• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Termodynamika chemiczna



    Podstrony: 1 [2] [3] [4] [5]
    Przeczytaj także...
    Stężenie molowe (M, Cm) roztworu – liczba moli danej substancji chemicznej jaką zawiera 1 dm roztworu. Dawniej nazywane było również molarnością roztworu.Proces samorzutny w termodynamice nazywany też czasem naturalnym to proces, który można zrealizować bez konieczności wykonywania pracy nad układem.

    Termodynamika chemiczna – dział chemii fizycznej, stosujący zasady termodynamiki do badań reakcji chemicznych i procesów fizykochemicznych, wykorzystujący fenomenologiczne pojęcia potencjału chemicznego i aktywności składników układu w celu określania kierunku przemian, zmierzających do stanu termodynamicznej równowagi, oraz energetycznych efektów tych przemian – ilości energii, wymienianej między badanym układem i jego otoczeniem (ciepło i praca). Termodynamika chemiczna jest teoretyczną podstawą technologii i inżynierii chemicznej, dotyczy też tzw. procesów nieodwracalnych, przebiegających w układach otwartych termodynamicznie, w skali molekularnej (np. energetyka procesów życiowych) lub w skali kosmicznej (np. struktury dyssypatywne we Wszechświecie).

    Mechanika statystyczna (lub fizyka statystyczna) to gałąź fizyki, zajmująca się układami wielu oddziałujących ciał. Specyfiką tej teorii jest jej metoda. Poszczególne ciała są bowiem opisane przez zmienne losowe. Obliczenia prowadzone w ramach mechaniki statystycznej dotyczą średnich z tych zmiennych z wykorzystaniem metod statystycznych. Fizyczną podstawą mechaniki statystycznej jest termodynamika fenomenologiczna.Pierwsza zasada termodynamiki – jedno z podstawowych praw termodynamiki, jest sformułowaniem zasady zachowania energii dla układów termodynamicznych. Zasada stanowi podsumowanie równoważności ciepła i pracy oraz stałości energii układu izolowanego.

    Historia termodynamiki chemicznej[ | edytuj kod]

    Uczestnicy Kongresu Solvaya w 1948 roku (Bruksela): siedzą (od lewej): Cockcroft, Tonnelat, Schroedinger, Richardson, Bohr, Pauli, Bragg, Meitner, Dirac, Kramers, DeDonder, Heitler, Verschaffelt; w drugim rzędzie: Scherrer, Stahel, Kelin, Blackett, Dee, Blcoh, Frisch, Peierls, Bhabha, Oppenheimer, Occhialini, Powell, Casimir, deHemptinne; w trzecim rzędzie: Kipfer, Auger, Perrin, Serber, Rosenfeld, Ferretti, Moller, Leprince-Ringuet; w czwartym rzędzie: Balasse, Flamache, Grove, Goche, Demeur, Ferrera, Vanisacker, VanHove, Teller, Goldschmidt, Marton, Dilworth, Prigogine, Geheniau, Henriot, Vanstyvendael
    Erwin Schrödinger (1887–1961)

    Termodynamika chemiczna jest nauką interdyscyplinarną, która rozwinęła się na granicy fizyki (termodynamika) i chemii na przełomie XIX i XX w. Wybitni przedstawiciele obu dziedzin nauki starali się znaleźć jeden spójny model układów, zawierających cząstki elementarne, w których, w szczególnych warunkach, mogą powstawać atomy i cząsteczki związków chemicznych. Tak zdefiniowanym układem termodynamicznym jest każdy układ, w którym zachodzą zderzenia między cząstkami elementarnymi, atomami lub cząsteczkami, w czasie których następuje wymiana energii i materii, przy czym powstają nowe struktury (np. ewolucja Wszechświata i gwiazd, ewolucja biologiczna, reakcje chemiczne, zachodzące w probówce laboratoryjnej lub w instalacji przemysłowej). Termodynamika określa ogólne zasady tych przemian, a termodynamika chemiczna jest działem tej nauki, dotyczącym takich układów, w których zachodzą reakcje chemiczne (obok innych przemian – fizycznych i fizykochemicznych).

    Cząsteczka (molekuła) – neutralna elektrycznie grupa dwóch lub więcej atomów utrzymywanych razem kowalencyjnym wiązaniem chemicznym. Cząsteczki różnią się od cząstek (np. jonów) brakiem ładunku elektrycznego. Jednakże, w fizyce kwantowej, chemii organicznej i biochemii pojęcie cząsteczka jest zwyczajowo używane do określania jonów wieloatomowych.Gaz – stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie gazowej mają pełną swobodę ruchu. Wszystkie one cały czas przemieszczają się w przestrzeni zajmowanej przez gaz i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu. Między cząsteczkami nie występują żadne oddziaływania dalekozasięgowe, a jeśli, to bardzo słabe. Jedyny sposób, w jaki cząsteczki na siebie oddziałują, to zderzenia. Oprócz tego, jeśli gaz jest zamknięty w naczyniu, to jego cząsteczki stale zderzają się ze ściankami tego naczynia, wywierając na nie określone i stałe ciśnienie.

    Przed wyodrębnieniem się termodynamiki chemicznej przedstawione problemy pogranicza fizyki i chemii były przedmiotem dyskusji w interdyscyplinarnych gremiach, np. w czasie Kongresów Solvaya, organizowanych przez International Solvay Institutes for Physics and Chemistry – instytut założony przez belgijskiego przemysłowca, przedstawiciela technologii chemicznej (zobacz np. metoda Solvaya). W Kongresach Solvaya uczestniczyli m.in. Albert Einstein, Wolfgang Pauli, Paul Dirac, Niels Bohr, Max Planck, Maria Skłodowska-Curie, Robert Oppenheimer.

    Dysocjacja elektrolityczna – proces rozpadu cząsteczek związków chemicznych na jony pod wpływem rozpuszczalnika, np.Reakcja redoks – każda reakcja chemiczna, w której dochodzi zarówno do redukcji, jak i utleniania. Termin redoks jest zbitką wyrazową słów redukcja i oksydacja.

    Na jednym z takich spotkań Einstein, rozczarowany zasadą nieoznaczoności Heisenberga, powiedział słynne zdanie: Bóg nie gra w kości, a Bohr odpowiedział: Einstein, przestań mówić Panu Bogu co ma robić.

    Uczestnikiem Kongresów Solvaya był również Erwin Schrödinger, jeden z twórców mechaniki kwantowej, który opisywał również w popularnej formie różnice między kwantowymi i fenomenologicznymi (od gr. phainomenon – zjawisko) modelami budowy materii, dotyczącymi skali nano i skali makroskopowej, w tym – materii ożywionej. W słynnym eseju „Czym jest życie?” napisał m.in.:

    Wszechświat – wszystko, co fizycznie istnieje: cała przestrzeń, czas, wszystkie formy materii i energii oraz prawa fizyki i stałe fizyczne określające ich zachowanie. Słowo „wszechświat” może być też używane w innych kontekstach jako synonim słów „kosmos” (w rozumieniu filozofii), „świat” czy „natura”. W naukach ścisłych słowa „wszechświat” i „kosmos” są równoważne.Atom – podstawowy składnik materii. Składa się z małego dodatnio naładowanego jądra o dużej gęstości i otaczającej go chmury elektronowej o ujemnym ładunku elektrycznym.
    .mw-parser-output div.cytat{display:table;padding:0}.mw-parser-output div.cytat.box{margin-top:0.5em;margin-bottom:0.8em;border:1px solid #aaa;background:#f9f9f9}.mw-parser-output div.cytat>blockquote{margin:0;padding:0.5em 1.5em}.mw-parser-output div.cytat-zrodlo{text-align:right;padding:0 1em 0.5em 1.5em}.mw-parser-output div.cytat-zrodlo::before{content:"— "}.mw-parser-output div.cytat.cudzysłów>blockquote{display:table}.mw-parser-output div.cytat.klasyczny::before{float:left;content:"";background-image:url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b9/Quote-alpha.png/20px-Quote-alpha.png");background-repeat:no-repeat;background-position:top right;width:2em;height:2em;margin:0.5em 0.5em 0.5em 0.5em}.mw-parser-output div.cytat.klasyczny>blockquote{border:1px solid #ccc;background:white;color:#333;padding-left:3em}.mw-parser-output div.cytat.cudzysłów>blockquote::before{display:table-cell;color:rgb(178,183,242);font:bold 40px"Times New Roman",serif;vertical-align:bottom;content:"„";padding-right:0.1em}.mw-parser-output div.cytat.cudzysłów>blockquote::after{display:table-cell;color:rgb(178,183,242);font:bold 40px"Times New Roman",serif;vertical-align:top;content:"”";padding-left:0.1em}.mw-parser-output div.cytat.środek{margin:0 auto}.mw-parser-output div.cytat.prawy{float:right;clear:right;margin-left:1.4em}.mw-parser-output div.cytat.lewy{float:left;clear:left;margin-right:1.4em}.mw-parser-output div.cytat.prawy:not([style]),.mw-parser-output div.cytat.lewy:not([style]){max-width:25em}

    Zarówno mój umysł, jak i świat składają się z tych samych elementów. W takiej samej sytuacji jest każdy umysł i jego świat, niezależnie od niezliczonych relacji między nimi. Dany jest mi tylko jeden świat, a nie dwa – ten rzeczywisty i ten postrzegany. Podmiot i przedmiot są tym samym. Nie można powiedzieć, że w wyniku osiągnięć najnowszej fizyki granica między nimi została zniesiona, granica bowiem nigdy nie istniała.

    Destylacja – rozdzielanie ciekłej mieszaniny wieloskładnikowej poprzez odparowanie, a następnie skroplenie jej składników. Stosuje się ją w celu wyizolowania lub oczyszczenia jednego lub więcej związków składowych. Proces wykorzystuje różną lotność względną składników mieszaniny.Alotropia – zjawisko występowania, w tym samym stanie skupienia, różnych odmian tego samego pierwiastka chemicznego, różniących się właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Odmiany alotropowe pierwiastka mogą różnić się między sobą strukturą krystaliczną lub liczbą atomów w cząsteczce.

    Różnicę między podejściem kwantowo-mechanicznym i fenomenologicznym ilustruje też eksperyment myślowy, znany pod nazwą „kot Schrödingera” (opisany w 1935 roku).

    Wśród naukowców, zasłużonych dla rozwoju fenomenologicznej termodynamiki chemicznej, są wymieniani m.in.:

  • German Hess (1802–1850) – prawo Hessa,
  • Gustav Kirchhoff (1824–1887) – prawo Kirchhoffa,
  • Hermann von Helmholtz (1821–1894) – energia swobodna Helmholtza,
  • Johannes Diderik van der Waals (1837–1923) – równanie van der Waalsa,
  • Josiah Willard Gibbs (1839–1903) – równanie Gibbsa-Duhema, równanie Gibbsa-Helmholtza, entalpia swobodna, reguła faz i inne,
  • Henri Louis Le Chatelier (1850–1936) i Karl Ferdinand Braun (1850–1918),
  • Jacobus van ’t Hoff (1852–1911) – reguła van ’t Hoffa, izoterma reakcji, równanie van ’t Hoffa (stała równowagi) (izobara i izochora van ’t Hoffa),
  • Władysław Natanson (1864–1937) – termodynamika procesów nieodwracalnych (źródła entropii),
  • Ilya Prigogine (1917–2003) – termodynamika procesów nieodwracalnych (struktury dyssypatywne, samoorganizacja molekularna).

  • Absorpcja (łac. absorbere = wchłaniać) – termin z zakresu chemii fizycznej oznaczający proces wnikania jednej substancji (cząsteczek, atomów lub jonów) do innej substancji tworzącej dowolną fazę ciągłą (gazu, cieczy, ciała stałego itp.).Gaz doskonały – zwany gazem idealnym jest to abstrakcyjny, matematyczny model gazu, spełniający następujące warunki:
  • German Hess (1802–1850)

  • H. von Helmholtz (1821–1894)

  • Gustav Kirchhoff (1824–1887)

  • Josiah Gibbs (1839–1903)

  • H. Le Chatelier (1850–1936)

  • Karl Braun (1850–1918)

  • J. van ’t Hoff (1852–1911)

    Drgania własne cząsteczki nazywane są w chemii jej drganiami normalnymi. Każde drganie swobodne układu o n stopniach swobody można zapisać jako pewną sumę n drgań własnych (normalnych), które spełniają warunki ich wzajemnej ortogonalności.Druga zasada termodynamiki – jedno z podstawowych praw termodynamiki, stwierdzające, że w układzie termodynamicznie izolowanym istnieje funkcja stanu, która z biegiem czasu nie maleje.
  • J. van der Waals (1837–1923)

  • Zakres termodynamiki chemicznej[ | edytuj kod]

    Termodynamika dotyczy nie tylko procesów zachodzących w układach o różnej wielkości (od cząsteczki do Wszechświata) – obejmuje problemy wymiany materii i energii na granicach układów i zmian stanu otoczenia.
    Stan gazu można jednoznacznie opisać, podając dwa parametry stanu, np. ciśnienie i temperaturę lub temperaturę i objętość Trzeci z parametrów, które zmieniają się w czasie dostarczania energii na sposób ciepła lub pracy zmiany objętości określa odpowiednie równanie stanu, np. równanie stanu gazu doskonałego (równanie Clapeyrona).
    Przestrzeń parametrów stanu układu jednorodnego (przykłady)
    Stan wody w izochorycznej przestrzeni parametrów
    Stan układu w przestrzeni parametrów

    W zakres współczesnej termodynamiki chemicznej wchodzą m.in.:

    Lotność (aktywność ciśnieniowa, fugatywność) – termodynamicznie efektywne ciśnienie (lub ciśnienie cząstkowe) gazu. Gaz rzeczywisty wykazuje inne ciśnienie, niż wynikające z praw gazu doskonałego (dla którego lotność jest równa ciśnieniu). Stosunek lotności i ciśnienia to współczynnik lotności (współczynnik aktywności ciśnieniowej). Współczynnik lotności może być zarówno większy, jak i mniejszy od jedności:Ciśnienie cząstkowe (ciśnienie parcjalne) - ciśnienie, jakie wywierałby dany składnik mieszaniny gazów, gdyby w tej samej temperaturze sam zajmował objętość całej mieszaniny.
  • badania termodynamicznego stanu układów jednofazowych,
  • statyka chemiczna – badania równowagi reakcji chemicznych homogenicznych,
  • termochemia – badania cieplnych efektów reakcji chemicznych.
  • Przedmiotem badań są też procesy zachodzące w układach heterogenicznych, np.:

  • mieszanie reagentów i rozdzielanie składników układu, np. ekstrakcja, destylacja, rozpuszczanie, krystalizacja i inne przemiany fazowe, absorpcja, adsorpcja,
  • procesy elektrochemiczne, w których ważną rolę odgrywa np. dysocjacja elektrolityczna lub przewodnictwo jonowe.
  • Niekiedy klasyczna fenomenologiczna termodynamika chemiczna jest omawiana w powiązaniu z termodynamiką statystyczną, opisującą stan układów termodynamicznych na podstawie informacji o stanie pojedynczych cząsteczek z wykorzystaniem statystycznych metod określania prawdopodobieństwa zdarzeń w dużych zbiorach, jakimi są obiekty rzeczywiste.

    Rekrystalizacja – metoda oczyszczania krystalicznych związek chemiczny poprzez ich wielokrotne krystalizowanie i topienie bądź rozpuszczanie. Jedną z odmian rekrystalizacji jest krystalizacja strefowa.Kongresy Solvaya poświęcone fizyce i chemii to konferencje naukowe poświęcone kluczowym otwartym problemom w tych dziedzinach nauki. Organizowane są przez Międzynarodowe Instytuty Solvaya (International Solvay Institutes for Physics and Chemistry) w Brukseli, założone przez belgijskiego przemysłowca Ernesta Solvaya w 1912 roku. Powstały po wcześniejszym udanym kongresie tylko dla zaproszonych gości w 1911 roku, pierwszej światowej konferencji fizyki. Zazwyczaj kongresy odbywają się co 3 lata, lecz zdarzały się dłuższe odstępy.


    Podstrony: 1 [2] [3] [4] [5]




    Warto wiedzieć że... beta

    Spektroskopia rotacyjna - dziedzina spektroskopii cząsteczkowej badająca przejścia promieniste między poziomami rotacyjnymi (skwantowanymi poziomami energii obrotowej) cząsteczki pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego. Widmo rotacyjne można otrzymać wyłącznie dla substancji w fazie gazowej. Obserwuje się je w postaci szeregu wąskich linii widmowych.
    Reakcja połówkowa - element formy zapisu reakcji redoks w konwencji jonowej. Reakcje połówkowe nie są rzeczywistymi reakcjami elementarnymi, zachodzącymi w ramach mechanizmu przebiegu reakcji redoks, lecz tylko wygodnym sposobem ich bilansowania. Dla odróżnienia zapisów reakcji połówkowych od reakcji rzeczywistych stosuje się w nich znak "=" zamiast znaku "→".
    Energia wewnętrzna (oznaczana zwykle jako U lub Ew) w termodynamice – całkowita energia układu będącą sumą: energii potencjalnej i kinetycznej makroskopowych części układu, energii kinetycznej cząsteczek, energii potencjalnej oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych, etc.
    Termodynamiczna strzałka czasu (inaczej entropowa strzałka czasu) – popularnonaukowe określenie na fakt, że zgodnie z drugą zasadą termodynamiki wzrost entropii w układach izolowanych może stanowić podstawę określenia kierunku strzałki czasu w skali całego Wszechświata przy założeniu, że Wszechświat jest układem izolowanym.
    Peter Waage (ur. 29 czerwca 1833 we Flekkefjord, zm. 13 stycznia 1900 w Kristianii (ob. Oslo)) - norweski chemik, który wspólnie ze swoim szwagrem Cato Guldbergiem odkrył i opublikował w 1864 prawo działania mas (zobacz historię odkrycia).
    Mechanika kwantowa (teoria kwantów) – teoria praw ruchu obiektów świata mikroskopowego. Poszerza zakres mechaniki na odległości czasoprzestrzenne i energie, dla których przewidywania mechaniki klasycznej nie sprawdzały się. Opisuje przede wszystkim obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Jej granicą dla średnich rozmiarów lub średnich energii czy pędów jest mechanika klasyczna.
    Język grecki, greka (starogr. dialekt attycki Ἑλληνικὴ γλῶττα, Hellenikè glõtta; nowogr. Ελληνική γλώσσα, Ellinikí glóssa lub Ελληνικά, Elliniká) – język indoeuropejski z grupy helleńskiej, w starożytności ważny język basenu Morza Śródziemnego. W cywilizacji Zachodu zaadaptowany obok łaciny jako język terminologii naukowej, wywarł wpływ na wszystkie współczesne języki europejskie, a także część pozaeuropejskich i starożytnych. Od X wieku p.n.e. zapisywany jest alfabetem greckim. Obecnie, jako język nowogrecki, pełni funkcję języka urzędowego w Grecji i Cyprze. Jest też jednym z języków oficjalnych Unii Europejskiej. Po grecku mówi współcześnie około 15 milionów ludzi. Język grecki jest jedynym językiem z helleńskich naturalnych, który nie wymarł.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.091 sek.