Вопрос 1. Предмет физической и коллоидной химии. Роль отечественных и зарубежных ученых в развитии физической химии.

Химические явления чрезвычайно разнообразны, однако все они подчиняются общим закономерностям, изучение которых составляет предмет физической и коллоидной химии.

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.

Коллоидная химия – это наука, изучающая свойства гетерогенных высокодисперсных систем и протекающих в них процессов.

Первый в мире курс физической химии был создан М. В. Ломоносовым. Он первым обосновал закон сохранения массы вещества и пришел к определению принципа сохранения материи и движения, получившего признание как всеобщий закон природы.

А. Лавуазье и Ч. Лаплас исследовали теплоемкость и тепловые эффекты.

В результате исследований Г. Деви, М.Фарадея, И. Я.Берцелиуса найдены законы электролиза.

Русский ученый Г.И. Гесс открыл основной закон термохимии.(1840)

Для развития физической химии большое значение имели работы Д.И.Менделеева и прежде всего открытие им периодического закона, который устанавливал связь между химической природой веществ и их физическими свойствами.(1869)

После работ Н.Н. Бекетова шведскими учеными К. Гульдбергом и п. Вааге был сформулирован закон действия масс. Впоследствии я. Вант-Гоффом было разработано математическое выражение кинетических закономерностей, С. Аррениусом разработана теория электролитической диссоциации.

В развитии термодинамической теории равновесий выдающаяся роль принадлежит Дж. Гиббсу, который разработал общую теорию термодинамических функций, вывел правило фаз и заложил основы статистической термодинамики. (1873-1885)

А. Ле Шателье сформулировал правило, создал количественную теорию электролитической диссоциации.(1881-1885)

Э. Резерфорд создал ядерную модель атома, Н. Бор- количественную теорию атома водорода.(1911,1913)

Вопрос 2. Предмет химической термодинамики. Основные понятия. Системы изолированные, закрытые, открытые. Состояние системы. Функция состояния. Процессы: изобарные, изохорные и адиабатические.

Термодина́мика— раздел химии, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. Термодинамика — это феноменологическая наука, опирающаяся на обобщения опытных фактов. Она изучает макроскопические системы, состоящие из огромного числа частиц —термодинамические системы. Процессы, происходящие в таких системах, описываются макроскопическими величинами, такими как давление или температура, которые не применимы к отдельным молекулам и атомам.

В термодинамике изучаются физические системы, состоящие из большого числа частиц и находящиеся в состоянии термодинамического равновесия или близком к нему. Такие системы называются термодинамическими системами. Это понятие в общем случае достаточно сложно определить строго, поэтому используется описательное определение, в котором термодинамической системой называется макроскопическая система, которая каким-то образом (например, с помощью реальной или воображаемой оболочки) выделена из окружающей среды и способна взаимодействовать с ней. Если оболочка не допускает обмен ни веществом, ни энергией между системой и окружающей средой, то такая оболочка называется адиабатической, а соответствующая система - изолированной или замкнутой. Системы, у которых оболочка не препятствует обмену веществом и энергией, называются открытыми.

Функция состояния в термодинамике — функция независимых параметров, определяющих равновесное состояние термодинамической системы; не зависит от пути (характера процесса), следуя которому система пришла в рассматриваемое равновесное состояние (т.е. не зависит от предыстории системы); к функциям состояния относят, в частности, характеристические функции системы:

◾ внутренняя энергия;

◾ энтропия;

◾ энтальпия и др.

Термодинамическая работа и количество теплоты не являются функциями состояния, так как их значение определяется видом процесса, в результате которого система изменила своё состояние.

Основными процессами в термодинамике являются:

◾изохорный, протекающий при постоянном объеме;

◾изобарный, протекающий при постоянном давлении;

◾изотермический, происходящий при постоянной температуре;

◾адиабатный, при котором теплообмен с окружающей средой отсутствует;

Изобарный процесс— термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении и постоянной массе идеального газа.

Согласно закону Гей-Люссака, при изобарном процессе в идеальном газе .

Работа, совершаемая газом при расширении или сжатии газа, равна .

Количество теплоты, получаемое или отдаваемое газом, характеризуется изменением энтальпии: .

При изохорном процессе выполняется условие v = const.

Из уравнения состояния идеального газа (pv = RT) следует:

 p/T = R/v = const,

т. е. давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре:

 p₂/p₁ = T₂/T₁.

При изотермическом процессе температура рабочего тела остается постоянной T = const, следовательно:

pv = RT = const

или

p₂/p₁ = v₁/v₂,

т. е. давление и объем обратно пропорциональны друг другу, так что при изотермическом сжатии давление газа возрастает, а при расширении – снижается.

Адиабатным называется процесс изменения состояния газа, который происходит без теплообмена с окружающей средой.