Лекція № 1
Тема: Фізична хімія, основні розділи, практичне використання, загальна характеристика агрегатного становища.
Мета: Вивчити основні розділи фізичної хімії, навчитися використовувати основні поняття, ознайомитися з загальною характеристикою агрегатного становища.
Вступ до фізичної хімії, розвиток фізичної хімії.
Виникнення фізичної хімії відноситься до середини 18 ст. У цей час знання з фізики і хімії створили основу для виділення фізичної хімії як самостійної науки. Засновник фізичної хімії Ломоносов М.В. ( 1711-1765 p.).
Фізична хімія - наука, яка розкриває фізичні причини хімічних процесів.
М. В. Ломоносов відкрив і кількісно обґрунтував основний закон хімії - "Закон збереження маси речовин". Його дослідження доказали те, що речовину неможливо знищити.
Розвиток фізичної хімії був пов'язаний з дослідженнями вчених, що вивчали дію тепла та електрики на протікання хімічних процесів.
Другим засновником фізичної хімії є Г.І.Гесс. На основі його досліджень було відкрито науку – термодинаміку. В основі цієї науки лежить "Закон постійності сум тепла при хімічних перетворюваннях". "Закон збереження енергії": енергія може переходити з одного виду в інший в еквівалентних співвідношеннях.
У 1887р. німецький вчений В.Оствальд заснував у Лейбцигському університеті першу кафедру фізичної хімії і перший став видавати журнал.
У 1865 р. курс фізичної хімії починає викладати М. М. Бекетов у Харківському університеті. Курс носить назву: «Відносини фізичних і хімічних явищ між собою». Таку назву курс мав 5 років.
Основні відкриття М.М.Бекетова:
1) Ряд активності металів.
2) Вивчення відновної здатності одних металів по відношенню до інших.
3) Відкрив виробництво алюмінію та магнію.
Великий внесок у розвиток фізичної хімії внесли: С.А.Арреніус - теорія електролітичної дисоціації ; Я.Х.Вант - Гофф займався вивченням розведених розчинів, які він дорівнював до газоподібного стану, розробив термодинамічну теорію хімічної рівноваги (правило Вант-Гоффа ); Д.І.Менделєєв займався вивченням термодинамічного розширення рідин, їх поверхневого натягу при різних температурах, вивів газову постійну: R = 8,314 ∙103 кДж/к моль ∙К
Головні розділи фізичної хімії:
1) Агрегатні стани речовин.
2) Основи хімічної термодинаміки(тут вивчають перетворення одного виду енергії в інші).
3) Хімічна кінетика (цей розділ вивчає швидкість хімічних реакцій, фактори, від яких вона залежить, а також різні види каталізу).
4) Розчини (вивчають здатності розчинів - неелектролітів та фактори, від яких вони залежать).
5) Електрохімія (вивчає властивості розчинів - електролітів, електропровідність цих розчинів гальванічні процеси в них).
В основі багатьох технологічних процесів добування металів та їх сплавів пластмас, хімічних волокон, добрив, лікарських препаратів, неорганічних речовин харчових продуктів полягають закони фізичної хімії. Поширені у різних галузях харчової промисловості процеси як випарювання, сепарація, дистиляція сушіння, екстрагування, кристалізація і розчинення можуть бути зрозумілі і здійснювані на основі законів фізичної хімії. Усі біохімічні процеси, які лежать в основі багатьох харчових виробництв, також підпорядковуються законам фізичної хімії. На методах фізичної хімії засновано і технологічний контроль харчових виробництв: визначення кислотності, вологості, вміст цукру, жиру, білку і вітамінів.
Всі агрегатні стани речовини характеризуються двома протилежностями: збираючим і розсіювальним факторами, а саме силами когезії і кінетичною енергією молекули.
До збираючих сил відносяться :
1) Сили когезії (існують в однакових молекулах);
2) Сили адгезії (існують між різними молекулам).
Розсіювальний фактор - кінетична енергія, обумовлена броунівським рухом.
Лекція № 2
Тема: Газоподібний стан речовин, рівняння ідеального та реального газу, об’єднаний газовий закон.
Мета: Вивчити газоподібний стан речовин, навчитися користуватися рівняннями: ідеального, реального та об’єднаним газовим законом, переводити одиниці вимірювання в систему СІ.
Агрегатні стани речовини.
Газоподібний стан речовин, рівняння ідеального та реального газу.
Газові закони
Газоподібний стан речовини характеризується дуже великою кінетичною енергією молекул і дуже малими силами когезії, тому газ завжди намагається зайняти як можна більший об'єм.
Якщо газ дуже розріджений, міжмолекулярний простір настільки великий, то сили когезії стають настільки малими, що ними можна нехтувати. У таких газах нехтують і об'ємом самих молекул. Такий газ називають ідеальним. Усі газові закони використовують для ідеальних газів.
Ідеальний стан газів вивчали вчені Менделєєв і Клапейрон і вивели рівняння ідеального газу.
PV = nRT
де, Р- тиск, Па (Па = Н/м2)
V- об'єм , м3 (м3 = л ∙10-3)
n – кількість молів газу
R - універсальна газова постійна (R = 8,314 ∙103 кДж/к моль ∙К)
Т - температура, К (00 С = 273 К)
Газ під тиском називають реальним газом. У реальних газах неможливо нехтувати ні об'ємом молекул, ні силами когезії, тому для реальних газів неможливо використовувати рівняння Менделєєва - Клапейрона. Використовують рівняння
Ван-дер-Ваальса:
( Р + n∙a/ V2)∙( V - n∙b ) = nRT
де, Р- тиск, Па
n - кількість молів газу
а - коефіцієнт, що враховує сили когезії
V- об'єм, м3
R - газова постійна
b - коефіцієнт, що враховує об'єм молекул.
Ті зовнішні умови (Р, Т, V), при яких газ перетворюється у рідину, називають критичними параметрами. Ці параметри були доведені Д.І. Менделєєвим.
Практичне використання газів.
1) Рідкі гази знайшли своє використання у холодильних установках.
2) У харчовій промисловості газ використовують як розпушувач – СО2, амоній.
3) Газ використовують у виробництві будівельних матеріалів.
Об'єднаний газовий закон:
де, Р0= 101325 Па
V0 = 22,4 ∙ 10-3 м3
Т0 = 273 К
При заданих умовах:
зад = m/V ( кг/м3 )
При нормальних умовах:
н.у. = М/V ( кг/м3 )