Рівняння Менделєєва-Клапейрона

Усяка система може перебувати в різних станах, що відрізняються температурою, тиском, об'ємом і т. ін.

Величини p, V, T і ін., що характеризують стан системи, називаються параметрами стану.

Якщо який-небудь із параметрів міняється усередині системи від точки до точки, то такий стан називається нерівноважним. Якщо параметри системи у всіх точках однакові при незмінних зовнішніх умовах, то такий стан називається рівноважним.

рівняння стану виглядатиме так:

Ця форма запису носить назву рівняння (закону) Клапейрона—Менделєєва.

Зміна внутрішньої енергії закритої системи, яка відбувається в рівноважному процесі переходу системи із стану 1 в стан 2, дорівнює сумі роботи, зробленої над системою зовнішніми силами, і кількості теплоти, наданої системі: ΔU = A' + Q. Робота здійснена системою над зовнішніми тілами в процесі 1->2 (Назвемо її просто А) A=-A', тоді закон приймає вигляд:

.

Кількість теплоти, що надається системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи і на здійснення системою роботи проти зовнішніх сил.

Для елементарної кількості теплоти δQ; елементарної роботи δA і малої зміни dU внутрішньої енергії перший закон термодинаміки має вигляд:

Зако́н Ге́сса — тепловий ефект хімічної реакції при постійному об'ємі або тиску (коли відсутня не пов'язана з розширенням робота) не залежить від шляху реакції, а лише від початкового й кінцевого станів системи.

Закон Гесса справедливий оскільки ентальпія є функцією стану системи й не залежить від того, яким чином ця система утворилася.

Закон названий на честь російського вченого швейцарського походження Германа Івановича Гесса.

Хімічна кінетика — розділ хімії, що вивчає швидкість хімічних процесів. Ця наука включає в себе вивчення впливу різних експериментальних умов на швидкість хімічних реакцій та досліджує їх механізми, що включає в себе знаходження також і характеризацію перехідного стану.

Інтенсивність проходження хімічних реакцій визначається швидкістю, тобто зміною концентрації реагуючої речовини або продукту реакції за одиницю часу:

де С – молярна концентрація реагуючої речовини, а t – час. Мінус перед правим членом обумовлений зниженням концентрації реагуючої речовини в ході реакції. У виразі швидкості реакції за зміною концентрації продукту реакції мінус не ставиться. Отже, швидкість рекції завжди позитивна.

Швидкість хімічної реакції також визначається законом діючих мас, що був висунутий Бекетовим, а потім формульований Гульдберґом і Вааґе у 1867 році.

За цим законом швидкість хімічної реакції при постійній температурі прямо пропорційна добуткові концентрацій реагуючих речовин у степеням, які дорівнюють стехіометричним коефіцієнтам у відповідному рівнянні реакції.

Правило Вант-Гоффа — емпіричне правило, яке дозволяє в першому наближенні оцінити вплив температури на швидкість протікання хімічної реакції в невеликому температурному інтервалі (зазвичай від 0 °C до 100 °C). Я. Г. Вант-Гофф на основі багатьох експериментів сформулював наступне правило:

При збільшенні температури на кожні 10 градусів константа швидкості гомогенної елементарної реакції збільшується в два-чотири рази.

Принцип Лешательє-Брауна ^[1] стверджує, що реакція рівноважної термодинамічної системи на будь-яке збурення відбувається таким чином, щоб зменшити наслідки цього збурення.

,

де - величина того відклику, яка спостерігалася б при зафіксованому стані системи, - справжня величина відклику, коли система реагує на збурення зміною свого стану.

Наприклад, при плавленні бінарного сплаву виплавлювання однієї зі складових приводить до підвищення температури плавлення залишку, таким чином зменшуючи ефект від нагрівання.

Принцип виводиться з умови максимуму ентропії при термодинамічній рівновазі. Таким чином він справедливий тільки для рівноважних систем. Для дисипативних систем у далеких від рівноваги станах, він незастосовний.

Принцип Лешательє-Брауна названий на честь французького хіміка Анрі Луї Ле Шательє і німецького фізика Карла Фердинанда Брауна.

Узагальнене рівняння фотосинтезу (брутто-формула) має вигляд:

6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

О́смос (рос. осмос, англ. osmosis, нім. Osmose f) — спонтанний перехід, однобічна дифузія через напівпроникну перегородку (мембрану), яка відокремлює розчин від чистого розчинника або розчину меншої концентрації. Зумовлений прагненням системи до термодинамічної рівноваги і вирівнювання концентрацій розчину з обох боків мембрани. Характеризується осмотичним тиском, що дорівнює надлишковому зовнішньому тискові, який треба докласти з боку розчину, щоб припинити осмос. Відіграє важливу роль у фізіологічних процесах, використовується при дослідженні полімерів, біологічних структур.

Осмоти́чний ти́ск (або дифу́зний ти́ск) — термодинамічний параметр, що характеризує прагнення розчину понизити свою концентрацію при зіткненні з чистим розчинником внаслідок зустрічної дифузії молекул розчинника та розчиненої речовини.

Другий закон Рауля: підвищення температури кипіння, або зниження температури замерзання розчину прямопропорційнемоляльній концентрації розчиненої речовини. Коефіцієнти пропорційності називають відповідно ебуліоскопічна і кріоскопічна сталі. Значення коефіцієнтів залежать лише від природи розчинника.

Електроліти (англ. electrolytes, нім. Elektrolyte m pl) – речовини, розплави або розчини, які проводять електричний струм внаслідок дисоціації на іони, проте самі речовини не проводять електричний струм.

Електроліти́чна дисоціа́ція — явище розпаду нейтральних молекул на йони, що відбувається в електролітах. Наприклад, молекула солі NaCl розпадається при розчиненні на іони Na⁺ та Cl^-.

Зако́н розба́влення О́ствальда — співвідношення, що виражає залежність еквівалентної електропровідності розведеного розчину бінарного слабкого електроліту від концентрації розчину.

Де К — константа дисоціації електроліту, с — концентрація, λ і λ∞ — значення еквівалентної електропровідності відповідно при концентрації і при нескінченному розведенні. Це співвідношення є наслідком закону діючих мас і рівності

де α — ступінь дисоціації.

Закон розбавлення Оствальда виведений В. Оствальдом у 1888 і ним же підтверджений дослідним шляхом. Експериментальне встановлення правильності закону розведення Оствальда мало велике значення для обгрунтування теорії електролітичної дисоціації.

pH, Водневий показник — величина, що показує міру активності іонів водню (Н⁺) в розчині, тобто ступінь кислотності або лужності цього розчину. Для розведених розчинів можна користуватись терміном «концентрація» замість «активність» у цьому визначенні. pH нейтрального розчину становить 7, розчини із більшим значенням водневого показника є лужними, із меншими — кислими.

Загальну концепцію виміру кислотності розчину за допомогою рН сформулював С. П. Соренсен (Sørensen) в 1909 р.

Молекули води до певної міри здатні до дисоціації, що описується рівнянням:

H₂O H⁺ + OH^-;

Константа рівноваги для цього процесу:

Електродний потенціал — різниця електричних потенціалів між електродом та електролітом, в контакті з яким він знаходиться (найчастіше всього між металом ірозчином електроліту).

Якщо пластинку будь-якого металу, наприклад, цинку занурити у воду, то іони цинку, що утворюють кристалічну решітку металу, під дією полярних молекул води гідратуються, зв'язок їх з решіткою послаблюється, і деяка їх кількість, відриваючись від металу, перейде у воду, а на металі залишиться еквівалентна кількість електронів:

Zn = Zn²⁺ + 2e^-

Рівня́ння Не́рнста — рівняння, що описує залежність рівноважного потенціалу електрода від термодинамічної активності (концентрації) потенціал-визначальних компонентів розчину електроліту.

Поверхне́во-акти́вні речови́ни (ПАР, сурфактанти, детергенти) — хімічні речовини, які знижують поверхневий натяг рідини, полегшуючи розтікання, у тому числі знижуючи поверхневий натяг на межі двох рідин. Це речовини, молекули або йони яких концентруються під дією молекулярних сил (адсорбуються) біля поверхні розділу фаз і знижують поверхневу енергію. У вужчому значенні поверхнево-активними речовинами здебільшого називають речовини, що знижують поверхневий натяг на межі поділу: рідина (вода) — повітря (пара), рідина (вода) — рідина (масло), рідина — тверда поверхня.

Поверхнево-активні речовини — зазвичай амфіфільні органічні сполуки (термін амфіфільні означає, що вони містять якгідрофільні групи («головки»), так і гідрофобні групи («хвости»). Через таку будову вони розчинюються як у неполярних жирах іорганічних розчинниках, так і в полярних середовищах (воді).

Адсо́рбція (від лат. ad — на, при і лат. sorbeo — поглинаю) — вибіркове поглинання речовини з газового чи рідкого середовища поверхневим шаром твердого тіла(адсорбенту) чи рідини. Компонент, що поглинається, який вміщується в суцільному середовищі (газі, рідині), називають адсорбтивом, а той що вміщується в адсорбенті— адсорбатом. Наприклад, активоване вугілля адсорбує гази. Це явище треба відрізняти від абсорбції.

Абсорбція (рос. абсорбция, англ. absorption, нім. Absorption f, Absorbieren f, Aufsaugen f, Einsaugen f, Aufnahme f) — вибіркове поглинання речовини з газового чи рідкого середовища усім об'ємом твердого тіла чи рідини. Наприклад рідини — твердою речовиною (чорнила — промокальним папером) чи газу — рідиною (аміаку — водою).

Диспе́рсна систе́ма (рос. дисперсная система, англ. dispersive system, нім. Dispersionssystem n) — гетерогенна система з двох або більше фаз з сильно розвиненою поверхнею розділу між ними. Фізично неоднорідна система, що складається з дисперсійного середовища та дисперсної фази. Прикладами дисперсних систем є колоїдні розчини та розчини високомолекулярних сполук (ВМС).

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.

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.

До ВМС належать білки (казеїн), желатин, крохмаль, які складають основу харчування, нуклеїнові кислоти та інші біополімери.

Певне використання знайшли ВМС у медицині та фармації. З полімерів виготовляють інструментарій, предмети догляду за хворими, протези для заміни втрачених органів. У фармації полімери використовують для виготовлення оболонок капсул, у які вміщують лікарські речовини, як покриття і складові частини таблеток, як допоміжної речовини для створення мазей і пластирів. З модифікованої целюлози, наприклад, виготовляють бинти і вату з кровоспинним властивостями. Лікарські форми у вигляді драглів можна виготовити м’якими, щільними, навіть хрящуватими.

В медичній практиці ВМС використовують як плазмозамінники, кровозамінники (розчини полівінілового спирту, полівінілпіролідону). У фармації їх застосовують для пролонгування дії лікарських речовин. Для ширшого використання розчинів ВМС у медицині і фармації слід добре знати закономірності взаємодії ВМС з низькомолекулярними рідинами.

Дата добавления: 2015-05-10