1

Предмет физической химии 1

Структура физической химии 2

Основные понятия и определения 2

Термодинамика 2

Термодинамическая система 3

Термодинамические параметры 5

Температура 6

Давление 7

Термодинамические функции 7

Свойства функций состояния 8

Термодинамический процесс 8

Законы идеальных газов 9

Закон Бойля 9

I Закон Чарльза 9

II Закон Чарльза 9

Принцип Авогадро 9

Объединенный газовый закон Менделеева-Клапейрона 10

Смеси газов. Закон Дальтона 11

Мольная доля и парциальное давление 12

Законы реальных газов 14

Вопросы для самоконтроля 16

Предмет физической химии

Физическая химия – это наука о законах химических процессов и химических явлениях.

Законы и положения физической химии используются, чтобы объяснить и понять физические и химические свойства материи. Физическая химия объясняет явления, которые основаны на физических законах и дает количественное описание химических процессов.

Основная задача физической химии – это предсказание механизма и результата химического процесса, а также управление процессом для достижения наибольшей эффективности.

Современная физическая химия изучает:

• химическую термодинамику, включая термохимию и учение о равновесиях, термодинамику растворов,

• электрохимию,

• химическую кинетику,

• квантовую механику (строение вещества).

Теоретические основы физической химии являются фундаментом для проведения экспериментальных научных исследований и процессов в химической промышленности. (Рис. 0.1.).

Структура физической химии

Рис. 0.2. Структура физической химии

Основные понятия и определения Термодинамика

Термодинамика – это наука об использовании и превращениях энергии.

Химическая термодинамика использует законы и положения общей термодинамики к изучению химических явлений и физико-химических явлений: химических реакций. Фазовых переходов, процессов в растворах. В химической термодинамике для расчетов используют начальное и конечное состояние системы и внешние условия (параметры), известные из опыта.

Основные постулаты термодинамики

1. Система приходит в состояние равновесия при постоянных внешних условиях на границе с течением времени. (t → ∞). Иначе: любая изолированная система с течением времени приходит в равновесное состояние и самопроизвольно не может из его выйти.

2. Все свойства термодинамической системы (включая внутренние параметры) – являются функцией внешних параметров и состава системы.

Выводы, которые делаются в физической химии на основании наблюдений и расчетов, обобщаются основными законами термодинамики (Рис. 0.3.).

Рис. 0.4.Основные законы термодинамики

Термодинамическая система

Объектом изучения термодинамики является термодинамическая система, которая находится во взаимодействии с окружающей средой (Рис. 0.5.).

Рис. 0.6. Система и окружающая среда

Термодинамические системы подразделяют (Рис. 0.7.):

• по типу обмена веществом и энергией с окружающей средой,

• по количеству фаз в системе.

Рис. 0.8. Классификация термодинамических систем

По типу обмена веществом и энергией с окружающей средой термодинамические системы делятся на:

• открытые,

• закрытые,

• изолированные (Рис. 0 .9).

Рис. 0.9. Типы термодинамических систем

Различают следующие состояния термодинамических систем:

• равновесное (все характеристики системы постоянны и в ней нет потоков вещества и энергии)

  • устойчивое (стабильное) состояние (когда при бесконечно малом воздействии происходит бесконечно малое изменение систем, при устранении воздействия система приходит в исходное состояние)

  • метастабильное состояние (когда конечные воздействия на систему приводят к конечным изменениям, которые не исчезают при устранении этого воздействия)

• неравновесное (устойчивое, лабильное) состояние, при котором бесконечно малые воздействия вызывают конечные изменения системы

• стационарное, при котором независимые переменные постоянны во времени, но в системе имеются потоки.

При описании термодинамических систем важно знать количественный состав системы. В гомогенных однородных системах – это химический состав, в гетерогенных - химический и фазовый состав. Вещества, из которых состоит система называются составляющими. Некоторый минимальный набор составляющих веществ, достаточный для описания свойств системы называется независимыми составляющими или независимыми компонентами.

Состояния термодинамических систем описывают с помощью термодинамических переменных, которые делятся на независимые переменные (термодинамические параметры) и термодинамические функции.