- •Министерство высшего образования
- •Введение
- •1. Химическая термодинамика предмет и задачи термодинамики
- •1.1 Основные понятия и определения химической
- •1.2 Первый закон термодинамики
- •1.3 Применение первого закона термодинамики к процессам в любых системах
- •1.6 Теплоемкость. Связь теплоемкости с
- •1.7 Зависимость теплового эффекта oт температуры.
- •1.8 Второй закон термодинамики
- •1.9 Энтропия
- •1.10 Второй закон термодинамики для обратимых и
- •1.12 Постулат планка.Вычисление абсолютной энтропии
- •1.14 Энергия гельмгольца (изохорно-изотермический
- •1.15 Энергия гиббса (изобарно-изотермический
- •1.16 Уравнение гиббса-гельмгольца
- •1.17 Характеристические функции
- •1.18 Химический потенциал.Летучесть
- •1.20 Уравнение изотермы реакции
- •1.21 Зависимость константы равновесия от температуры
- •1.23 Тепловая теорема нернста
- •1.24 Расчет химического равновесия с помощью
- •2. Фазовые равновесия
- •2.1 Общие понятия
- •2.2 Условия фазового равновесия
- •2.3 Правило фаз гиббса
- •2.4 Уравнение клаузиуса-клапейрона
- •2.5 Однокомпонентная система воды
- •2.6 Диаграммы состояния двухкомпонентных
- •2.6.1 Система с неограниченной растворимостью
- •2.6.3 Система с ограниченной растворимостью
- •2.7 Трехкомпонентные системы
- •3. Растворы
- •3.1 Характеристика растворов
- •3.2 Закон рауля
- •3.5 Жидкие бинарные системы. Идеальные растворы
- •3.6 Растворы с положительными и отрицательными
- •3.7 Состав паровой фазы над растворами. Законы
- •3.7.1 Диаграммы состав – давление пара (температура
- •3.7.2 Перегонка. Ректификация
- •Ректификация
- •3.8 Термодинамика концентрированных
- •3.10 Растворимость твердых тел в жидкостях
- •3.12Распределение растворенного вещества между
- •4.2 Математическое описание волнового движения
- •4.3 Уравнение шредингера
- •4.4 Решение уравнения шредингера
- •4.7 Распространение волнового уравнения на
- •4.8 Атомные термы
- •5.1 Ионная связь. Энергия кристаллической решетки
- •5.2 Ковалентная связь
- •5.4 Расчет молекулярного иона водорода
- •5.7 Квантовохимические представления о координационных соединениях
- •5.9 Водородная связь
- •6.1 Дипольный момент молекул
- •Содержание
- •1.Химическая термодинамика
- •2.Фазовые равновесия
- •3.Растворы
- •4.Строение атомов
- •5.Химическая связь
- •6.Электрические и магнитные свойства молекул
3.10 Растворимость твердых тел в жидкостях
Растворимость твердых тел в жидкостях сильно зависит от их природы, природы растворителя и температуры. Вопрос о зависимости растворимости от физико-химических свойств компонентов находится сейчас в неудовлетворительном состоянии, что связано с отсутствием ясных и общих представлений о молекулярных силах, действующих в растворах и определяющих растворимость, и с отсутствием универсальной теории жидкостей.
Если, однако, при растворении образуется идеальный раствор, величина растворимости может быть предсказана термодинамически
( )р =
где N2 - растворимость твердого тела,
раст - дифференциальная теплота растворения.
Растворимость твердого вещества в растворе можно представить протекающим в две стадии:
Плавление твердого.
Смешение жидкого вещества с идеальным раствором. В случае идеального раствора теплота второго процесса равна нулю. Это значит, что Н0пл=Нраст
()p=
lgN2= -
3.11 ОГРАНИЧЕННАЯ ВЗАИМНАЯ РАСТВОРИМОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ
Ограниченная взаимная растворимость двух жидкостей наблюдается в системах со значительным отклонением от идеальности. Такая растворимость зависит от температуры, однако влияние температуры на разные системы различно. В одних системах взаимная растворимость увеличивается с ростом температуры, а в других уменьшается. Температура, выше или ниже которой компоненты образуют гомогенный раствор во всех соотношениях, называется критической температурой растворения.
3.12Распределение растворенного вещества между
ДВУМЯ НЕСМЕШИВАЮЩИМИСЯ ЖИДКОСТЯМИ
Закон распределения- третий компонент, добавленный к системе, состоящей из двух взаимно нерастворимых жидкостей, распределяется между обоими жидкими слоями в определенном, постоянном при данной температуре отношении.
= К , где C1- равновесная концентрация распределяющегося вещества в первой фазе; С2 -его равновесная концентрация во второй фазе; К - константа или коэффициент равновесия.
В некоторых системах распределяющееся вещество вследствие диссоциации или ассоциации его молекул обладает неодинаковой средней величиной частиц в различных растворителях. В таких случаях соотношение неприменимо, а закон распределения принимает вид
= К,
где n=(М1- средний молекулярный вес распределяющегося вещества в первой фазе; М2- его средний молекулярный вес во второй фазе).
Для выражения закона распределения в случае концентрированных растворов концентрации следует заменить активностями
К ,
где а1и а2- активности распределяющегося вещества в первой и второй фазах.
3.13 ЭКСТРАКЦИЯ
Закон распределения широко используется для решения задач на экстрагирование вещества из раствора. Экстракцией называется извлечение компонента из раствора с помощью второго растворителя не смешивающегося с первым.
Обозначим go- начальное количество экстрагируемого вещества;V1- объем раствора, в котором находится это вещество;V2- потребляемый на одно экстрагирование объем растворителя, с помощью которого производится экстрагирование;m-общее число экстрагировании;g1,g2...gm- количество вещества, остающееся в первоначальном растворе после 1,2, ..., m-го экстрагировании; К - коэффициент распределения экстрагируемого вещества.
Коэффициент распределения экстрагируемого вещества условились обозначать отношением концентрации раствора, из которого экстрагируется распределяющееся вещество, к концентрации раствора, которым производится экстрагирование.
Пусть после первого экстрагирования в исходном растворе осталось g1кг растворенного вещества в объеме Vi, а экстрагируетсяgэ=go– g1кг, причем это количество заключается в объемеV2. По закону распределения
откуда
После второго экстрагирования
Если вместо g1подставить его значение, то получим
Очевидно, что после m экстрагирований в исходном растворе останется gmкг
4. СТРОЕНИЕ АТОМА
4.1 ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОНОВ
Уже в XIX веке было признано, что свет обладает волновыми свойствами, проявляющимися в дифракции от решетки. Однако, согласно данной впоследствии интерпретации фотоэлектрического эффекта, свету были приписаны также и корпускулярные свойства, так что излучение обладает двойственным корпускулярно-волновым характером. Следующие уравнения связывают количественно массу и частоту излучения с его энергиейЕ,описывая этот дуализм:
E==hv==mc2
Здесь h—постоянная Планка,hv—энергия фотона с массой, эквивалентнойт,а с—скорость света. Частота связана с длиной волныуравнением
=
Из уравнений следует
=.
В 1924 г. де Бройль высказал предположение, что частицы, которые считались корпускулярными, также обладают волновыми свойствами. Уравнение де Бройля связывает длины волн таких частиц с их массой ти скоростью:
=
Подставляя в уравнение значения h, ти,можно найти длины волн различных частиц, движущихся с определенными скоростями
Согласно этим вычислениям, для объектов с массой 1 гили больше, движущихся с обычными скоростями, длины волн настолько малы, что их
нельзя измерить. Однако из таблицы легко видеть, что электроны с соответствующими скоростями имеют длины волн, сравнимые с межатомными
расстояниями в молекулах и кристаллах.
Длины волн, вычисленные для различных частиц
Частица |
Масса m, г |
Скорость, см/с |
Длина волны, см |
Медленный электрон |
910-28 |
100 |
710-2 |
Быстрый электрон |
910-28 |
5,9108 |
110-8 |
-частица |
6,610-24 |
1,5109 |
610-13 |
Масса 1 г. |
1 |
1 |
610-27 |
Теннисный мяч |
40 |
2500 |
610-32 |
Бейсбольный мяч |
140 |
2500 |
210-32 |
Принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что нельзя одновременно определить точно импульс и положение электрона. Это утверждение можно проиллюстрировать следующим образом. При любом измерении положения электрона излучение, используемое для наблюдения электрона, должно претерпевать изменения. Измеряемая величина—это изменение, происходящее с фотоном при его контакте с электроном. Поэтому нельзя точно обнаружить объект, размеры которого меньше длины волны используемого излучения. Следовательно, чтобы обнаружить такую маленькую частицу, как электрон, необходимо использовать излучение с очень малой длиной волны и соответственно с очень большой энергиейE=hc/.Однако, поскольку электрон чрезвычайно мал, столкновение с фотоном, обладающим большой энергией, должно изменять его импульс. В результате, чем точнее измеряется положение электрона (при использовании малых длин волн, т. е. фотонов с большой энергией), тем менее точно можно измерить одновременно его импульс (и обратно).
Модель атома Бора находится в противоречии с принципом неопределенности, так как она описывает одновременно и положение и импульс электрона. Вместо этого правильная теория может только предсказать вероятность нахождения электрона в определенном положении при данной энергии. После гипотезы де Бройля Шрёдингер интуитивно использовал волновое уравнение в качестве модели для описания поведения электрона в атоме. Эта модель учитывает требования, входящие в принцип неопределенности.