Введение. Физическая и коллоидная химия, ее содержание, задачи, объекты и методы их изучения

Сентябрь 9, 2022

Главная
Химия
Введение. Физическая и коллоидная химия, ее содержание, задачи, объекты и методы их изучения

Содержание

2. Разделы дисциплины ХИМИЯ Физическая химия Органическая химия Аналитическая химия
3. Физическая и коллоидная химия, ее содержание, задачи, объекты и методы их изучения. Роль российских и зарубежных
4. Физическая химия – наука, которая изучает общие закономерности физических процессов и является теоретической основой всей химической
5. Разделы физхимии Строение вещества. Химическая термодинамика Химическая кинетика Учение о растворах Электрохимия Коллоидная химия
6. Строение вещества. В этот раздел входят учение о строении атомов и молекул и учение об агрегатных
7. Химическая термодинамика изучает энергетические эффекты химических процессов; позволяет определить возможность, направление и глубину протекания химического процесса
8. Химическая кинетика. В этом разделе физической химии изучается скорость и механизм протекания химических процессов в различных
9. Учение о растворах рассматривает процессы образования растворов, их внутреннюю структуру и важнейшие свойства, зависимость структуры и
10. Электрохимия изучает особенности свойств растворов электролитов, явления электропроводности, электролиза, коррозии, работу гальванических элементов.
11. Коллоидная химия изучает поверхностные явления и свойства мелкодисперсных гетерогенных систем. Все разделы физической химии объединяет единая
12. Строение вещества Строение атома Строение молекулы, иона. Агрегатное состояние. Уравнение реакций и расчеты по ним. Атомная
13. Термодинамика Термодинамика – один из важнейших разделов физики и физической химии, предметом изучения которого являются: А)
14. Термодинамика построена Термодинамика построена: на двух основных законах называемых первым и вторым началами, на постулате Планка,
15. термодинамика покоится на методе дедуктивного мышления (от общего – к частному). она действует по принципу «черного
16. Предметом химической термодинамики Предметом химической термодинамики служит термодинамическое рассмотрение явлений, относящихся к области химии. Термодинамика приложима
17. Система Одно из основных понятий термодинамики связано с определением «системы». Система – тело или группа тел,
18. Изолированные системы Изолированные системы – это системы, имеющие постоянный объем, через границы которых не происходит обмена
19. Состояние системы Состояние системы определяется ее свойствами (термодинамическими параметрами). Свойства системы зависят только от ее начального
20. Интенсивные свойства не зависят от количества вещества, не аддитивны. К ним относятся температура, давление, плотность. Исходя
21. Переход системы Переход системы из одного состояния в другое называют процессом. Если при его проведении изменяется
22. понятия теплоты и работы К весьма важным в термодинамике относятся понятия теплоты и работы. Они не
23. внутренняя энергия U Одним из наиболее фундаментальных термодинамических понятий является внутренняя энергия U. Она относится к
24. Первый закон термодинамики Первый закон термодинамики устанавливает связь между количеством получаемой или выделяемой теплоты, количеством произведенной
25. Имеются и другие, равноценные, формулировки первого закона. Одна из них – формулировка закона сохранения энергии: если
26. Второй закон термодинамики показывает, в каком направлении в заданных условиях (температура, давление, концентрация и т. д.)
27. В общем случае самопроизвольное развитие взаимодействия между различными частями системы возможно только в направлений выравнивания интенсивных
28. В курсах термодинамики показывается, что энтропия является мерой беспорядка в изолированной системе, мерой ее термодинамической вероятности,
29. Другими словами, в системе с постоянными температурой и давлением самопроизвольно могут протекать только процессы, сопровождаемые уменьшением
30. Второй закон термодинамики указывает направление возможного процесса но ничего не сообщает о его скорости. Между тем
31. Лекция №2 Химическая термодинамика. Химическая кинетика и катализ ПЛАН 1. Основные понятия термодинамики. 2. Термохимия. 3.
32. Термодинамика – это раздел физики, изучающей взаимные преобразования различных видов энергии, связанных с переходом энергии в
33. Основные термодинамические понятия Система
34. Внутренняя энергия Внутренняя энергия - кинетическая энергия всех частиц системы (молекул, атомов, электронов) и потенциальная энергия
35. Первый закон термодинамики Энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего, а только переходит из
40. Энтропия – термодинамическая функция состояния, поэтому ее изменение не зависит от пути процесса, а определяется только
42. Скачать презентацию

Слайд 2

Разделы дисциплины ХИМИЯ
Физическая химия
Органическая химия
Аналитическая химия

Слайд 3

Физическая и коллоидная химия, ее содержание, задачи, объекты и методы их

изучения.
Роль российских и зарубежных ученых в становлении развитии физической и коллоидной химии.
Структурные дисциплины.
Значение физической и коллоидной химии при изучении товароведения, физиологии питания, микробиологии, технологии приготовления пищи и других спец. дисциплин.

ВВЕДЕНИЕ

Слайд 4

Физическая химия – наука, которая изучает общие закономерности физических процессов и является теоретической основой всей химической науки и

технологии химических производств.
Предметом физической химии является объяснение химических явлений на основе более общих законов физики.
Физическая химия рассматривает две основные группы вопросов:
1. Изучение строения и свойств вещества и составляющих его частиц;
2. Изучение процессов взаимодействия веществ.

Слайд 5

Разделы физхимии
Строение вещества.
Химическая термодинамика
Химическая кинетика
Учение о растворах
Электрохимия
Коллоидная химия

Слайд 6

Строение вещества.
В этот раздел входят учение о строении атомов и

молекул и учение об агрегатных состояниях вещества. Изучение строение вещества необходимо для выяснения важнейших вопросов об образовании молекул из атомов, о природе химической связи, о строении и взаимодействии молекул. Именно в этой своей части физическая химия очень тесно переплетается со всеми направлениями современной химии, поскольку изучение химических свойств вещества вне связи со строением атомов и молекул на современном уровне невозможно.

Слайд 7

Химическая термодинамика
изучает энергетические эффекты химических процессов; позволяет определить возможность, направление

и глубину протекания химического процесса в конкретных условиях

Слайд 8

Химическая кинетика.
В этом разделе физической химии изучается скорость и механизм

протекания химических процессов в различных средах при различных условиях.

Слайд 9

Учение о растворах
рассматривает процессы образования растворов, их внутреннюю структуру и

важнейшие свойства, зависимость структуры и свойств от природы компонентов раствора.

Слайд 10

Электрохимия
изучает особенности свойств растворов электролитов, явления электропроводности, электролиза, коррозии, работу

гальванических элементов.

Слайд 11

Коллоидная химия
изучает поверхностные явления и свойства мелкодисперсных гетерогенных систем.
Все разделы

физической химии объединяет единая основа – общие законы природы, которые применимы к любым процессам и любым системам, независимо от их строения.

Слайд 12

Строение вещества
Строение атома
Строение молекулы, иона.
Агрегатное состояние.
Уравнение реакций и расчеты по ним.
Атомная

масса, молекулярная масса.

Слайд 13

Термодинамика
Термодинамика – один из важнейших разделов физики и физической химии,

предметом изучения которого являются:
А) основные соотношения, позволяющие рассчитать количество выделенного или поглощенного тепла в физических и химических превращениях и совершаемую при этом работу;
Б) выявление возможного самопроизвольного течения процессов в определенном направлении, их равновесие.
К этому следует добавить, что термодинамика исследует также переходы энергии из одной формы в другую.

Слайд 14

Термодинамика построена
Термодинамика построена:
на двух основных законах называемых первым и вторым

началами,
на постулате Планка, который часто рассматривают как третий закон термодинамики

Слайд 15

термодинамика покоится на методе дедуктивного мышления (от общего – к частному).
она

действует по принципу «черного ящика», когда исследуются только начал
дает ответ лишь о направлении протекания процессов, условиях равновесия системы, начальное и конечное состояния системы.

Слайд 16

Предметом химической термодинамики
Предметом химической термодинамики служит термодинамическое рассмотрение явлений, относящихся к

области химии.
Термодинамика приложима только к системе с достаточно большим числом атомов или молекул, к закрытой системе, для которой действительны статистические законы.
Однако ее нельзя применять к Вселенной, ибо термодинамика создана на основании обобщения опытных данных для закрытых систем и только для них безоговорочно справедлива.

Слайд 17

Система
Одно из основных понятий термодинамики связано с определением «системы». Система –

тело или группа тел, находящихся во взаимодействии и мысленно обособляемых от окружающей среды. Границы системы можно выбирать произвольно, в том числе физические поверхности раздела. Границы очерчивают так, чтобы исследуемая термодинамическая задача решалась правильно и наиболее легко.
По степени однородности свойств системы делят на гомогенные и гетерогенные. В последнем случае они включают несколько фаз.
По степени взаимодействия с окружающей средой различают системы изолированные и неизолированные, закрытые и открытые.

Слайд 18

Изолированные системы
Изолированные системы – это системы, имеющие постоянный объем, через границы

которых не происходит обмена веществом или энергией с окружающей средой.
В противном случае мы имеем дело с неизолированной системой.
Закрытые системы не обмениваются веществом с другими системами. Их взаимодействие с ними ограничивается только передачей теплоты и работы.
Предметом термодинамического изучения являются только закрытые системы.

Слайд 19

Состояние системы
Состояние системы определяется ее свойствами (термодинамическими параметрами). Свойства системы зависят

только от ее начального и конечного состояния и не зависят от пути перехода из одного состояния в другое. Различают интенсивные и экстенсивные свойства.
Экстенсивные свойства пропорциональны количеству вещества. К их числу относятся масса и объем системы. Если к веществу массой 1 кг или объемом 1 л добавить еще такую же массу и объем, то масса и объем объединенной системы составят 2 кг и 2 л. Другими словами, экстенсивные свойства системы являются аддитивными, т. е. суммирующимися.

Слайд 20

Интенсивные свойства не зависят от количества вещества, не аддитивны. К ним

относятся температура, давление, плотность. Исходя из. понятия аддитивности, можно представить, что, какое бы неограниченно большое число источников тепла с температурой, например, 100°С ни было составлено рядом и ни соединено тем или иным способом, температура системы не будет отличаться от 100°С.
Наиболее важными и часто используемыми свойствами системы являются давление, объем, температура и состав.

Слайд 21

Переход системы
Переход системы из одного состояния в другое называют процессом. Если

при его проведении изменяется состав, то такой процесс именуют химической реакцией.

Слайд 22

понятия теплоты и работы
К весьма важным в термодинамике относятся понятия теплоты

и работы. Они не являются функциями состояния и проявляются только при проведении процесса, служат формами передачи энергии (общей меры всех видов движения) от системы к окружающей среде и обратно. Не будучи функцией состояния, работа и теплота зависят от пути проведения процесса. В соответствии с современными термодинамическими представлениями работа есть упорядоченная форма передачи энергии, а теплота является неупорядоченной формой ее передачи.

Слайд 23

внутренняя энергия U
Одним из наиболее фундаментальных термодинамических понятий является внутренняя энергия

U. Она относится к параметрам состояния и в физическом смысле характеризует общий запас энергии системы, включая энергию: поступательного и вращательного движения молекул; внутримолекулярного колебательного движения атомов и атомных групп, составляющих молекулы; вращения электронов в атоме; ядер атомов и т. д., но без учета кинетической энергии тела в целом и его потенциальной энергии положения. Термодинамика еще не умеет определять абсолютную величину внутренней энергии системы, но может измерять изменение внутренней энергии AU в том или ином процессе. Этого достаточно для успешного применения понятия внутренней энергии. Изменение внутренней энергии является термодинамическим параметром системы. Величина AU принимается положительной, если в рассматриваемом процессе она возрастает.

Слайд 24

Первый закон термодинамики
Первый закон термодинамики устанавливает связь между количеством получаемой или

выделяемой теплоты, количеством произведенной или полученной работы и изменением внутренней энергии системы при проведении термодинамического процесса.
Во всех случаях в закрытой термодинамической системе отношение поглощенного тепла Q к совершенной работе А есть величина постоянная (Q/A = const). Это отношение не зависит от свойств системы и пути ее перехода из одного со стояния в другое, т. е. является термодинамическим параметром, и составляет 427 кгм/ккал. При измерении Q и А в одинаковых единицах Q/A = 1, в том числе и в круговом процессе.
Таким образом, во всяком круговом процессе работа, совершенная системой, точно равна поглощенной ею теплоте. Следовательно, если в круговом процессе тепло не поглощается, то не производится и работа. Из сказанного вытекает одна из наиболее ярких формулировок первого закона термодинамики: вечный двигатель первого рода невозможен.

Слайд 25

Имеются и другие, равноценные, формулировки первого закона.
Одна из них –

формулировка закона сохранения энергии: если в каком-либо процессе энергия одного вида исчезает, то вместо нее в строго эквивалентном количестве появляется энергия другого вида.
Математическое выражение первого закона термодинамики может быть дано в различных формах. Наиболее общая:
U = Q – A
Иными словами, в любом процессе приращение внутренней энергии какой-либо системы равно сообщаемой системе теплоте за минусом работы, совершаемой системой.

Слайд 26

Второй закон термодинамики
показывает, в каком направлении в заданных условиях (температура,

давление, концентрация и т. д.) может протекать самопроизвольно, т. е. без затраты работы извне, тот или иной процесс.
Во-вторых, закон определяет предел возможного самопроизвольного течения процессов, т. е. его равновесное в данных условиях состояние.
Для различных термодинамических процессов существуют свои критерии, характеризующие направление и предел их протекания.

Слайд 27

В общем случае самопроизвольное развитие взаимодействия между различными частями системы возможно

только в направлений выравнивания интенсивных свойств (температуры, давления, электрического потенциала и др.) всех ее частей. Достижение этого состояния является пределом самопроизвольного течения процесса, условием равновесия.
Для изолированных систем критерием, определяющим самопроизвольное течение процесса, служит термодинамический параметр, получивший название энтропии S.
В этих системах при протекании необратимых процессов энтропия возрастает и достигает максимальных значений при равновесии процесса:
S2 – S1 > 0.

Слайд 28

В курсах термодинамики показывается, что энтропия является мерой беспорядка в изолированной

системе, мерой ее термодинамической вероятности, возрастающей в самопроизвольном процессе.
В неизолированных системах о направлении процесса судят по изменению термодинамических потенциалов, также являющихся функциями состояния.
Так, для процессов, протекающих при постоянных температуре и давлении, направление и предел самопроизвольного протекания процесса определяются с помощью изобарно-изотермического потенциала (сокращенно – изобарного потенциала) или, как принято в современной физической химии, энергии Гиббса G:
AG < 0. (1.10)

Слайд 29

Другими словами, в системе с постоянными температурой и давлением самопроизвольно могут

протекать только процессы, сопровождаемые уменьшением G, а условием равновесия служит достижение некоторого минимального для данных условий значения этой функции. Реакции, которые сопровождались бы увеличением G, как самопроизвольные в принципе невозможны.
Для термодинамических процессов, протекающих при постоянной температуре и объеме, роль аналогичную энергии Гиббса выполняет энергия Гельмгольца, или изохорно-изотермический потенциал (изохорный потенциал).

Слайд 30

Второй закон термодинамики указывает направление возможного процесса
но ничего не сообщает

о его скорости.
Между тем термодинамически неустойчивые (метастабильные) системы могут существовать неограниченно долгое время.
Основной смысл третьего закона сводится к утверждению, что при абсолютном нуле температуры энтропия правильно образованного кристалла любого соединения в чистом состоянии равна нулю. При любом другом состоянии вещества его энтропия больше нуля.

Слайд 31

Лекция №2
Химическая термодинамика. Химическая кинетика и катализ
ПЛАН
1. Основные понятия термодинамики.
2.

Термохимия.
3. Химическое равновесие.
4. Скорость химических реакций.
5. Влияние температуры на скорость реакций.
6. Явление катализа.

Слайд 32

Термодинамика – это раздел физики, изучающей взаимные преобразования различных видов энергии, связанных

с переходом энергии в форме теплоты и работы.
Термодинамика – это раздел физики, изучающей взаимные преобразования различных видов энергии, связанных с переходом энергии в форме теплоты и работы.
Большое практическое значение термодинамики в том, что она позволяет рассчитать тепловые эффекты реакции, заранее указать возможность или невозможность осуществления реакции, а также условия ее прохождения.

Слайд 33

Основные термодинамические понятия Система

Слайд 34

Внутренняя энергия
Внутренняя энергия - кинетическая энергия всех частиц системы (молекул, атомов,

электронов) и потенциальная энергия их взаимодействий, кроме кинетической и потенциальной энергии системы в целом.
Внутренная энергия является функцией состояния, т.е. ее изменение определяется заданным начальным и конечным состояниями системы и не зависит от пути процесса:
∆U = U2 – U1

Слайд 35

Первый закон термодинамики
Энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего,

а только переходит из одного вида в другой в эквивалентном количестве.
Вечный двигатель первого рода, то есть периодически действующая машина, которая дает работу, не тратя при этом энергии, невозможен.
В любой изолированной системе общий запас энергии сохраняется неизменным. Q = ∆U + W

Слайд 36

Слайд 37

Слайд 38

Слайд 39

Слайд 40

Энтропия
– термодинамическая функция состояния, поэтому ее изменение не зависит от

пути процесса, а определяется только начальным и конечным состояниями системы. тогда
Энтропия – термодинамическая функция состояния, поэтому ее изменение не зависит от пути процесса, а определяется только начальным и конечным состояниями системы. тогда
S2 - S1 = ΔS
Физической смысл энтропии - это количество связанной энергии, которая отнесенная к одному градусу:
в изолированных системах, направление течения самопроизвольных процессов определяется изменением энтропии.

Введение. Физическая и коллоидная химия, ее содержание, задачи, объекты и методы их изучения

Содержание

Разделы дисциплины ХИМИЯФизическая химияОрганическая химияАналитическая химия

Физическая и коллоидная химия, ее содержание, задачи, объекты и методы их

Физическая химия – наука, которая изучает общие закономерности физических процессов и является теоретической основой всей химической науки и

Разделы физхимииСтроение вещества.Химическая термодинамикаХимическая кинетикаУчение о растворахЭлектрохимияКоллоидная химия

Строение вещества. В этот раздел входят учение о строении атомов и

Химическая термодинамика изучает энергетические эффекты химических процессов; позволяет определить возможность, направление

Химическая кинетика. В этом разделе физической химии изучается скорость и механизм

Учение о растворах рассматривает процессы образования растворов, их внутреннюю структуру и

Электрохимия изучает особенности свойств растворов электролитов, явления электропроводности, электролиза, коррозии, работу

Коллоидная химия изучает поверхностные явления и свойства мелкодисперсных гетерогенных систем.Все разделы

Строение веществаСтроение атомаСтроение молекулы, иона.Агрегатное состояние.Уравнение реакций и расчеты по ним.Атомная

Термодинамика Термодинамика – один из важнейших разделов физики и физической химии,

Термодинамика построенаТермодинамика построена: на двух основных законах называемых первым и вторым

термодинамика покоится на методе дедуктивного мышления (от общего – к частному).она

Предметом химической термодинамикиПредметом химической термодинамики служит термодинамическое рассмотрение явлений, относящихся к

СистемаОдно из основных понятий термодинамики связано с определением «системы». Система –

Изолированные системыИзолированные системы – это системы, имеющие постоянный объем, через границы

Состояние системыСостояние системы определяется ее свойствами (термодинамическими параметрами). Свойства системы зависят

Интенсивные свойства не зависят от количества вещества, не адди­тивны. К ним

Переход системыПереход системы из одного состояния в другое называют процессом. Если

понятия теплоты и работыК весьма важным в термодинамике относятся понятия теплоты

внутренняя энергия UОдним из наиболее фундаментальных термодинамических понятий является внутренняя энергия

Первый закон термодинамикиПервый закон термодинамики устанавливает связь между количест­вом получаемой или

Имеются и другие, равноценные, формулировки первого закона. Одна из них –

Второй закон термодинамики показывает, в каком направлении в за­данных условиях (температура,