Предмет и метод химической термодинамики

Современная химия достигла такого уровня развития, что существует целый ряд ее специальных разделов, являющихся самостоятельными науками. В зависимости от атомарной природы изучаемого вещества, типов химических связей между атомами различают неорганическую, органическую и элементоорганическую химии. Объектом неорганической химии являются все химические элементы и их соединения, другие вещества на их основе. Органическая химия изучает свойства обширного класса соединений, образованных посредством химических связей углерода с углеродом и другими органогенными элементами водородом, азотом, кислородом, серой, хлором, бромом и йодом. Элементоорганическая химия находится на стыке неорганической и органической химии. Эта третья химия относится к соединениям, включающим химические связи углерода с остальными элементами периодической системы, не являющимися органогенами. Молекулярная структура, степень агрегации (объединения) атомов в составе молекул и крупных молекул — макромолекул привносят свои характерные особенности в химическую форму движения материи. Поэтому существуют химия высокомолекулярных соединений, кристаллохимия, геохимия, биохимия и другие науки. Они изучают крупные объединения атомов и гигантские полимерные образования различной природы. Везде центральным вопросом для химии является вопрос о химических свойствах. Предметом изучения являются также физические, физико-химические и биохимические свойства веществ. Поэтому не только интенсивно разрабатываются собственные методы, но и привлекаются к изучению веществ другие науки. Так важными составными частями химии являются физическая химия и химическая физика, исследующие химические объекты, процессы и сопровождающие их явления с помощью расчетного аппарата физики и физических экспериментальных методов. Сегодня эти науки объединяют целый ряд других квантовая химия, химическая термодинамика (термохимия), химическая кинетика, электрохимия, фотохимия, химия высоких энергий, компьютерная химия и др. Только перечень фундаментальных наук химического направления уже говорит об исключительном разнообразии проявления химической формы движения материи и влиянии ее на пашу повседневную [c.14]

Настоящий курс составлен, исходя из основных изменений в учебных планах нефтяных техникумов, принятых на методическом совещании в 1944 г., согласно которым введены такие дисциплины, как анализ нефтепродуктов, теоретические основы химической термодинамики, катализа и усилен курс технологии нефти. Введение этих предметов освобождает программу курса химии нефти и газов от изложения материала по методам изучения качеств нефтепродуктов и основам технологических процессов переработки нефти. [c.3]

Термодинамика как наука возникла в начале XIX в. в связи с задачами совершенствования тепловых машин и включает как основную часть учение о превраш,ениях энергии. Этим определяется общность ее значения для таких наук, как физика, химия, биология, геология, и для многочисленных отраслей техники, поскольку любые процессы, происходящие в природе, сопровождаются изменениями энергии. Применение термодинамики к химическим реакциям составляет предмет химической термодинамики, одного из основных методов физической химии. [c.11]

В необходимости создания учебного пособия по статистической термодинамике для химиков автора убедил опыт преподавания этой дисциплины, — в частности, трудности, возникшие при подборе литературы для студентов поэтому предмету. При написании книги автор, однако, не подходил к задаче только утилитарно—привести формулы, которые можно было бы использовать при физико-химических расчетах. Книга не является практическим руководством по молекулярно-статистическим расчетам в химии. Она написана как введение в статистическую термодинамику. В ней изложены основные принципы статистической термодинамики, а при рассмотрении конкретных вопросов большое внимание уделено описанию физических моделей. Автор считает, что, не восприняв достаточно глубоко общих идей молеку-лярно-статистического метода (понимание которых для начинающего представляет, кстати, большие трудности), нельзя сколько-нибудь серьезно заниматься изучением конкретных проблем. При этом имеется в виду не строгое математическое обоснование теории, а анализ общей постановки задачи, расшифровка смысла величин и уравнений. [c.3]

Сейчас имеется, конечно, много прекрасных учебников химической термодинамики, и каждый изучающий эту науку не должен успокаиваться, пока не прочтет хотя бьБ несколько из них. Но даже и в пределах данной, более ограниченной области существует столько способов изложения предмета, что учебники, использующие наиболее различающиеся методы подхода, представляются имеющими очень мало общего. Такая разница в подходе усугубляется еще применением разных систем условных обозначений, что может обескуражить многих учащихся. [c.10]

Химический потенциал как термодинамическую переменную ввел в науку Гиббс. Возникает естественный вопрос как можно было не заметить этой величины раньше при изучении химических процессов Ответ на него кажется несколько неожиданным — все законы химической термодинамики можно получить, ие используя в явном виде химические потенциалы (11, хотя само изложение предмета при этом приобретает. весьма громоздкий вид. Дело в том, что для закрытых систем, не обменивающихся массой с окружающей средой, все относится к внутренним координатам состояния, тогда как основу термодинамического способа рассмотрения составляет метод контрольной поверхности, согласно которому об изменении энергии системы судят по обмену внешними координатами между системой и средой. Тогда внутренние переменные явным образом не входят в (Ш Рассмотрим для примера обратимый переход некоторого количества вещества йп в двухфазной системе при постоянных Т и р н отметим штрихами принадлежность величины к той или иной фазе. Тогда изменение энергии системы с1и=Т(18 — рйУ + [>, —так как йп = —д.п."—йп. В правой части слагаемое 1 — 1")йп является величиной второго порядка малости, так как для обратимого переноса вещества сама разность потенциалов (ц — ц") должна быть величиной бесконечно малой. Поэтому Гиббс как бы рас- [c.72]

Эта книга написана по материалам курса лекций по статистической термодинамике, которые автор читал на химическом факультете МГУ для специальной группы студентов физико-химиков. Цель книги—-дать первоначальное, но достаточно полное представление об общих идеях, аппарате и разнообразных применениях общей и статистической термодинамики, не усложняя знакомство с предметом теми его деталями, которые можно опустить при первом чтении. Для более подробного ознакомления с разнообразными расчетными методами, которые в этой книге не рассматриваются, рекомендуется обратиться к учебному пособию М. X. Карапетьянца Курс химической термодинамики . [c.4]

В технической термодинамике, поскольку содержание предмета сводится к анализу работы различных машин, рассматриваются круговые процессы. Поэтому изучение предмета целесообразно построить на методе циклов. В химической же термодинамике возможно применение и иного метода. Ведь в химии и химической технологии осуществляются процессы, в результате которых система из одного состояния переходит в другое, отличное от исходного. По отношению к практическому применению химического процесса принцип цикла нерационален. Поэтому часто пользуются методом функций, основанным на независимости изменения свойств системы от характера процесса, тем более, что он проще метода круговых процессов. При помощи метода функций можно рассматривать многие сложные задачи, решение которых с помощью метода круговых процессов гораздо труднее и иногда приводит к громоздким операциям. [c.15]

Дальнейшее усовершенствование двигателей внутреннего сгорания в значительной мере определяется расширением наших возможностей управления рабочим процессом и углублением знаний о законах превращения химической энергии в тепло и тепла в механическую работу. Изучение законов перехода тепла в механическую работу составляет, как известно, предмет теории теплового процесса двигателей и опирается на систему хорошо разработанных методов технической термодинамики. Инженерные методы расчета теплового процесса двигателей значительно усовершенствованы за последние два десятилетия, благодаря успехам химической термодинамики и использованию более точных данных о теплоемкостях и диссоциации при высоких температурах. Но точный расчет теплового процесса современного двигателя невозможен без учета воздействия на этот процесс протекания сгорания. Между тем по этому вопросу очень мало теоретических работ, а главное, мало экспериментальных данных, значение которых особенно велико ввиду сложности явления. [c.3]

Термодинамика растворов является естественной частью химической термодинамики и составляет существенный элемент каждого курса этой науки. Вместе с тем при рассмотрении растворов существует специфика, связанная с появлением нового параметра — концентрации раствора. Изменение термодинамических свойств системы с изменением этого параметра и составляет предмет исследования термодинамики растворов. Особенностью изучения этих вопросов является также недостаточность чисто термодинамического аппарата. Наряду с закономерностями, базирующимися на аксиомах и методах термодинамики, необходимо привлекать некоторые выводы молекулярной физики, модельные представления, методы статистической механики. Это обстоятельство предъявляет, по нашему мнению, соответствующие требования к изложению материала термодинамики растворов в книге. [c.3]

Термодинамика, как наука, возникла в первой половине прошлого столетия и развилась на почве изучения тепловых процессов а работы паровых машин. В настоящее время эта наука охватывает огромную область физических и химических явлений, сопровождающихся энергетическими процессами. Термодинамика входит в основу обширной тепловой техники (техническая термодинамика и теплотехника). Сюда, в частности, относится изучение процессов в тепловых машинах, играющих огромную роль в современной промышленности. Применение термодинамики к химическим процессам составляет предмет химической термодинамики. Последняя разрабатывает методы исследования указанных процессов и дает основу для их понимания и регулирования. [c.81]

Во всех случаях мы постарались использовать наиболее надежные и современные из известных нам данных. В книгу не включены сведения о технике и методах химического синтеза эта широкая, самостоятельная область является предметом обсуждения во многих других книгах. Выбор и характер изложения материала отражает отчасти наши собственные интересы, связанные с исследованиями в области органической химии. Однако большая часть помещенных здесь сведений применима ПОЧТИ ко всем разделам химии кроме того, в книге имеется материал, представляющий специальный интерес для физико-химиков, неоргаников и биохимиков. Предметом обсуждения в книге являются свойства атомов и молекул, спектроскопия, фотохимия, хроматография, кинетика и термодинамика, различные вопросы техники эксперимента, некоторые сведения из математики и методы обработки численных данных, а также множество трудно классифицируемых, но часто необходимых сведений. Помимо этих основных данных, в книге можно найти важные указания, определения и другие вопросы, связанные [c.9]

Очень часто успехи в технике достигаются эмпирическим путем. Это целиком относится, например, к двигателям внутреннего сгорания, в развитии и совершенствовании которых главную роль сыграла творческая интуиция и настойчивость инженеров. Что касается физико-химической сущности процессов горения, происходящих в двигателях, то в этой области достоверных сведений очень мало. Медленный процесс познавания этих явлений объясняется их чрезвычайной сложностью и тем, что методы химической кинетики, применяемые в таких исследованиях, являются в значительной мере косвенными. Мы имеем в настоящее время более или менее полную картину механизма горения только для одного простейшего топлива — водорода [1]. Однако можно надеяться, что будет выявлен механизм горения и для более сложных топлив. В предыдущей статье этот вопрос рассматривался с точки зрения кинетики горения- Следует, однако, иметь в виду, что, хотя термодинамика играла и будет играть значительную роль для изучения рассматриваемого предмета, тем не менее до последнего времени отсутствовали точные данные для таких термодинамических величин, как энтропия, теплоемкость, константы равновесия при высоких температурах. Эти данные были получены лишь недавно спектроскопическим путем и уже были использованы в исследованиях Уитроу, Расвейлера и их сотрудников в лабораториях фирмы Дженерал моторе . [c.152]

Существующие экспериментальные методы оценки композиционной неоднородности сополимеров, равно как и теоретические подходы к ее предсказанию на основании кинетики и механизма реакций макромолекул, являются предметом рассмотрения в последующих главах. Поскольку при анализе химических реакций полимеров всегда возникает вопрос о характере распределения превращенных и непревращенных звеньев вдоль цепи, то ясно, что эта проблема наряду с термодинамикой и кинетикой процесса является одной из важнейших в области макромолекулярных реакций. [c.14]

Исторически сложилось так (и это вполне соответствовало логике развития химии), что первым аспектом химических процессов, ставшим предметом качественных и количественных исследований, было равновесие, перебрасывающее мост от термодинамики к химии. Результатом разработки последнего направления было создание химической статики, представляющей систему принципов и методов, позволяющих определить положения равновесия в гомогенных и гетерогенных средах в зависимости от параметров процесса. [c.10]

Процесс дифференциации наук привел к формированию на границе геохимии и физической химии нового направления, получившего название физической геохимии. Ряд авторов Доливо-Добровольский В. В., 1967 Смит Ф. Г., 1968] считают, что это раздел геохимии, занимающийся изучением природных фазовых реакций на основе равновесного термодинамического метода. Между тем, смежные науки, на границе которых возникла физическая геохимия, не ограничиваются изучением лишь химических равновесий. В физической химии интенсивно развивается неравновесная термодинамика, в которой рассматривается развитие необратимых процессов в пространстве и времени Одна из основных задач геохимии, по В. И. Вернадскому и А. Е. Ферсману,—< изучение миграции веществ в земной коре. Данные обстоятельства. необходимо учитывать при обсуждении предмета (что делать) и метода (как делать) физической геохимии на современном этапе ее развития. [c.5]

Чем глубже проникают исследователи в тайны природы, тем больше стираются границы между отдельными областями науки и тем труднее дать точное определение и разграничение отдельных дисциплин. Это в полной мере относится к предмету термодинамики. Рассматривая взаимные превращения тепла и различных видов энергии, термодинамика представляет собой дисциплину, или скорее даже метод, который очень широко используется физиками, химиками и исследователями в других областях науки для установления внутренней связи между различными явлениями природы и обобщения накопленного экспериментального материала. Поскольку энергетические превращения сопутствуют всем материальным изменениям и энергия характеризует меру движения материи, а движение представляет собой неотъемлемое свойство материи и основную форму ее существования, то область приложения термодинамики охватывает огромное количество физических и химических явлений. [c.11]

В разных отраслях науки и техники все более широкое применение получают методы инженерных расчетов, основанные на химической термодинамике. Все чаще с понятиями и приемами химической термодинамики приходится сталкиваться инженерно-техническим работникам и студентам, не 1меющим фундаментальной химической подготовки. Вместе с тем практически вся существующая учебная литература по этой дисциплине ориентирована на студентов и инженеров химического профиля. Использовапие такой литературы для первоначального и тем более самостоятельного ознакомления с предметом вызывает у нехимиков определенные трудности. [c.5]

При рассмотрении того или иного химического процесса, например реакции получения необходимого вещества, могут возникнуть два вопроса. На первый вопрос — допускают ли равновесные соотношения осуществление реакции — ответ дает химическая термодинамика частично этот предмет рассматривается в дальнейших главах при обсуждении вопроса о химическом равновесии. Второй вопрос, обсуждаемый в этой главе, также очень ванген его можно сформулировать следующим образом при каких условиях реакция будет протекать достаточно быстро, чтобы данный метод имел практическое значение [c.322]

Сущность и значение термодинамики. В термодинамике рассматризаются процессы, прямо или косвенно связанные с тепловыми явлениями. К ним относятся в числе прочих важнейшие для техники разнообразные процессы в тепловых машинах (расс.мотрению которых посвящена техническая термодинамика) и химические процессы. Применение термодинамики к химическим процессам составляет предмет химической термодинамики, одного из наиболее важных и мощных методов физико-химического исследования. Основные ее положения излагаются в следующих главах. Однако отчетливое понимание химических приложении термодинамики требует знания общих ее основ ниже им также уделено значительное место. [c.237]

Во второй половине XIX века область термодинамики расширилась. Ее предметом стали не только изменения полол ения тел и связанные с этим тепловые эффекты, но она "была распространена и на все изменения, какие могут претерпевать материальные тела, — на изменения формы, размеров, температуры, кристаллической структуры, химического состава, степени паэлектризованно-сти, поляризации и намагниченности. На этой фазе развития науки основные работы принадлежали Дж. Вилларду Гиббсу (1839—1903). Даже и в наши дни термодинамика продолжает непрерывно развиваться по мере того, как разрабатываются методы приложения ее к системам все возрастающей сложности. [c.20]

Таковы (в первом приближении) физические и физико-химические явления, происходящие при вспенивании полимеров с помощью ФГО, которые и составляют предмет исследования. Следует подчеркнуть, что до настоящего времени нет общего подхода к решению указанных проблем сегодня ситуация такова, что предметом исследования являются лишь частные задачи изучение процессов, происходящих с данным ФГО в данной полимерной системе и при данном методе вспенивания. Мы считаем, что значительного прогресса как в решении отдельных прикладных задач, так и для создания общей теории вспенивания полимерных систем, составной частью которой является научно обоснованный подбор ФГО, можно достигнуть с помощью существенно иного и нового (для данной области полимерного материаловедения) методологического подхода. Этот подход состоит в анализе указанного комплекса физических и физико-химических превращений с позиций теории Пригожина [312а], т. е. термодинамики необратимых и неравновесных процессов. Правомерность и перспективность такого подхода обусловлены тем, что в термодинамическом смысле физическая сущность процессов, происходящих в системе полимер—ФГО , состоит в том, что данная система является открытой, так как обменивается с окружающей средой и энергией, и веществом и в принципе термодинамически нестабильна. [c.154]

От специалиста, изучающего и применяющего кристаллофосфоры, требуется большая разносторонность. Это связано прежде всего с тем, что при решении многих вопросов необходимо использовать совокупность различных методов. К ним относятся методы, основанные на исследовании различных оптических и в особенности люминесцентных характеристик кристаллофосфоров, их электрических и фотоэлектрических свойств, эффекта Холла, ЭПР и магнитной восприимчивости (см. первую и вторую части книги). В некоторых случаях важную информацию дают метод дифракции рентгеновых лучей, термография и химический анализ (примеры ЭТОГО были приведены в третьей части книги). Физическая химия кристаллофосфоров, как это видно из всего рассмотренного материала, стоит на стыке многих разделов науки — физики твердого тела, оптики, атомной физики, термодинамики, химической кинетики, электрохимии, неорганической химии, кристаллохимии, химии поверхностных явлений и т. д. Мы полагаем, что читатель знаком с основами этих наук в рамках программ высших учебных заведений, готовящих специалистов в области электронной и ядерной техники, а также физики, химии и технологии неорганических материалов. Поэтому мы ограничились преимущественно рассмотрением специальных вопросов, которые составляют предмет физической химии кристаллофосфоров. [c.320]

Физическая химия возродилась и получила блестящее развитие более чем через 100 лет после того, как Ломопосов дал ей название и определил ее предмет и содержание. Ломоносов же первый начал систематическую разработку важнейших ее разделов, прежде всего учения о растворах, утгения о теплоте (термодинамику), учения об агрегатных состояниях. Ломоносов привлек для изучения химических явлений и процессов многие методы исследования, в частности свои собственные. [c.472]

В работах, посвященных обсуждению физико-химических аспектов процессов минералообразования, часто подчеркивается, что вследствие сложности природных систем для успешного применения термодинамического метода необходима ревизия некоторых укоренившихся положений и понятий термодинамики, их расшщ)ение и несколько необычная трактовка. Это было предпринято в ряде работ Д.С.Коржинского и наиболее полно отражено в его монографиях [I, 2], а также в работах других исследователей (например, [31). Следует заметить, что термодинамические представления Д.С.Коржинского явились предметом многочисленных дискуссий его с рядом отечественных и зарубежных исследователей. [c.130]