Слайд 2
Физическая химия изучает взаимосвязь химических процессов и физических
явлений, которые их сопровождают, устанавливает закономерности между химическим составом,
строением веществ и их свойствами, исследует механизм и скорость химических реакций в зависимости от условий их протекания.
Физическая химия возникла и развивалась на основе применения физических методов исследования для изучения химических свойств веществ, а также изучения влияния химического состава веществ и их строения на физические свойства.
Слайд 3
Основные этапы развития физической химии
Возникновение физической химии как
самостоятельной науки относится к середине XVIII в.
В 1752
– 1754 гг. – первый в мире курс физической химии (Ломоносов М.В.)
Конец XVIII в. – исследования теплоемкостей и тепловых эффектов реакций, проведенные Лавуазье и Лапласом (1779 – 1784 гг.)
В 1800 г. Бертло ввел понятие о химическом равновесии и значении концентрации реагирующих веществ.
В первой половине XIX в. – развиты атомистические представления Ломоносова в работах Дальтона, Гей-Люссака и Авогадро
1830 г. – найдены законы электролиза (исследования Деви, Фарадея, Берцелиуса)
1840 г. – русским ученым Гессом был открыт основной закон термохимии.
Слайд 4
1865 г. – Бекетов снова ввел преподавание курса
физической химии в Харьковском университете.
XIX век:
Менделеев (периодический закон 1869 г., а также исследование давления газов – уравнение состояния идеального газа);
Гульдберг и Вааге – закон действия масс;
Вант – Гофф – математическое выражение кинетических закономерностей;
Меншуткин – исследована кинетика химический реакций в растворах и выяснена роль растворителя (1887 г.);
Аррениус – разработана теория электролитической диссоциации (1887 г.) и исследовано влияние температуры на скорость химических реакций (1889 г.).
Дж. Гиббс (1873 – 1878 гг.) – термодинамическая теория равновесий.
Ле-Шателье в 1881 – 1885 гг. сформулировал правило, создал количественную теорию электролитической диссоциации.
Резерфорд (1911 г.) – ядерная модель атома.
Бор (1913 г.) – количественная теория атома водорода.
Курнаков – новое направление в исследованиях многокомпонентных систем: развитие физико-химического анализа – учение о зависимости свойств физико-химических систем от состава.
Дебай и Хюккель (1923 г.) – теория растворов сильных электролитов.
Шилов и Семенов – теория цепных реакций и теория катализа.
Слайд 6
Основные разделы физической химии. Их значение для фармации
Химическая
термодинамика
Фазовое равновесие
Растворы
Электрохимия
Кинетика и катализ
Слайд 7
Химическая термодинамика. Основные понятия
Химическая термодинамика рассматривает энергетические аспекты
(т.е. взаимные превращения энергии, связанные с переходом энергии между
телами в форме теплоты и работы) различных процессов и определяет условия их самопроизвольного протекания.
Предметом классической термодинамики является изучение законов взаимных превращений различных видов энергии, связанных с переходами энергии между телами в форме теплоты и работы.
Предметом химической термодинамики является применение законов классической термодинамики к химическим и физико-химическим явлениям; она рассматривает тепловые эффекты химических реакций, фазовые переходы индивидуальных веществ и смесей, химические равновесия.
Слайд 8
Объектом изучения в термодинамике является термодинамическая система.
Системой
называют отдельное тело или группу тел, фактически или мысленно
отделенных от окружающей среды.
Окружающая среда – это все, что находится в прямом или косвенном контакте с системой.
Слайд 9
Систему называют термодинамической, если между телами, ее составляющими,
может происходить обмен теплотой и веществом, и если система
полностью описывается термодинамическими параметрами.
В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой различают системы:
Открытая система – это …
и т.д. (самостоятельно)
Слайд 10
Совокупность всех физических и химических свойств системы называют
состоянием системы.
Его характеризуют термодинамическими параметрами, которые бывают:
Интенсивными –
это такие свойства, которые не зависят от массы и которые выравниваются при контакте систем (температура, давление, плотность, концентрация, химический потенциал).
Свойства системы, зависящие от массы, называют экстенсивными (объём, масса, теплоёмкость, внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, термодинамические потенциалы). Экстенсивное свойство системы в целом равно сумме соответствующих экстенсивных свойств отдельных составляющих, входящих в данную систему (свойство аддитивности).
Слайд 11
Те физические величины, значение которых полностью определяет состояние
системы и которые поддаются непосредственному измерению, называются параметрами состояния.
Функции этих параметров называются функциями состояния (не поддаются непосредственному измерению).
Свойства функций состояния:
1. Бесконечно малое изменение функции f является полным дифференциалом (обозначается df).
2. Изменение f при переходе системы из состояния 1 в состояние 2 не зависит от пути процесса, а определяется лишь начальным и конечным её состояниями:
3. В результате циклического процесса функция состояния не изменяется:
Слайд 12
Термодинамические процессы
и их классификация
Самостоятельно !
Слайд 13
Внутренняя энергия
Внутренняя энергия (U) характеризует общий
запас энергии системы. Она включает все виды энергии движения
и взаимодействия частиц, составляющих систему: кинетическую энергию молекулярного движения (поступательного и вращательного); межмолекулярную энергию притяжения и отталкивания частиц; внутримолекулярную или химическую энергию; энергию электронного возбуждения; внутриядерную и лучистую энергию.
Величина внутренней энергии зависит от природы вещества, его массы и температуры.
Полный запас U измерить невозможно (нет точки отсчета), поэтому используют изменение внутренней энергии (dU или ΔU):
ΔU=Uкон-Uнач, Дж/моль.
Внутренняя энергия – функция состояния, экстенсивная величина.
Слайд 14
Энтальпия
Энтальпия – это энергия, которой обладает система, находящаяся
при постоянном давлении;
энтальпия численно равна сумме внутренней энергии
и потенциальной энергии системы.
Н = U + pV.
ΔН = ΔU + pΔV.
Слайд 15
Теплота и работа
Передача энергии от системы к окружающей
среде и наоборот осуществляется только в виде теплоты (Q)
и работы (W) – две формы передачи энергии.
Форму передачи энергии от одной части системы к другой вследствие неупорядоченного (хаотического) движения молекул называют теплотой, а путём упорядоченного (организованного) движения молекул под действием определённой силы - работой.
Работа и теплота связаны с процессом и являются функциями процесса, а не состояния.
Измеряются в Дж/моль.
Слайд 16
Первое начало термодинамики
Формулировки:
1. Энергия изолированной системы постоянна.
2. Энергия
не исчезает бесследно и не возникает из ничего, переход
ее из одного вида в другой происходит в строго эквивалентных количествах.
3. Вечный двигатель первого рода невозможен, под которым подразумевается машина, производящая работу без затраты энергии.
Слайд 18
4. Количество теплоты, подведенное к системе или отведенное
от нее, идет на изменение внутренней энергии и на
работу, совершаемую системой или над системой.
Математическое выражение:
Для конечных изменений: Q=ΔU + W
Для бесконечно малых элементарных процессов:
δQ = dU + δW = dU + pdV + δW’,
где δW – сумма всех видов работ, pdV - механическая работа, δW’ – полезная работа (все, кроме механической). Считая, что δW’ ≈ 0, тогда pdV > δW’:
δQ = dU + pdV.
Слайд 19
Первый закон термодинамики в применении к некоторым процессам
1.
Изотермические процессы. Т = const.
δQ = dU +
δW.
Т.к. U = 3/2 nRT, то dU = 0 и ΔU = 0 тоже.
Тогда: δQ = δW; δW = pdV; W = .
Из уравнения Менделеева – Клайперона .
Т.к. p1V1 = p2V2, то .
QT = .
Слайд 20
2. Изохорные процессы. V = const.
δQ = dU
+ δW.
δW = pdV; а т.к. V = const,
то dV = 0 и ΔV = 0. Тогда δW = pdV = 0,
и для конечных изменений W = pΔV = 0.
Первый закон термодинамики в изохорных процессах будет иметь следующий вид:
δQV = dU
для конечных изменений: QV = ΔU.
