÿ" íeò ïpeäìeòa còoëü ôóíäaìeíòaëüíoão ïo câoeé çía÷èìocòè c òo÷êè çpeíèÿ oáoáùeííocòè ïoäxoäa ê oïècaíèþ xèìè÷ecêèx ÿâëeíèé, ÷eì ìeòoä ôèçè÷ecêoé xèìèè. Ýòa òaêaÿ oáëacòü çíaíèÿ, o êoòopoé íeò cìûcëa ãoâopèòü, ecëè â coçíaíèè ÷eëoâeêa íeò íaâûêoâ xèìè÷ecêoão ìûøëeíèÿ. Ho ýòo è òaêaÿ oáëacòü çíaíèÿ, â êoòopoé áeç çíaíèÿ è íaëè÷èÿ íaâûêoâ ôèçè÷ecêoão, ýêcïepèìeíòaëüío - òeopeòè÷ecêoão ïoäxoäa íeâoçìoæío ïoíÿòü ãëóáèííoé cóùíocòè xèìè÷ecêèx ÿâëeíèé êaê c òo÷êè çpeíèÿ xèìè÷ecêèx ïpeâpaùeíèé, aïpèopíoão äoêaçaòeëücòâa âoçìoæíocòè cèíòeça xèìè÷ecêoão âeùecòâa, òaê è êa÷ecòâeííoão, è êoëè÷ecòâeííoão oïècaíèÿ câoécòâ âeùecòâa, oápaçoâaíèe êoòopoão ïpoècxoäèò âo âpeìeíè â paçëè÷íûx aãpeãaòíûx cocòoÿíèÿx (pacòâop, pacïëaâ, ãaç, èx cìecè) ïpè èçó÷eíèè òaêoé cècòeìû, íaïpèìep, â ìaãíèòíoì, ýëeêòpè÷ecêoì ïoëe èëè â ïëaçìeííoì cocòoÿíèè.

Tepìoäèíaìèêa êaê íaóêa o cocòoÿíèè o cocòoÿíèè è èçìeíeíèè ýíepãèè âeùecòâ c òeìïepaòópoé è äaâëeíèeì, êoíe÷ío æe câÿçaía c èìeíaìè òaêèx âûäaþùèxcÿ ó÷eíûx êaê Kapío, Këaóçèóc, Áoëüöìaí, Kèpxãoôô è Ãeëüìãoëüö, Ãèáác. Oäíaêo cëeäóeò èìeòü ââèäó, ÷òo paçäeëû òepìoäèíaìèêè ïpèìeíèòeëüío ê xèìè÷ecêèì ÿâëeíèÿì áûëè ocìûcëeíû è ïoíÿòû êaê íaóêa, ïpeæäe âceão, òèòaíaìè xèìèè ía ïëe÷ax êoòopûx còpoèëocü çäaíèe íaóêè "Ôèçè÷ecêaÿ xèìèÿ".



 

Maãècòepcêaÿ äèccepòaöèÿ (1834-1907) coäepæèò paçâèòèe çaêoía Këaïeépoía ïpèìeíèòeëüío ê ïpoèçâoëüíoìó ÷ècëó ìoëeêóë ãaça, ïoçâoëÿÿ oïpeäeëÿòü eão ìoëeêóëÿpíûé âec ïo ôopìóëe:

   

   

ãäe P,V,T,R äaâëeíèe, oáúeì è òeìïepaòópa ãaça, a R ãaçoâaÿ ïocòoÿííaÿ,a n, m, M ÷ècëo ìoëeé, ìacca ãaça è ìoëeêóëÿpíûé âec ãaça. Ýòo oäía èç ïepâûx ôóíäaìeíòaëüíûx ôèçèêo-xèìè÷ecêèx çaêoíoìepíocòeé, ïoçâoëÿþùèx câÿçaòü ìoëeêóëÿpíûé âec ãaça c eão câoécòâaìè. Ïo cóùecòâó äaëüíeéøèe èccëeäoâaíèÿ Ä.È.Meíäeëeeâa ïpèâeëè eão ê pacøèpeíèþ çaêoía òÿãoòeíèÿ Hüþòoía oòíocèòeëüío ócòaíoâëeíèÿ ïepèoäè÷ecêoé çaâècèìocòè câoécòâ xèìè÷ecêèx ýëeìeíòoâ oò âeëè÷èí èx aòoìíûx âecoâ! Èç ïpèæèçíeííoão 4-ão èçäaíèÿ eão "Ocíoâ Xèìèè" coâepøeíío o÷eâèäío, ÷òo òaêoão poäa çaêoíoìepíocòü áûëa âûâeäeía èì ía ocíoâaíèè èccëeäoâaíèé Äþëoíãa è Ïòè, ïocêoëüêó "aòoìíûe òeïëoeìêocòè ïpocòûx òeë, âçÿòûx èëè â òâepäoì cocòoÿíèè ïpè oáûêíoâeííoé òeìïepaòópe, èëè cpaâíeííûx â ãaçooápaçíoì âèäe ïpè oäíèx è òex æe ócëoâèÿx… âecüìa áëèçêè ìeæäó coáoé"1 . Ôaêòè÷ecêè ýòo ïo Meíäeëeeâó oçía÷aeò:



  

Câoécòâo ýëeìeíòa (â äaííoì cëó÷ae eão aòoìíûé âec) ïepèoäè÷ecêè çaâècèò oò eão óäeëüíoé òeïëoeìêocòè ( â äaííoì cëó÷ae oápaòío ïpoïopöèoíaëüío), a ÷ècëèòeëü ýòoé çaâècèìocòè ecòü âeëè÷èía ïocòoÿííaÿ. Teì caìûì ïepèoäè÷ecêèé çaêoí xèìè÷ecêèx ýëeìeíòoâ Ä.È.Meíäeëeeâa ecòü ôóíäaìeíòaëüíaÿ ôèçèêo - xè÷ìè÷ecêaÿ çaêoíoìepíocòü. Teopèÿ xèìè÷ecêoão còpoeíèÿ (1828-1886) ócòaíaâëèâaeò çaêoíoìepíocòè ìeæäó câoécòâaìè è còpoeíèeì âeùecòâa, ïpoèëëþcòpèpoâaâ âïepâûe oápaçoâaíèe òaóòoìepíûx ôopì opãaíè÷ecêèx coeäèíeíèé, ò.e. coeäèíeíèé, èìeþùèx oäèíaêoâûé êa÷ecòâeííûé è êoëè÷ecòâeííûé cocòaâ (èçoìepû), êoòopûé äèíaìè÷ecêè, êèíeòè÷ecêè oápaòèìo èçìeíÿeò câoe còpoeíèe (òaóòoìepíoe ïpeâpaùeíèe). Teì caìûì è çäecü ìû âcòpe÷aeìcÿ c ïpeâpaùeíèeì xèìè÷ecêoé ïpèpoäû coeäèíeíèé, ÷òo ïpèâoäèò ê èçìeíeíèþ èx ôèçè÷ecêèx câoécòâ ( ïëoòíocòè, òeìïepaòópû ïëaâëeíèÿ, êèïeíèÿ è ò.ä.). Èç êópca "Oáùeé xèìèè" èçâecòeí "pÿä íaïpÿæeíèé ìeòaëëoâ Áeêeòoâa", còoëü âaæíûé äëÿ ïocòpoeíèÿ xèìè÷ecêèx ècòo÷íèêoâ òoêa, ïpeäcêaçaíèÿ êoppoçèè ìeòaëëoâ è ò.ï. (1826-1911), ocíoâoïoëo æíèê ìeòoäa ôèçè÷ecêoé xèìèè, côopìóëèpoâaë â òoì ÷ècëe ïoëoæeíèe o çaâècèìocòè íaïpaâëeíèÿ peaêöèé oò ýíepãeòè÷ecêoão cocòoÿíèÿ âeùecòâ è ïpo÷èòaë ïepâûé â Poccèè êópc ïo ôèçè÷ecêoé xèìèè. 1

.Ä.Meíäeëeeâ. Ocíoâû xèìèè. CÏá.,1881.-ò.2.-c.619.



 

(1864-1941) paçâèë òeopèþ äèôôóçèè, òeopèþ ãaëüâaíè÷ecêoão ýëeìeíòa ía ocíoâe paáoò Áeêeòoâa, paçâèë òeopèþ êèíeòèêè ãeòepoãeííûx ïpoöeccoâ, cèíòeçèpoâaâ aììèaê ïpè âûcoêoì äaâëeíèè ía ìapãaíöeâoì êaòaëèçaòope, ècceäoâaë ýëeêòpoëèç pacïëaâa ãèäpèäa ëèòèÿ. Ãoëëaíäcêèé ôèçxèìèê (1852-1911) paçúÿcíèë òeopèþ oïòè÷ecêoé èçoìepèè êaê peçóëüòaò paçëè÷èÿ ïpocòpaícòâeííoão pacïoëoæeíèÿ aòoìoâ âeùecòâa, èìeþùeão oäèí è òoò æe êa÷ecòâeííûé è êoëè÷ecòâeííûé cocòaâ, èccëeäoâaë êèíeòèêó peaêèé è xèìè÷ecêoe cpoäcòâo, âûâeë oäío èç ocíoâíûx ópaâíeíèé ôèçè÷ecêoé xèìèè  çaâècèìocòü êoícòaíòû paâíoâecèÿ oò òeìïepaòópû è òeïëoâoão ýôôeêòa, çaëoæèë ocíoâû êoëè÷ecòâeííoé òeopèè paçáaâëeííûx pacòâopoâ, âûâeë çaêoí ocìoòè÷ecêoão äaâëeíèÿ, pacïpocòpaíèë aíaëoãèþ ìeæäó ïoëèìopôíûìè ïpeâpaùeíèÿìè è ïepexoäaìè èç oäíoão aãpeãaòíoão cocòoÿíèÿ â äpóãoe ía äâoéíûe coëè (Hoáeëeâcêaÿ ïpeìèÿ 1901ã), oápaòèë âíèìaíèe eâpoïeéöeâ ía ôóíäaìeíòaëüíocòü òpóäoâ äëÿ ôèçè÷ecêoé xèìèè aìepèêaícêoão ôèçèêa è ìaòeìaòèêa (1839-1903). Ãèáác âïepâûe ïpeäëoæèë ãpaôè÷ecêèe ìoäeëè äëÿ oïècaíèÿ òepìoäèíaìè÷ecêèx câoécòâ âeùecòâ, â òoì ÷ècëe òpexêoìïoíeíòíûx cècòeì, paçâèâ òeopèþ òepìoäèíaìè÷ecêèx ïoòeíöèaëoâ, âûâeë "ïpaâèëo ôaç", çaëoæèë ocíoâû òepìoäèíaìèêè ïoâepxíocòíûx ÿâëeíèé, ýëeêòpoxèìè÷ecêèx ïpoöeccoâ è aäcopáöèè, óêaçaâ ía aòoìècòè÷ecêoe ècòoëêoâaíèe paçâèòûx èì òepìoäèíaìè÷ecêèx ìeòoäoâ. Tpóäaìè (1860-1941) coçäaí ôèçèêo-xèìè÷ecêèé aíaëèç, ïoëó÷èâøèé øèpoêoe pacïpocòpaíeíèe ïpè èccëeäoâaíèè ìèíepaëüíûx è opãaíè÷ecêèx âeùecòâ, póä ÷epíûx è öâeòíûx ìeòaëëoâ, cïëaâoâ, còeêoë è æèäêèx pacòâopoâ. Paccìaòpèâaë ïpèpoäó âeùecòâa êaê ocoáoe ôèçèêo-xèìè÷ecêoe ïpocòpaícòâo c cooòâeòcòâóþùeé ãeoìeòpèeé2 , "ïpeäcòaâëÿþùeé íepaçäeëüíoe öeëoe…. äëÿ èçó÷eíèÿ xèìè÷ecêèx ïpeâpaùeíèé". Bïepâûe òepìèí "ôèçè÷ecêaÿ xèìèÿ" ââeë çíaìeíèòûé íeìeöêèé ôèçèêo-xèìèê (1853-1832), ocíoâaâøèé oäíoèìeí-íûé èícòèòóò â Áepëèíe â 1895ã. è êaôeäpó ôèçè÷ecêoé xèìèè â Ëeéïöèãcêoì óíèâepcèòeòe â 1887ã.

 

K ìeòoäaì ôèçè÷ecêoé xèìèè oòíocÿòcÿ: 1.òepìoäèíaìèêa  íaóêa oá èçìeíeíèè ýíepãèè âeùecòâ c äaâëeíèeì è òeìïepaòópoé (íaïpèìep, ïëaâëeíèe, êèïeíèe, pacòâopeíèe èò.ï.). 2.êèíeòèêa  íaóêa oá èçìeíeíèè cocòoÿíèÿ è êoíöeíòpaöèè âeùecòâ âo âpeìeíè c òeìïepaòópoé è äaâëeíèeì.

2 .cì.Ä.Meíäeëeeâ. Ocíoâû xèìèèè.-M.Ë.:ÃHTÈ,1931.ò.1, còaòüÿ H.C.Kópíaêoâa. Pacòâopû è cïëaâû.-còp.469-524.



 

3.ìeòoäû êâaíòoâoé xèìèè è ìoëeêóëÿpíoé còaòècòèêè - íaóêè o êâaíòoâo- xèìè÷ecêèx ïpeâpaùeíèÿx âeùecòâ, â òoì ÷ècëe ïpè âoçäeécòâèè âíeøíèx ócëoâèé (äaâëeíèe, òeìïepaòópa, oáëó÷eíèe). 4.ìeòoäû òepìoxèìèè êaê paçäeë òepìoäèíaìèêè o ïpeâpaùeíèè â âeùecòâax, câÿçaííûx c òeïëoâûìè ýôôeêòaìè è èçìeíeíèeì âeca âeùecòâa ïpè íaãpeâaíèè è oxëaæäeíèè. 5.oïòè÷ecêèe ìeòoäû aíaëèça êaê cïocoáû èçó÷eíèÿ ôèçèêoxèìè÷ecêèx ïpeâpaùeíèé âeùecòâ â paçëè÷íûx oáëacòÿx cïeêòpa (oò ãaììa-cïeêòpocêoïèè äo paäèocïeêòpocêoïèè). 6. ïoëóýìïèpè÷ecêèe ìeòoäû pac÷eòa - cïocoáû pac÷eòa câoécòâ âeùecòâ, ÿâëeíèé è ïpeâpaùeíèé â xèìèè ïóòeì co÷eòaíèÿ òeopeòè÷ecêèx ìeòoäoâ xèìèè è ýìïèpè÷ecêèx çaêoíoìepíocòeé â pÿäó ïoäoáíûx coeäèíeíèé. 7.xèìè÷ecêèé äèçaéí  ìoäeëèpoâaíèe xèìè÷ecêèx câoécòâ âeùecòâ, ÿâëeíèé è ïpeâpaùeíèé c ïoìoùüþ ÝBM ía ocíoâaíèè ýëeêòpoííoão còpoeíèÿ âeùecòâa. Koãäa ìû ôopìóëèpóeì çaêoí coxpaíeíèÿ ýíepãèè êaê "ýíepãèÿ íe âoçíèêaeò èç íè÷eão è íe èc÷eçaeò áeccëeäío; oía ïepexoäèò èç oäíoão cocòoÿíèÿ â äpóãoe â íoâoì êa÷ecòâe, ío òoì æe caìoì êoëè÷ecòâe", òo ìû íeïpeìeíío èìeeì â âèäó, ÷òo ýíepãèÿ íe ecòü òeïëo, paáoòa èëè èçëó÷eíèe, a ecòü caìo ïpeâpaùeíèe èç oäíoão cocòoÿíèÿ â äpóãoe. Taêoe ïpeâpaùeíèe ìoæeò áûòü cocòoÿíèeì ïoêoÿ cècòeìû, ò.e. oïpeäeëÿeò ee ïoòeíöèaëüíóþ ýíepãèþ, a ìoæeò áûòü cocòoÿíèeì äeécòâèÿ cècòeìû, ò.e. ÿâëÿeòcÿ êèíeòè÷ecêoé ýíepãèeé cècòeìû. Bce ôèçèêo-xèìè÷ecêèe ÿâëeíèÿ ïpoòeêaþò â òâepäûx, æèäêèx èëè ãaçooápaçíûx cocòoÿíèÿx èëè èx paçëè÷íûx cìecÿx, ò.e. oòëè÷aþòcÿ äpóã oò äpóãa câoèìè aãpeãaòíûìè cocòoÿíèÿìè. B oáùeì cëó÷ae ýòoò paçäeë ôèçè÷ecêoé xèìèè íaçûâaeòcÿ xèìèeé äècïepcíûx cècòeì èëè êoëëoèäíûx cècòeì, ecëè paçìep ÷acòèö âeùecòâa ïpeâûøaeò â íecêoëüêo paç paçìepû ìoëeêóë âeùecòâa. Xèìèÿ è ôèçèêa, xoòÿ è ïoäxoäÿò ê oïècaíèþ êa÷ecòâeííoão è êoëè÷ecòâeííoão ìíoãooápaçèÿ âeùecòâ è ìaòepèaëoâ c paçíûx ïoçèöèé, ío coâpeìeííûe èíôopìaöèoíío - òexíoëoãè÷ecêèe ìeòoäû, ò.e. ìeòoäû êoìïüòepíoão ìoäeëèpoâaíèÿ ("xèìè÷ecêoão äèçaéía"), ïoçâoëèëè íaéòè oáoáùaþùèé ïoäxoä òeopeòè÷ecêoão oïècaíèÿ ìíoãèx òexíoëoãè÷ecêèx ïpoöeccoâ c eäèíûx ïoçèöèé .



 



 



Ôèçèêî-õèìè÷åñêàÿ ñèñòåìà è ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè  Ïàðàìåòðû è ôóíêöèè ñîñòîÿíèÿ ïðîöåññà. Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè. Çàêîí Ãåññà Ôîðìóëà Êèðõãîôôà. 

íaçûâaþòcÿ òaêèe ïapaìeòpû cocòoÿíèÿ â ôopìe äaâëeíèÿ, òeìïepaòópû, êoíöeíòpaöèè (P,V,c), êoòopûe ïoçâoëÿþò oïècaòü ôèçèêo-xèìè÷ecêóþ cècòeìó êaê ôóíêöèþ f (P,V,c), a ecëè ía íee íe äeécòâóþò íèêaêèe cèëû èçâíe, òo òaêaÿ ôèçèêo-xèìè÷ecêaÿ cècòeìa oïècûâaeòcÿ ópaâíeíèeì: f(P,V,c)=0, a ecëè äeécòâóþò cèëû òèïa F, òo ópaâíeíèeì: f(P,V,c)=F. Ôèçèêo-xèìè÷ecêèe ïpoöeccû, ïpoòeêaþùèe ïpè êoíêpeòíûx âeëè÷èíax ïapaìeòpoâ, íeêoòopûe èç êoòopûx oêaçûâaþòcÿ ïocòoÿííûìè, èìeþ cïeöèaëüíûe íaçâaíèÿ,íaïpèìep: ïpè P=const èìeeì ; V=const ; ïpè T=const  ; a ïpè paâeícòâe òeïëa Q=0  . Ïapaìeòpû cocòoÿíèÿ ìoãóò áûòü: ,ò.e. çaâècèìûìè oò ìaccû; , ò.e. íe çaâècèìûìè oò ìaccû, ío çaâècèìûìè oò P,T; ,ò.e. ÿâëÿþòcÿ ôóíêöèeé cóìì ïapöèaëüíûx âeëè÷èí P,T. Ôèçèêo-xèìè÷ecêaÿ cècòeìa ìoæeò áûòü oía íe oáìeíèâaeòcÿ c oêpóæaþùeé cpeäoé íè ýíepãèeé, íè ìaccoé; ò.e. oáìeíèâaeòcÿ c oêpóæaþùeé cpeäoé ýíepãèeé, ío íe ò.e. oáìeíèâaeòcÿ c oêpóæaþùeé cpeäoé è ýíepãèeé, ìaccoé; è ìaccoé. Ocoáoe çía÷eíèe äëÿ oïècaíèÿ cocòoÿíèÿ ôèçèêo-xèìè÷ecêoé cècòeìû èìeeò êaòeãopèÿ ! !A . Bcÿêaÿ ôóíêöèÿ cocòoÿíèÿ íe çaâècèò oò ïóòè ôèçèêoxèìè÷ecêoão ïpoöecca. Boò ïo÷eìó ïoòeíöèaëüíaÿ ýíepãèÿ ôèçèêo-xèìè÷ecêoé cècòeìû, ò.e. ee âíóòpeííÿÿ ýíepãèÿ, íe çaâècèò oò ïóòè ïpoöecca, a òoëüêo oò ía÷aëüíoão(1) è êoíe÷íoão(2) cocòoÿíèÿ,íaïpèìep äëÿ èçoëèpoâaííoé cècòeìû: 

   



   





 

È òeïëo, è paáoòa ïoòoìó è íe ÿâëÿþòcÿ ôóíêöèÿìè cocòoÿíèÿ, ÷òo ïepâaÿ âeëè÷èía çaâècèò oò paçíocòè òeìïepaòóp, a âòopaÿ oò paçíocòè oáúeìoâ cècòeìû ïpè ee cæaòèè!



Çaêoí Äæoóëÿ ëèøü óêaçaë ía ýêâèâaëeíò(J) ìeæäó ïpeâpaùeíèeì paáoòû â òeïëoòó (A=JQ). Beëè÷èe ýòoão çaêoía â òoì è cocòoèò, ÷òo oí oòêpûâaeò ïaíopaìó ïoëó÷eíèÿ paçíoão poäa "ýêâèâaëeíòoâ" ìeæäó ïpeâpaùeíèÿìè ýíepãèè( xèìè÷ecêoé, ýëeêòpè÷ecêoé, ìaãíèòíoé, câeòoâoé, òeïëoâoé), âçÿòûx â paçíûx câoèx ôopìax ïpeâpaùeíèé: xèìè÷ecêoeýëeêòpè÷ecêoe; òepìo-ýëeêòpè÷ecêoe; ôoòo-ýëeêòpè÷ecêoe; ýëeêòpoìaãíèòíoe è ò.ä. Koãäa ìû ôopìóëèpóeì çaêoí coxpaíeíèÿ ýíepãèè êaê "ýíepãèÿ íe âoçíèêaeò èç íè÷eão è íe èc÷eçaeò áeccëeäío; oía ïepexoäèò èç oäíoão cocòoÿíèÿ â äpóãoe â íoâoì êa÷ecòâe, ío òoì æe caìoì êoëè÷ecòâe", òo ýòo êaëüêa çaêoía coxpaíeíèÿ, oòêpûòoão M.B.Ëoìoíocoâûì, ía coâpeìeííoì ÿçûêe. B òoæe âpeìÿ ýòo ecòü oäía èç ôopìóëèpoâoê ïepâoão çaêoía òepìoäèíaìèêè, â cèëó cëoæíocòè ïoíèìaíèÿ êoòopoão ïpèáeãaþò ê eão oïècaíèþ paçëè÷íûìè ïóòÿìè. Cëeäóþùaÿ ôopìóëèpoâêa aíaëèòè÷ecêaÿ: "âíóòpeííÿÿ ýíepãèÿ ôèçèêo-xèìè÷ecêoé cècòeìû pacxoäóeòcÿ ía ïpoèçâoäcòâo paáoòû è âûäeëeíèe (ïoãëoùeíèe) cècòeìoé òeïëa". Taêaÿ aíaëèòè÷ecêaÿ ôopìóëèpoâêa çaäaeòcÿ â òoì ÷ècëe è paçëè÷èeì çía÷êoâ, còoÿùèìè ïepeä âeëè÷èíaìè: U, Q, A, èç êoòopûx òoëüêo ýíepãèÿôóíêöèÿ cocòoÿíèÿ! Ee ìoæío cóììèpoâaòü ïóòeì èíòeãpèpoâaíèÿ! Ïoýòoìó ïepeä âeëè÷èíoé âíóòpeííeé ýíepãèè cècòeìû è còoèò çíaê ïoëíoão äèôôepeíöèaëa:

     È, íaêoíeö, òpeòüÿ ôopìóëèpoâêa ïepâoão çaêoía òepìoäèíaìèêè: "â ûäeëÿþùaÿcÿ òeïëoòa ôèçèêo-xèìè÷ecêoé cècòeìû ýêâèâaëeíòía çaòpa÷eííoé paáoòe", ÷òo â ïpèíöèïe oçía÷aeò áeccìûcëeííocòü ïocòpoeíèÿ äâèãaòeëÿ, êoòopûé ïpoèçâoäèò òeïëa áoëüøe, ÷eì çaòpa÷eío ía ee ïpoèçâoäcòâo paáoòû ("âe÷íûé äâèãaòeëü ïepâoão poäa íeâoçìoæeí). Èç ïoëó÷eííoão ïepâoão çaêoía òepìoäèíaìèêè cëeäóeò äëÿ: èçoxopíoão ïpoöecca (V=cost):dV=0 è Q=dU; èçoáapíoão ïpoöecca (P=const): Q=dU+d(PV)=d(U+PV)=dH, ãäe H=U+PV - íaçûâaeòcÿ ýíòaëüïèeé. Ýíòaëüïèÿ (ôóíêöèÿ cocòoÿíèÿ) è ecòü cóììa âíóòpeííeé ýíepãèè è paáoòû cæaòèÿ. Aäèaáaòè÷ecêèé ïpoöecc (Q=0) è òoãäa: dU= - = - pdV, ÷òo ýêâèâaëeíòío coâepøeíèþ paáoòû íaä cècòeìoé. Èçoòepìè÷ecêèé ïpoöecc (T=const). B ýòoì cëó÷ae äëÿ U= U(T,V) äëÿ èäeaëüíoão ãaça ïpè ïocòoÿííoì äaâëeíèè èìeeì ô.(2.1):

  

           



 

ãäe â peçóëüòaòe èçoòepìè÷ecêoão ïpoöecca ïpè ïocòoÿííoì oáúeìe, íaïpèìep, äëÿ èäeaëüíoão ãaça dU=0 ïocòoëüêó, ïocêoëüêó èçìeíeíèe ýíepãèè ïpè èçìeíeíèè oáúeìa èäeaëüíoão ãaça ïo oïpeäeëeíèþ òaêoâoão paâío íóëþ, òo äëÿ ïpèìepa èäeaëüíoão ãaça èìeeì: QA.



Póccêèé xèìèê Ãepìaí Èâaíoâè÷ Ãecc (1802-1850) çaäoëão äo ó÷eíûx Çaïaäíoé Eâpoïû Toìceía è Áepòëo oòêpûë (1840) ocíoâíoé çaêoí òepìoxèìèè, ïo êoòopoìó:

Ãecc ócòaíoâèë, ÷òo ïpè íeéòpaëèçaöèè ãpaìì-ýêâèâaëeíòa ëþáoé cèëüíoé êècëoòû cèëüíûì ocíoâaíèeì âceãäa âûäeëÿeòcÿ oäèíaêoâoe êoëè÷ecòâo òeïëoòû( 13,5 êêaë)! Meòoä ôèçè÷ecêoé xèìèè ïoçâoëÿeò òeopeòè÷ecêè ía ocíoâaíèè aíaëèòè÷ecêoão âûpaæeíèÿ ïepâoão çaêoía òepìoäèíaìèêè äaòü còpoãoe oáocíoâaíèe çaêoía Ãecca: Ïpè P=const èìeeì: QP = dH; Ïpè V=const: QV =dU. Ýòo êaê paç òoò ÷acòíûé cëó÷aé, êoãäa òeïëoâoé ýôôeêò íe çaâècèò oò ïóòè ïpoöecca, a çaâècèò òoëüêo oò ía÷aëüíoão è êoíe÷íoão cocòoÿíèé, ò.e. òeïëoâoé ýôôeêò peaêöèè â äaííoì cëó÷ae ecòü ôóíêöèÿ cocòoÿíèÿ. Boò ïo÷eìó äëÿ ïpoöeccoâ òepìoxèìèè è òepìoäèíaìèêè èìeeò ìecòo paçëè÷èe â çíaêax òepìoxèìè÷ecêèx è òepìoäèíaìè÷ecêèx: Koãäa QP>0; QV>0 - ýêçoòepìè÷ecêèe ýôôeêòû, òo dH