А. Березовчук - Физическая химия: конспект лекций

Физическая химия: конспект лекций
Название: Физическая химия: конспект лекций
Автор:
Жанр: Общая химия
Серия: Экзамен в кармане
ISBN: Нет данных
Год: 2009
О чем книга "Физическая химия: конспект лекций"

Данное учебное пособие предназначено для студентов химических факультетов высших учебных заведений педагогического и технического направления. Изложены основные концепции и процессы, составляющие современную физическую химию. Материал соответствует государственному стандарту. Пособие рекомендовано в помощь студентам при подготовке к экзаменам.

Бесплатно читать онлайн Физическая химия: конспект лекций


Введение

Физическая химия – наука, объясняющая химические явления и устанавливающая их закономерности на основе общих принципов физики.

Общая задача физической химии – предсказание временного хода химического процесса и конечного результата на основании данных о строении и свойствах молекул.

Термин «физическая химия» предложен М. В. Ломоносовым. Им же был прочитан первый курс по собственной книге «Введение в физическую химию». В 1860 г. Н. Н. Бекетов впервые вводит физическую химию в качестве особой учебной дисциплины, читает курс лекций в Харьковском университете, создает кафедру физической химии. В 1887 г. В. Оствальд в Лейпцигском университете организует кафедру физической химии. Он же выпускает первое периодическое издание по физической химии. Годом ранее И. А. Каблуков читает курс в Московском университете. К концу XIX в. определились три основных раздела физической химии: химическая термодинамика, химическая кинетика и электрохимия.

В настоящее время физическая химия полностью сформировалась как наука, включающая в себя химическую термодинамику (термохимию, фазовое равновесие), дополняющую химическую кинетику катализом, а также создала разнообразные физико-химические методы анализа.

ЛЕКЦИЯ № 1. Идеальный газ. Уравнение состояния реального газа

1. Элементы молекулярно-кинетической теории

Науке известно четыре вида агрегатных состояний вещества: твердое тело, жидкость, газ, плазма. Переход вещества из одного состояния в другое называют фазовым переходом. Вода, как известно, существует в трех агрегатных состояниях: в жидком (вода), твердом (лед), газообразном (пар). Это различие между тремя агрегатными состояниями определяется межмолекулярным взаимодействием и степенью сближения молекул.

Газ – агрегатное состояние вещества, в котором молекулы движутся хаотически, расположены на большом расстоянии друг от друга. В твердых телах расстояния между частицами малы, сила притяжения соответствует силе отталкивания. Жидкость – агрегатное состояние, промежуточное между твердым и газообразным. В жидкости частицы расположены близко одна к другой и могут перемещаться друг относительно друга; жидкость, как и газ, не имеет определенной формы.

Каждое из этих состояний можно описать набором некоторых параметров: например, состояние газа достаточно полно описывается тремя параметрами: объем, давление, температура.

Комбинация трех параметров, достаточно легко измеряемых, уже с середины ХVII века, когда были созданы барометры и термометры, хорошо описывает состояние газовой системы. Именно поэтому изучение сложных многоатомных систем началось с газов. У истоков наук химии и физики стоял Р. Бойль.

2. Уравнение состояния идеального газа

Изучение эмпирических газовых законов (Р. Бойль, Ж. Гей-Люссак) постепенно привело к представлению об идеальном газе, поскольку обнаружилось, что давление данной массы любого газа при постоянной температуре обратно пропорционально объему, занимаемому этим газом, и термические коэффициенты давления и объема с высокой точностью совпадают для различных газов, составляя, по современным данным, 1/273 град>–1. Придумав способ графического представления состояния газа в координатах «давление – объем», Б. Клапейрон получил объединенный газовый закон, связывающий все три параметра:

PV = BT,

где коэффициент В зависит от вида газа и его массы.

Только через сорок лет Д. И. Менделеев придал этому уравнению более простой вид, записав его не для массы, а для единицы количества вещества, т. е. 1 кмоля.

PV = RT, (1)

где R – универсальная газовая постоянная.

Физический смысл универсальной газовой постоянной. R – работа расширения 1 кмоля идеального газа при нагревании на один градус, если давление не меняется. Для того, чтобы понять физический смысл R, представим себе, что газ находится в сосуде при постоянном давлении, и мы повысим его температуру на ΔT, тогда

PV>1= RT>1, (2)

и

PV>2= RT>2. (3)

Вычитая из (3) уравнение (2), получим

P(V>2V>1) = R(T>2T>1).

Если правая часть уравнения равна единице, т. е. мы нагрели газ на один градус, тогда

R = PΔV

Поскольку P = F/S, а ΔV равно площади сосуда S, умноженной на высоту подъема его поршня Δh, имеем

Очевидно, что справа получим выражение для работы, и это подтверждает физический смысл газовой постоянной.

3. Кинетическая теория газов

Очень плодотворным в середине XIX века оказалось представление о молекулярном строении вещества. Когда была принята гипотеза А. Авогадро о том, что в киломоле любого вещества содержится одно и то же количество структурных единиц: 6,02 x 10>26 кмоля = 6,02 x 10>23 моля, поскольку молярная масса воды M(H>2O) = 18 кг/кмоль , следовательно, в 18 литрах воды находится столько же молекул, сколько в 22,4 м>3 водяного пара. Это позволяет легко понять, что расстояние между молекулами газообразной воды (пара) значительно больше, в среднем на один порядок, чем в жидкой воде. Можно предположить, что это выполняется для любого вещества. Считая, что в газах молекулы движутся хаотически, можно вывести так называемое основное уравнение кинетической теории:

где Na – 6,02 x 10>26 кмоль = 6,02 x 10>23 моль – число Авогадро;

V>M– молекулярный объем = 22,4 м>3;

m – масса одной молекулы;

v – скорость молекулы.

Преобразуем уравнение (4):

где E>k– энергия одной молекулы.

Видно, что справа стоит полная кинетическая энергия всех молекул. С другой стороны, сравнивая с уравнением Менделеева – Клапейрона, видим, что это произведение равно RT.

Это позволяет выразить среднюю кинетическую энергию молекулы газа:

где к = R / Na – постоянная Больцмана, равная 1,38 ґ 10–>23 кДж/кмоль. Зная кинетическую энергию молекулы, можно рассчитать ее среднюю скорость

Около 1860 г. Д. К. Максвелл вывел функцию, описывающую распределение молекул газа по скоростям. Эта функция имеет на графике вид характерной кривой с максимумом около наиболее вероятной скорости примерно 500 м/с. Важно заметить, что существуют молекулы со скоростями, превышающими этот максимум. С другой стороны, уравнение (6) позволяет сделать вывод об увеличении доли молекул с большими скоростями при нагревании газа. Спустя почти 60 лет гениальная догадка Д. К. Максвелла была подтверждена в опытах О. Штерна.

4. Уравнение состояния реального газа

Исследования показали, что уравнение Менделеева – Клапейрона не очень точно выполняется при исследовании разных газов. Голландский физик Я. Д. Ван-дер-Ваальс первым понял причины этих отклонений: одна из них состоит в том, что вследствие огромного числа молекул, их собственный объем в целом сравним с объемом сосуда, в котором находится газ. С другой стороны, существование взаимодействия между молекулами газа слегка искажает показание манометров, с помощью которых обычно измеряют давление газа. В итоге


С этой книгой читают
Конспект лекций, составленный в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего образования, поможет систематизировать полученные ранее знания и успешно сдать экзамен или зачет по дисциплине «Страховое право».Издание предназначено для студентов, преподавателей и аспирантов юридических вузов и факультетов.
Пособие в компактной форме излагает учебный материал по курсу «Социальная психология». Книга позволит в сравнительно короткие сроки ознакомиться с основными понятиями учебной дисциплины, предусмотренными государственным стандартом, а также эффективно подготовиться к экзамену. Пособие предназначено для студентов высших учебных заведений.
Конспект лекций по психиатрии предназначен для студентов медицинских колледжей и вузов. В данном издании рассмотрены вопросы современной классификации психических расстройств, основные синдромы психических заболеваний, аффективные расстройства, а также современные аспекты наркологии. Книга будет незаменимым помощником для тех, кто желает быстро подготовиться к экзамену и успешно его сдать.
Представленный вашему вниманию конспект лекций предназначен для подготовки студентов медицинских вузов к сдаче экзаменов. Книга включает в себя полный курс лекций по стоматологии, написана доступным языком и будет незаменимым помощником для тех, кто желает быстро подготовиться к экзамену и успешно его сдать.
В практической части учебно-методического пособия приведены описания лабораторных работ, рекомендации по оформлению отчетов к ним. в теоретической части дано краткое описание биологической роли химических элементов и применения их соединений в медицине. адресовано студентам бакалавриата, осваивающим дисциплину «общая и бионеорганическая химия», которая является частью образовательного модуля «Физико-химические основы жизни».
Как жить в мире, приметой которого стали книжки-советы из серии «Как убрать дом без химии», где авторы рекомендуют пользоваться содой, уксусом и лимонной кислотой, самыми что ни на есть продуктами крупнотоннажного химического производства? Насколько верно утверждение: «Чем опаснее химическое вещество, тем сложнее его название»? (Спойлер: ни насколько, иначе бы хлор для человеческого организма был бы безопаснее, чем собственная ДНК).Сегодня в росс
Учебное пособие по дисциплине «Прикладная химия» к семинарским занятиям для студентов и магистрантов химического факультета.В данном учебном пособии рассматриваются основные направления химизации экономики и сферы быта, практические результаты использования химических законов, закономерностей, принципов, экспериментальных методов, технологических приемов, а также химических продуктов в различных отраслях экономики и социально-бытовой сфере. В каж
Пособие содержит вопросы и упражнения в виде тестов по курсу «Неорганическая химия». Учебное пособие может быть рекомендовано д ля с амостоятельной работы при подготовке к В ОУД с тудентам вузов, обучающихмся по специальности «Химическая технология неорганических веществ», а также будет полезной преподавателям, студентам, магистрантам, PhD докторантам высших учебных заведений химических специальностей.
«Уважаемая редакция! Находясь в последние годы на заслуженном отдыхе, я много размышлял о смысле жизни и важных явлениях. Меня посетила мысль, что наши беды проистекают от отсутствия веры в Бога или высшее существо, включая светлое будущее коммунизма. Народ наш мало во что верит, а все равно каждый боится. Боится заболеть, помереть, атомной войны, экологического бедствия, повышения цен и так далее. Отсюда получается желание верить черт знает во ч
Ничего так не желает Лизонька, приемная дочь промышленника Елагина, как завладеть молодым князем Алексеем Измайловым, женихом сестры, тем более что сердце той отдано другому. Две юные озорницы устраивают тайное венчание Елизаветы и Алексея. И тут молодымоткрывается семейная тайна: они брат и сестра, счастье меж ними невозможно. Спасаясь от родового проклятия Измайловых, Елизавета бежит куда глаза глядят, и немилостивая судьба не жалеет для нее оп
Что, если бы вы знали, как и когда умрете? Молодая жрица по имени Ксорве – знала. В назначенный час она должна была принести себя в жертву ради процветания Империи. Однако могущественный маг предложил ей сделку – в обмен на другую судьбу. Решится ли Ксорве уйти вместе с ним, отвернуться от своих богов, стать воровкой, шпионкой, убийцей, пособницей в кровавых планах развалить Империю?Ксорве знает: боги все помнят. И однажды выставят счет.
Творческий коллектив #Некниги представляет лучшие сказки современности, которые в первую очередь предназначены для подрастающих добрых, мудрых и сильных творцов будущего. В первый раздел вошли произведения юных авторов от семи лет. Второй раздел состоит из сказок, написанных старшими коллегами. Уникальные иллюстрации и новые волшебные образы делают электронный Сборник особенным. Он подойдет и для любителей английского языка, т.к. имеется текст в