Зв'язок з хімічним потенціалом

Використовуючи властивості екстенсивності термодинамічних потенціалів, математичним наслідком яких є співвідношення Гіббса-Дюгема, можна показати, що хімічний потенціал є відношенням енергії Гіббса до числа частинок в системі:

Енергія Гіббса і напрям ходу реакції

У хімічних процесах одночасно діють два протилежні фактори - ентропійний (TΔS) і ентальпійний (ΔH). Сумарний ефект цих протилежних факторів у процесах, що перебігають при постійному тиску і температурі, визначає зміна енергії Гіббса (G):

З цього виразу випливає, що , тобто деяка кількість теплоти витрачається на збільшенні ентропії (TΔS), ця частина енергії втрачена для здійснення корисної роботи, її часто називають зв'язаною енергією. Інша частина теплоти (ΔG) може бути використана для здійснення роботи, тому енергію Гіббса часто називають також вільною енергією.

Білет 2 питання2

В'я́зкість або внутрішнє тертя  — властивість текучих тіл (рідин і газів) чинити опір переміщенню однієї їх частини відносно іншої.

Природа в'язкості

В’язкість рідин – це результат взаємодії внутрішньомолекулярних силових полів, що перешкоджають відносному рухові двох шарів рідини. Отже для переміщення шару один відносно одного треба подолати їх взаємне притягання, причому чим воно більше, тим більша потрібна сила зсуву. При відносному зсуві шарів у газовому середовищі, в результаті перенесення молекулами газу кількості руху під час їх переходу з шару в шар, виникає дотична сила між шарами, що протидіє проковзуванню останніх.

Таким чином, внутрішнє тертя в рідині, на відміну від газів, зумовлене не обміном молекул, а їх взаємним притяганням. Доказом цього є те, що із збільшенням температури, як відомо, обмін молекул зростає і тертя в газах зростає, а в рідинах спадає у зв'язку із послабленням міжмолекулярного притягання.

Згідно із законом Ньютона для внутрішнього тертя в'язкість характеризується коефіцієнтом пропорційності η між напруженням зсуву τ іградієнтом швидкості руху шарів  у перпендикулярному до деформації зсуву напрямку (поверхні шарів): .

Коефіцієнт η називають коефіцієнтом динамічної в’язкості, динамічною в'язкістю або абсолютною в'язкістю. Одиниця вимірювання коефіцієнта динамічної в'язкості  — Паc, Пуаз (0,1Па·с).

Кількісно коефіцієнт динамічної в'язкості дорівнює силі F, яку треба прикласти до одиниці площі зсувної поверхні шару S, щоб підтримати в цьому шарі ламінарну течію із сталою одиничною швидкістю відносного зсуву.

Неньютонівської рідини мають значно складніший зв'язок між напруженням зсуву і градієнтом швидкості, ніж проста лінійність. Тому, для різних видів рідин застосовують різні моделі в'язкості: Ньютонівська рідина: рідина, така як вода і більшість газів, що має стале значення динамічної в'язкості.

Динамічна в'язкість води становить 8,90·10⁻⁴ Па·с чи 8,90·10⁻³ дин·с/см² при 25 °C. Як функція температури T (K) динамічна в'язкість води може бути описана рівнянням: μ(Па·с) = A × 10^B/(T−C), де A=2,414·10⁻⁵ Па·с ; B = 247,8 K ; і C = 140 K .

Білет 3

Білет 3 питання 1

Вн́утрішня ене́ргія тіла (позначається як E або U) — повна енергія термодинамічної системи за винятком її кінетичної енергії як цілого і потенціальної енергії тіла в полі зовнішніх сил. Внутрішня енергія складається з кінетичної енергії хаотичного руху молекул, потенціальної енергії взаємодії між ними і внутрішньомолекулярної енергії.

Зміна внутрішньої енергії при переході з одного стану в інший буде завжди дорівнювати різниці значень в цих станах, незалежно від шляху, по якому здійснювався перехід. Внутрішню енергію тіла не можна виміряти напряму. Можна визначити тільки зміну внутрішньої енергії:

 — робота, виконана над термодинамічною системою^[1] або:

,

де , робота виконана термодинамічною системою.

Внутрішня енергія, як термодинамічний потенціал

Оскільки внутрішня енергія є функцією стану, то її можна визначити як термодинамічний потенціал, залежний від об'єму, числа частинок у системі, та ентропії: U(V,S,N) .

Для квазістатичних процесів виконується співвідношення:

де T — температура, S — ентропія, P — тиск, μ — хімічний потенціал, N — кількість частинок в системі.

Ві́льна ене́ргія Гельмго́льца — термодинамічний потенціал, який визначає рівноважні термодинамічні характеристики системи в залежності від об'єму й температури.

Рівновжний стан системи багатьох часток при визначеному об'ємі й сталій температурі визначається мінімумом вільної енергії.

Дослідження показали, що нагрітий газ при охолодженні, що не роби, не віддає всю свою енергію. Ту частку енергії газу, яку можна було відібрати й перетворити в корисну роботу, стали називати вільною енергією.

Вільна енергія F визначається, як ,

Зміна вільної енергії дорівнює роботі, виконаній над тілом при ізотермічному процесі

Диференціал вільної енергії дорівнює .

У випадку системи із змінним числом часток, диференціал вільної енергії отримує додатковий член ,

де μ — хімічний потенціал, N — число часток.

Вирази для вільної енергії деяких термодинамічних систем

Для класичного ідеального одноатомного газу вільна енергія дорівнює

Білет 3 питання2

Диспе́рсная систе́ма — это образования из двух или более числа фаз (тел), которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда). Если фаз несколько, их можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т. д.).

К дисперсным системам относят также случай твёрдой дисперсной среды, в которой находится дисперсная фаза. Классификация дисперсных систем

Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среды и дисперсной фазы. Сочетания трех видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов дисперсных систем. Для краткости записи их принято обозначать дробью, числитель которой указывает на дисперсную фазу, а знаменатель на дисперсионную среду.

Обозначение	Дисперсная фаза	Дисперсионная среда	Название и пример
Г/Г	Газообразная	Газообразная	Дисперсная система не образуется
Ж/Г	Жидкая	Газообразная	Аэрозоли: туманы, облака
Т/Г	Твёрдая	Газообразная	Аэрозоли (пыли, дымы), порошки
Г/Ж	Газообразная	Жидкая	Газовые эмульсии и пены
Ж/Ж	Жидкая	Жидкая	Эмульсии: нефть, крем, молоко
Т/Ж	Твёрдая	Жидкая	Суспензии и золи: пульпа, ил, взвесь, паста
Г/Т	Газообразная	Твёрдая	Пористые тела
Ж/Т	Жидкая	Твёрдая	Капиллярные системы: жидкость в пористых телах, грунт, почва
Т/Т	Твёрдая	Твёрдая	Твёрдые гетерогенные системы: сплавы, бетон, ситаллы, композиционные материалы

По кинетическим свойствам дисперсной фазы дисперсные системы можно разделить на два класса:

• Свободнодисперсные системы, у которых дисперсная фаза подвижна;

• Связнодисперсные системы, дисперсионная среда которых твердая, а частицы их дисперсной фазы связаны между собой и не могут свободно перемещаться.

В свою очередь эти системы классифицируются по степени дисперсности.

Системы с одинаковыми по размерам частицами дисперсной фазы называются монодисперсными, а с неодинаковыми по размеру частицами — полидисперсными. Как правило, окружающие нас реальные системы полидисперсны.

По размерам частиц свободнодисперсные системы подразделяют на:

Название	Размер частиц, м
Ультрамикрогетерогенные	10−9…10−7
Микрогетерогенные	10−7…10−5
Грубодисперсные	более 10−5

Ультрамикрогетерогенные системы также называют коллоидными или золями. В зависимости от природы дисперсионной среды, золи подразделяют на твёрдые золи, аэрозоли (золи с газообразной дисперсионной средой) и лиозоли (золи с жидкой дисперсионной средой). К микрогетерогенным системам относят суспензии, эмульсии, пены и порошки. Наиболее распространёнными грубодисперсными системами являются системы «твёрдое — газ», например, песок.

Связнодисперсные системы (пористые тела) по классификации М. М. Дубинина подразделяют на:

Название	Размер частиц, нм
Микропористые	менее 2
Мезопористые	2-200
Макропористые	более 200

Диспе́рсна систе́ма (n) — гетерогенна система з двох або більше фаз з сильно розвиненою поверхнею розділу між ними.

Фази дисперсної системи не змішуються між собою і не реагують — тому між ними існує поверхня розділу цих фаз. Одна фаза (дисперсна фаза) розподілена в іншій (дисперсійне середовище). Фази можна розділити між собою фізичними способами: коагуляція, пептизація та ін.

Як правило, дисперсна система — це колоїдний розчин або розчини високомолекулярних сполук.

Одна з фаз утворює неперервне дисперсійне середовище (рідина, газ, тверде тіло), в об'ємі якого розподілена (розосереджена) дисперсна фаза у вигляді дрібних твердих частинок, крапель рідини або бульбашок газу.

Дисперсна система з частинками крупнішими 10^-4 см називають грубодисперсними, з частинками менших розмірів — високодисперсними або колоїдними.

Системи з газовим дисперсійним середовищем — аерозолі та аерогелі; з рідким — золі, емульсії, суспензії, піни; з твердим — системи типу рубінового скла, опалу, піноматеріали.

Дисперсні системи можуть бути структурованими, якщо між частинками виникають контакти.

Поширеність

Дисперсні системи значно поширені в природі (гірські породи, ґрунти, хмари, тканини живих організмів тощо).

Білет 4

1)Електронні орбіталі+АО+МО. Спектри поглинання та випромінювання. Спектральні методи дослідження. Електронні та коливальні спектри

А́томна електронна орбіталь – це стан електрона в атомі, що характеризується певними значеннями квантових чисел n, l і m, певними розмірами, формою та орієнтацією в просторі електронної хмари.

Електронні орбіталі класифікують за орбітальними квантовими числами.

А́томною орбіта́ллю у квантовій механіці й хімії називають базисну хвильову функцію електрона в атомі.

Молекулярна орбіталь — наближена хвильова функція електронів молекули, утворена суперпозицією атомних орбіталей різних атомів.

Спектри випромінювання

Світло сонця, електричної дуги чи лампочки розжарювання розкладаються в суцільну різнобарвну смужку з безперервним переходом одного спектрального кольору в інший, тобто виникає неперервний спектр. Неперервність спектра свідчить про те, що в сонячному світлі присутні коливання всіх можливих частот (довжин хвиль). Досліди показують що неперервний спектр випромінюють розжарені тверді і рідкі тіла. Гази можуть випромінювати неперервний спектр тоді, коли вони перебувають під досить великим тиском. Це свідчить про те, що існування неперервного спектра обумовлено не тільки властивостями окремих випромінюючих атомів, а дуже залежать від взаємодії атомів між собою.

Вивчення лінійчатих спектрів різних речовин показало, що лінійчаті спектри випромінюють всі речовини в газоподібному атмосферному стані, причому кожен хімічний елемент дає свій лінійчатий спектр, який не збігається зі спектрами інших елементів.

Спектри поглинання.

Якщо біле світло пропустити крізь певну речовину, а потім спрямувати на стінку спектроскопа, то в суцільному спектрі білого світла з‘являються темні лінії або смуги поглинання. Такий спектр називають спектром поглинання. Для різних речовин вигляд спектра поглинання буде різним – темні смуги чи лінії поглинання виникають у різних місцях суцільного спектра, мають неоднакову ширину. Пара чи гази поглинають проміння лише тих довжин хвиль, які вони самі можуть випромінювати.

Спектральний аналіз — це сукупність методів визначення фізичних характеристик та хімічного складу об'єкта, він заснований на вивченні властивостей його випромінювання (зокрема, світла). Атоми кожного хімічного елемента мають свої певні резонансні частоти, внаслідок чого саме на цих частотах вони випромінюють або поглинають світло. Це приводить до того, що у спектрографі на спектрі видно лінії (темні або світлі) у певних місцях, визначених для кожного атому або молекули. Інтенсивність та профіль ліній залежить від кількості і стану речовини (тиск, температура, великомасштабні і турбулентні рухи, магнітні поля та ін.). У кількісному спектральному аналізі визначають вміст досліджуваної речовини за інтенсивністю ліній або смуг в спектрах.

Електронні спектри – молекулярні спектри, обумовлені квантовими переходами із одного електричного стану молекули в інший. Переходи, при яких відбувається поглинання кванта електромагнітного випромінювання, створюють спектри поглинання, випромінювання кванта – спектри випромінення. Електронні спектри розташовані у видимій і УФ областях спектру.

Коливальні спектри – молекулярні спектри, обумовлені квантовими переходами між коливальними рівнями енергії молекул. Створюють ІЧ спектри поглинання.