15. Агрегатное состояние вещества – жидкость

 

Физическое определение жидкости, также как и физическое определение твёрдого тела, имеет приблизительный характер. В нём не раскрывается  причина самоорганизации молекул вещества в это  агрегатное состояние.

«Жидкость - агрегатное состояние вещества, сочетающее в себе черты твердого состояния (сохранение объема, определенная прочность на разрыв) и газообразного (изменчивость формы). Для жидкости характерны ближний порядок в расположении частиц (молекул, атомов) и малое различие в кинетической энергии теплового движения молекул и их потенциальной энергии взаимодействия. Тепловое движение молекул жидкости состоит из колебаний около положений  равновесия и сравнительно редких перескоков из одного равновесного состояния в другое, с этим и связана текучесть жидкости».[2]

Сейчас в молекулярной физике есть очень приблизительный критерий, который не позволяет точно определить, в каком именно агрегатном состоянии находятся молекулы вещества. Используя критерий для жидкости, невозможно отличить жидкость от газа или твёрдого тела. Это явная недоработка теоретической физики.

«Если , то вещество находится в жидком состоянии, так как в результате теплового движения молекулы перемещаются в пространстве, обмениваясь местами, но не расходясь на расстояние, превышающее».[1]

В этом определении указывается следствие, что молекулы не привязаны к кристаллической решётке, но не указана причина, (хотя известна) - то, что молекулы находятся на границе потенциальной ямы. Привязка критерия агрегатного состояния только к температуре () не даёт возможности однозначно определить агрегатное состояние жидкости. Существующий критерий не учитывает давления над жидкостью, и концентрации молекул, а это очень важные факторы. Для воды, например, температура фазового перехода жидкость - пар при давленииравняется, а при давлении-. Любой критерий, привязанный к температуре, в этом диапазоне является не точным и не даёт ответа на вопрос, для ответа на который он был выведен – в каком агрегатном состоянии находится вода. Такие же проблемы существуют и для всех остальных веществ. Определить агрегатное состояние вещества очень просто. Для этого нужно воспользоваться универсальным графиком агрегатных состояний вещества.

Составим этот график взаимодействия двух молекул для одного агрегатного состояния вещества - жидкости и объясним, исходя из этого графика, причину самоорганизации молекул именно таким образом.

Из этого графика легко понять, что происходит с веществом при его переходе из твёрдого агрегатного состояния в жидкость.

 При увеличении температуры твёрдого тела увеличивается кинетическая энергия молекул, увеличивается величина осцилляций молекул вокруг положения равновесия. Одновременно с этим уменьшается(расстояние до краёв потенциальной ямы). При уменьшениидо нуля, вещество переходит в состояние жидкости.

 На графике видно, что агрегатное состояние жидкости соответствует выходу молекул из потенциальной ямы. Это агрегатное состояние вещества в вакууме имеет очень маленький температурный диапазон. При увеличении давления температурный диапазон этого агрегатного состояния увеличивается за счёт конденсации молекул из пара.

Рис. 5 Взаимодействие двух молекул вещества в агрегатном состоянии жидкости.

 

Рассматривая левую часть графика видно, что левая часть потенциальной ямы круче, чем у твёрдого тела, из чего следует макроскопический вывод о практической несжимаемости жидкости.

Рассматривая правую часть графика, видно, что выход из потенциальной ямы очень пологий, что говорит о незначительном сопротивлении жидкости растяжению. Оно проявляется в виде поверхностного натяжения.

Таким образом, мы можем вывести физическое определение жидкости, имеющий чёткий критерий.

«Жидкость - это такое состояние вещества, при котором все составляющие её атомы (молекулы, ионы) находятся в «потенциальной яме», но в своем колебательном движении имеют возможность её покидать».

18. Закон Гесса — математическое следствие первого начала термодинамики, которое формулируется следующим образом:

• Тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания.

Иными словами, количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при каком-либо процессе, всегда одно и то же, независимо от того, протекает ли данное химическое превращение в одну или в несколько стадий (при условии, что температура, давление иагрегатные состояния веществ одинаковы). Например, окисление глюкозы в организме осуществляется по очень сложному многостадийному механизму, однако суммарный тепловой эффект всех стадий данного процесса равен теплоте сгорания глюкозы.

На рисунке приведено схематическое изображение некоторого обобщенного химического процесса превращения исходных веществ А₁, А₂… в продукты реакции В₁, В₂…, который может быть осуществлен различными путями в одну, две или три стадии, каждая из которых сопровождается тепловым эффектом ΔH_i. Согласно закону Гесса, тепловые эффекты всех этих реакций связаны следующим соотношением:

Закон открыт русским химиком Г. И. Гессом в 1840 г.; он является частным случаем первого начала термодинамики применительно к химическим реакциям. Практическое значение закона Гесса состоит в том, что он позволяет рассчитывать тепловые эффекты самых разнообразных химических процессов; для этого обычно используют ряд следствий из него.

[править]Следствия из закона Гесса

• Тепловой эффект прямой реакции равен по величине и противоположен по знаку тепловому эффекту обратной реакции (закон Лавуазье — Лапласа).

• Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования (ΔH_f) продуктов реакции и исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты (ν):

• Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот сгорания (ΔH_c) исходных веществ и продуктов реакции, умноженных на стехиометрические коэффициенты (ν):

Таким образом, пользуясь табличными значениями теплот образования или сгорания веществ, можно рассчитать теплоту реакции, не прибегая к эксперименту. Табличные величины теплот образования и сгорания веществ обычно относятся к т. н. стандартным условиям. Для расчёта теплоты процесса, протекающего при иных условиях, необходимо использовать и другие законы термохимии, например, закон Кирхгофа, описывающий зависимость теплового эффекта реакции от температуры.

• Если начальное и конечное состояния химической реакции (реакций) совпадают, то её (их) тепловой эффект равен нулю.

[править]Литература

20. Конста́нта равнове́сия — величина, определяющая для данной химической реакции соотношение между термодинамическими активностями (либо, в зависимости от условий протекания реакции, парциальными давлениями, концентрациями или фугитивностями) исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия (в соответствии с законом действующих масс). Зная константу равновесия реакции, можно рассчитать равновесный состав реагирующей смеси, предельный выход продуктов, определить направление протекания реакции.

Содержание   [убрать]  1 Способы выражения константы равновесия 1.1 Стандартная константа равновесия 1.2 Константа равновесия реакций в гетерогенных системах 2 Константа равновесия и изменение энергии Гиббса 3 Зависимость константы равновесия от температуры 4 Константа равновесия и константа скорости реакции 5 Методы расчета константы равновесия 5.1 Энтропийный расчёт изменения энергии Гиббса и константы равновесия реакции 5.2 Расчёт константы равновесия методами статистической термодинамики 5.3 Экспериментальное определение константы равновесия 6 См. также 7 Примечания 8 Литература