Химия онлайн
Химическая термодинамика, история химии «Азимов»

автор: Азимов Айзек

Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии.

Химическая термодинамика

В 1863 г. норвежские химики Като Максимилиан Гульдберг (1836—1902) и Петер Вааге (1833—1900) опубликовали брошюру, в которой излагали свою точку зрения на причины, определяющие направление течения самопроизвольных реакций. Эти ученые вернулись к предположению, высказанному Бертолле (см. гл. 4) за полстолетия до этого. Бертолле считал, что направление реакции зависит от массы участвующих в ней отдельных веществ. Гульдберг и Вааге полагали, что направление реакции определяется не просто массой отдельных веществ, а скорее массой отдельных веществ, приходящейся на данный объем реагирующей смеси, другими словами — концентрацией веществ.

Предположим, что вещества A и B могут реагировать с образованием веществ C и D, а вещества C и D могут реагировать с образованием веществ A и B:


A + B -> C + D


Эта обратимая реакция достигает равновесия при таких условиях, когда в системе представлены все четыре вещества: A. B, C и D. Положение равновесия зависит от соотношения скоростей реакций веществ A и B (скорость 1) и веществ C и D (скорость 2).

Предположим, что скорость 1 намного больше, чем скорость 2. В этом случае вещества A и B реагируют быстро, а вещества C и D — медленно, и вскоре количество веществ C и D намного превысит количество веществ A и B, и в состоянии равновесия в смеси преобладают вещества C и D. Взглянув на приведенное выше уравнение, мы скажем, что в этом случае точка равновесия сдвинута «далеко вправо».

Если же скорость 2 намного выше, чем скорость 1, вещества C и D реагируют намного быстрее, чем вещества A и B, и в состоянии равновесия в смеси преобладают вещества A и B. Точка равновесия в этом случае сдвинута «далеко влево».

Но скорость 1 зависит от частоты столкновений молекул A и B, так как только при таком столкновении (и то не всегда) может произойти реакция. В свою очередь скорость 2 зависит от частоты столкновений молекул C и D.

Предположим теперь, что к реакционной смеси добавляется дополнительное количество вещества A или B (или того и другого) и что объем смеси при этом не меняется. Концентрация вещества A и B (или того и другого) в этом случае увеличивается, и вероятность столкновения молекул возрастает (подобно тому как в час пик, когда автострада забита машинами, вероятность их столкновения намного больше, чем ранним утром, когда машин относительно мало).

Таким образом, с повышением концентрации вещества A или B (или того и другого) скорость 1 увеличивается, а с уменьшением концентрации снижается. Точно так же с ростом концентрации вещества C или D (или и C, и D) увеличивается скорость 2. Меняя скорость 1 или 2, можно изменить состав равновесной смеси. С изменением концентрации любого из участвующих в реакции веществ меняется положение точки равновесия.

Итак, если к находящейся в состоянии равновесия смеси веществ добавить (или удалить из нее) один из компонентов, равновесие нарушится, и точка равновесия сместится. Тем не менее Гульдбергу и Вааге удалось найти одну неменяющуюся компоненту. Соотношение произведений концентраций исходных веществ (A и B) и продуктов реакции (C и D) в состоянии равновесия остается постоянным, т. е.

[C] [D] / [A] [B] = K

(квадратные скобки показывают, что речь идет о концентрации), где Kпостоянная (константа) равновесия химической реакции. Эта константа является характеристикой любой конкретно взятой обратимой реакции при определенной температуре.

Закон действия масс Гульдберга и Вааге дал бы химикам, изучающим обратимые реакции, значительно больше, чем гипотеза Бертло, которая к тому же, как мы уже говорили, оказалась не совсем верной, но, к сожалению, Гульдберг и Вааге сначала (1867 г.) опубликовали свою работу на норвежском языке, и она оставалась незамеченной, пока ее в 1879 г. не перевели на немецкий язык [76].

Тем временем американский физик Джозайя Гиббс Уиллард (1839—1903) [77] начал систематическое изучение термодинамики химических реакций и за период между 1874 и 1878 гг. опубликовал ряд больших статей, посвященных этому вопросу.

Гиббс ввел понятие свободная энергия[78]. (Необходимость введения этого понятия была обусловлена тем, что измерить изменение величины свободной энергии легче, чем измерить изменение энтропии.) Любая химическая реакция сопровождается изменением свободной энергии системы. Изменение теплосодержания строго соответствует уменьшению свободной энергии и увеличению энтропии. Поскольку обычно самопроизвольные реакции сопровождаются выделением теплоты, то теплосодержание системы при протекании таких реакций уменьшается. Однако в некоторых, хотя и считанных случаях изменение свободной энергии и энтропии бывает таким, что теплосодержание системы увеличивается, и тогда самопроизвольная реакция идет с поглощением энергии.

Гиббс также показал, что с изменением концентрации веществ, образующих эту систему, свободная энергия системы до некоторой степени меняется. Поэтому если свободная энергия, определенная при стандартных значениях концентраций, для A + B ненамного отличается от свободной энергии C + D, то даже небольшие изменения концентрации могут привести к тому, что свободная энергия A + B окажется больше или меньше, чем свободная энергия C + D. В такой системе направление реакции определяется соотношением концентраций, но и в том, и в другом направлении реакция пойдет самопроизвольно.

Скорость, с которой меняется свободная энергия при изменении концентрации отдельного вещества, называется химическим потенциалом системы, и Гиббсу удалось показать, что именно химический потенциал является «движущей силой» химических реакций. Химическая реакция идет самопроизвольно от точки с высоким химическим потенциалом к точке с низким химическим потенциалом, подобно тому как теплота самопроизвольно передается от точки с высокой температурой к точке с низкой температурой.

Таким образом, Гиббс объяснил суть закона действия масс. Он показал, что в состоянии равновесия сумма химических потенциалов всех компонентов смеси минимальна. Если реакция начинается с взаимодействия A + B, то по мере образования C + D она идет вниз по «склону холма химического потенциала». Если реакция начинается с взаимодействия C + D, то по мере образования A + B она также идет вниз «по склону холма». В состоянии равновесия достигается нижняя точка «энергетической ямы» между двумя «холмами».

Гиббс применил принципы термодинамики при изучении равновесия между различными фазами (жидкой, твердой и газообразной), входящими в одну и ту же химическую систему. Например, вода как жидкость и как водяной пар (один компонент, две фазы) могут существовать вместе при различных температурах и давлениях, но если температура задана, то давление также определено. Вода как жидкость, водяной пар и лед (один компонент, три фазы) могут существовать все вместе только при одной определенной температуре и давлении.

Гиббс разработал простое уравнение, правило фаз, позволяющее предсказать характер изменения температуры, давления и концентрации различных компонентов при различных сочетаниях числа компонентов и фаз.

Работы Гиббса, отличающиеся предельной обстоятельностью и поразительным изяществом, составили фундамент современной химической термодинамики. Причем Гиббс сделал так много, что его последователи по существу лишь развивали его идеи [79]. Однако о работах Гиббса в Европе узнали далеко не сразу. Дело в том, что статьи Гиббса были опубликованы в «Трудах Коннектикутской академии» — издании, совершенно не известном ведущим химикам и физикам мира.


просмотров: 287
Search All Amazon* UK* DE* FR* JP* CA* CN* IT* ES* IN* BR* MX
Search All Ebay* AU* AT* BE* CA* FR* DE* IN* IE* IT* MY* NL* PL* SG* ES* CH* UK*
Robtec Assorted Steel Wool, Coarse, Medium, Fine (12-Pack)

$35.99
End Date: Monday Nov-12-2018 12:47:30 PST
Buy It Now for only: $35.99
|
Aluminum Cleaner Brightener 128 ounces (1 Gallon)

$6.99
End Date: Tuesday Oct-23-2018 6:27:38 PDT
Buy It Now for only: $6.99
|
Magic Goo Gone Citrus Solvent 8 oz Bottle 2087 Removes Gum Grease and Tar

$11.99
End Date: Friday Nov-9-2018 6:47:54 PST
Buy It Now for only: $11.99
|
DE-OX-ID / DEOXID Premium Electronic Contact Cleaner Spray, The Best!

$9.99
End Date: Sunday Nov-11-2018 10:52:27 PST
Buy It Now for only: $9.99
|
WD 40 Specialist Electrical Contact Cleaner Circuit Electronic Board W Spray Can

$10.69
End Date: Friday Nov-9-2018 6:28:34 PST
Buy It Now for only: $10.69
|
WD-40 No-Mess PEN RETAIL PAK NEW PENS REMOVE STICKERS LABELS QUICKLY EASILY

$3.15
End Date: Sunday Nov-11-2018 12:32:56 PST
Buy It Now for only: $3.15
|
16 pack - HOMAX brand (1 Bag) (16 Pads) #0000 (0000) SUPER FINE Steel Wool

$41.95
End Date: Saturday Oct-20-2018 10:45:08 PDT
Buy It Now for only: $41.95
|
Star Brite 81900 Fabric Waterproofing w/ PTEF 1 Gallon Tent Boat Top Cover

$9.28
End Date: Saturday Nov-10-2018 10:35:57 PST
Buy It Now for only: $9.28
|
Search Results from AllSoft: новости

Сан-Франциско ждет! Вы — Маркус, блестящий хакер, объединяетесь с DedSec, чтобы противостоять ctOS 2.0, системе глобального контроля. Сокрушите ее, это будет взлом века!
Первым покупателям — скидка 250 рублей! Успей купить первым! 


подробнее»
181528

PrintStore Pro — программа для учета расходных материалов и оборудования. Просчитывает запас каждого картриджа в каждом принтере и помогает сформировать заказ на следующий период. Поддерживает учет перезаправок. Учитывает при всех операциях совместимость принтеров и картриджей. Хранит историю всех действий с картриджами и принтерами, позволяет создавать множество отчетов.


подробнее»
123795

Fax Voip T38 Fax & Voice — факс и автоответчик для вашей SIP/H.323/ISDN сети. Виртуальные голосовые факс модемы. Поддержка T.38, Fax поверх G.711 и CAPI факс. Одновременные SIP регистрации, маршрутизация вызовов, цветные факсы. Совместимость со стандартными факс программами. Fax Voip принтер, Консоль Fax Voip для управления факсами. Сохранение входящих факсов в TIFF/PDF/SFF файлы. Маршрутизация входящих факсов: E-mail, Сохранить в папке, Печать. Факс по запросу. Отправка факса через e-mail (Почта-на-факс) и получение факсов на e-mail (Факс-на-почту).


подробнее»
139103

Fax Voip T38 Fax & Voice — факс и автоответчик для вашей SIP/H.323/ISDN сети. Виртуальные голосовые факс модемы. Поддержка T.38, Fax поверх G.711 и CAPI факс. Одновременные SIP регистрации, маршрутизация вызовов, цветные факсы. Совместимость со стандартными факс программами. Fax Voip принтер, Консоль Fax Voip для управления факсами. Сохранение входящих факсов в TIFF/PDF/SFF файлы. Маршрутизация входящих факсов: E-mail, Сохранить в папке, Печать. Факс по запросу. Отправка факса через e-mail (Почта-на-факс) и получение факсов на e-mail (Факс-на-почту).


подробнее»
141754

Retouch Pilot — программа для удаления изъянов с фотографий, таких как царапины, мелкие пятна и другие мелкие дефекты, существующие на фото или полученные при сканировании. Вы можете удалять целые объекты, попавшие случайно в кадр, а также инструментом пластика изменять форму и пропорции. Программа позволяет ретушировать изъяны кожи - пятнышки, морщинки и др..


подробнее»
26516

R-Studio — эффективное программное обеспечение, позволяющее восстанавливать данные с жестких дисков, CD, DVD, дискет, USB дисков, ZIP дисков и устройств флеш-памяти.


подробнее»
88115

Сборка электронных каталогов автозапчастей включает в себя грузовые автомобили Европы и Китая. В сборку включена программа Tecdoc, позволяющая подобрать не оригинальные запчасти.


подробнее»
183206

Sound Pilot озвучивает клавиатуру. Каждое прикосновение к клавиатуре рождает звук, который разнообразит процесс набора текста, развлекает и снижает утомляемость.


подробнее»
78205
Search Results from «Озон» Химия
 
Тосио Хасэгава, Хироюки Макино Занимательная химия. Органическая химия Manga Guide: Organic Chemistry
Занимательная химия. Органическая химия

Простой, последовательный, наглядный и необременительный путь изучения органической химии! Читай комиксы манга и становись отличником! Чтобы изучать органическую химию, нужно иметь базовые знания об атомах и молекулах. Если вы знаете про органические соединения из каких атомов они состоят, какими связями образуются и понимаете причины этого, то сможете понять, например, различия их растворимостей и точек кипения. Кроме того, вы сможете предсказывать, какие молекулы и при каких условиях нужно заставить вступить в реакцию, чтобы с большой вероятностью получить желаемую молекулу. Другими словами, размышление о свойствах атомов и молекул не позволяет органической химии превратиться в простое заучивание наизусть названий соединений и формул химических реакций.

...

Цена:
589 руб

В. Ф. Травень Органическая химия. Учебное пособие. В 3 томах. Том 2
Органическая химия. Учебное пособие. В 3 томах. Том 2
Первое издание учебника "Органическая химия", изданного в 2004 году, получило заслуженное признание среди студентов и преподавателей. Вместе с тем, переход на двухуровневую систему высшего образования предъявляет новые требования к содержанию учебников, что явилось причиной существенной переработки книги. В настоящем, пятом, издании учебный материал систематизирован с учетом степени глубины изучения предмета: для начального освоения дисциплины в основных разделах излагаются фундаментальные сведения, а специализирующимся в области органической химии и продолжающим обучение после получения степени бакалавра адресованы разделы "Для углубленного изучения". Пятое издание учебника подготовлено в комплекте с задачником (В.Ф.Травень, А.Ю.Сухорукое, Н.А.Кондратова "Задачи по органической химии и практикумом (В.Ф.Травень, А.Е.Щекотихин "Практикум по органической химии . Данный набор учебных изданий обеспечивает двухуровневое изложение учебного материала и не имеет аналогов.

Для студентов, аспирантов и преподавателей химических факультетов университетов и химико-технологических вузов....

Цена:
779 руб

Р. С. Соколов Практические работы по химической технологии
Практические работы по химической технологии
Пособие обеспечивает практическую работу студентов на семинарских занятиях, их самостоятельную домашнюю работу над индивидуальными заданиями и выполнение лабораторного практикума. Состоит из трех разделов.
В первом разделе приводятся планы семинаров и освещается методика работы на них, во втором представлены тексты комплексных домашних заданий и указания по их выполнению, третий раздел представляет руководство по выполнению лабораторного практикума.

Предназначено для студентов химических и биолого-химических специальностей педагогических вузов....

Цена:
171 руб

 Структурная самоорганизация в растворах и на границе раздела фаз
Структурная самоорганизация в растворах и на границе раздела фаз
Предлагаемая книга является коллективным научным трудом, посвященным изучению проблем самоорганизации в растворах и на границе раздела фаз. В монографии изложено теоретическое обоснование эффектов, связанных с самоорганизацией лабильных структур растворителя, возникающих в результате внешних воздействий (внешнее поле, изменение термодинамических параметров (T, p), влияние сольвофобного растворенного вещества, гидрофобной поверхности и т.д.). Дано фундаментальное изложение взаимосвязи самоорганизации с физико-химическими свойствами растворов и границы раздела фаз. Проявление таких эффектов является принципиально важным не только для процессов гидратации ДНК, конформации макромолекул, денатурации белков, формирования наноструктур, но и для многих явлений в растворах, определяемых многочастичными эффектами, такими как сольвофобная сольватация, микрогетерогенность, кластерообразование, ориентационные корреляции, перенос протонов в ассоциированных жидкостях и др. Изложенный в предлагаемой монографии новый научный материал позволяет с единых позиций подойти к изучению широкого круга явлений в растворах, зависящих от самоорганизации растворителя. Все главы книги написаны авторитетными учеными, специалистами в данной области науки.

Книга предназначена для ученых, аспирантов и студентов, работающих над проблемами теории растворов....

Цена:
759 руб

Под редакцией Р. У. Хабриева, Н. И. Калетиной Токсикологическая химия (+ CD-ROM)
Токсикологическая химия (+ CD-ROM)
Учебник "Токсикологическая химия. Аналитическая токсикология" с электронным приложением на CD отражает современный подход к проведению экспертизы наркотических средств, психотропных веществ, допингов, природных токсинов, макро- и микроэлементов, алкоголя, технических жидкостей, пестицидов и других токсикантов. Для решения задач судебно-химического, клинико-токсикологического, криминалистического анализа, допинг- и наркоконтроля представлены различные способы пробоподготовки биообразцов и методы определения токсикантов (ГХ-МС, ВЭЖХ-МС-ЯМР, ВЭЖХ-ИСП-МС, ГХ-ИК-Фурье, ГРС, КЭ-ИСП-МС и др.), рассмотрены механизмы действия токсикантов, закономерности их метаболизма с учетом токсикогенетических факторов, новейшие технологии - метаболомика и метабономика, вопросы биобезопасности, а также пути обеспечения качества получаемых результатов экспертизы на основе надлежащей лабораторной практики, системы валидации и квалификации в химико-токсикологических лабораториях. Учебный материал изложен с междисциплинарных позиций. Приведено 80 многоуровневых ситуационных задач.

Издание предназначено для студентов вузов, обучающихся по специальности "Фармация" в соответствии с учебной программой по токсикологической химии, а также для студентов химико-технологических, биологических и экологических специальностей....

Цена:
1519 руб

О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, Е. Е. Остроумова, С. А. Сладков Химия для профессий и специальностей естественно-научного профиля
Химия для профессий и специальностей естественно-научного профиля
В учебнике на современном уровне изложены теоретические основы общей, органической и неорганической химии. Учебник поможет сформировать не только высокий профильный уровень химических знаний, но и целостную естественно-научную картину мира. Контрольные вопросы и задачи, приведенные по каждой теме, помогут подготовиться к единому государственному экзамену. Рекомендации по выполнению лабораторных и практических работ, представленных по всем разделам органической и неорганической химии, позволят освоить технику безопасного эксперимента.

Для лиц, обучающихся по профессиям и специальностям естественно-научного профиля в учреждениях начального и среднего профессионального образования....

Цена:
1019 руб

О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов Химия
Химия
На современном уровне изложены теоретические основы химии, рассмотрены вопросы химии элементов (неметаллов и металлов), строение и свойства разных классов органических соединений. Приведены контрольные вопросы и задачи, примеры решения задач. Даны рекомендации по выполнению лабораторных опытов и практических работ по всем разделам неорганической и органической химии.

Для студентов учреждений среднего профессионального образования....

Цена:
829 руб

А. Н. Жуков Электроповерхностные явления в капиллярных и дисперсных системах
Электроповерхностные явления в капиллярных и дисперсных системах
В данном учебном пособии рассмотрены электроповерхностные явления, которые наблюдаются в дисперсных и капиллярных системах в присутствии жидких растворов электролитов. Излагаются теоретические основы механизмов образования двойного электрического слоя на межфазной границе "твердое тело - раствор электролита", его моделей и соответствующих характеристик, а также теорий разнообразных электрокинетических явлений.

Книга предназначена для студентов и аспирантов физических, химических, геологических и биологических специальностей высших учебных заведений....

Цена:
709 руб

В. А. Попков, С. А. Пузаков Общая химия
Общая химия
Учебник посвящен изложению избранных разделов неорганической, аналитической, физической и коллоидной химии, оказывающих существенное влияние на формирование естественнонаучного стиля мышления специалистов медицинского профиля. Каждый раздел учебника вооружает студентов медицинского вуза знаниями, которые им необходимы при рассмотрении физико-химической сущности и механизма процессов, происходящих в организме человека на молекулярном и клеточном уровнях. Учебник содержит иллюстрации и примеры медико-биологического характера.

Учебник предназначен для студентов, обучающихся по специальностям: 040100- лечебное дело; 040200 - педиатрия; 040300 -медико-профилактическое дело; 040400 - стоматология....

Цена:
1799 руб

С. Э. Зурабян, А. П. Лузин Органическая химия
Органическая химия
Учебник представляет собой сочетание теоретического курса и лабораторного практикума, взаимно дополняющих друг друга. Материал по важнейшим классам органических соединений изложен по функциональному принципу.
В качестве оценочных средств в издание включены задания по наиболее важным вопросам программы. Часть этих заданий (около 150) предназначена для самостоятельной внеаудиторной работы учащихся непосредственно по ходу изучения теоретического материала. Каждая глава содержит обширный набор заданий, направленных на закрепление учебного материала и контроль усвоения знаний.
Лабораторный практикум включает около 50 экспериментальных опытов, позволяющих изучить важные для фармацевтической специальности химические реакции.

Учебник предназначен студентам фармацевтических и медицинских училищ и колледжей, будет полезен абитуриентам для подготовки к Единому государственному экзамену по химии в вузы химического и биологического профиля....

Цена:
799 руб

2007 Copyright © GenDNA.ru Мобильная Версия v.2015 | PeterLife и компания
Пользовательское соглашение использование материалов сайта разрешено с активной ссылкой на сайт. Партнёрская программа.
Яндекс.Метрика Яндекс цитирования