Физические состояния веществ. Химические системы

На базе учения о химическом равновесии был разработан новый метод исследования химических систем — метод физико-химического анализа. Он основан на изучении зависимости физических свойств химической равновесной системы от факторов, определяющих ее равновесие. В качестве изучаемых свойств могут быть выбраны тепловые, объемные, электрические, магнитные, оптические и другие свойства. Обычно изучается один из факторов, определяющих состояние равновесия системы, — ее состав. Метод исследования химических взаимодействий веществ в системах, основанный на изучении изменения физических свойств системы с изменением ее состава и построении диаграмм состав — свойство, находит широкое применение, от метод после Ломоносова был широко использован Менделеевым и получил дальнейшее развитие в работах Д. П. Коновалова, И. Ф. Шредера, В. Ф. Алексеева и др. Особенно большой вклад в создание физико-химического анализа как самостоятельного метода исследования внес Н. С. Курнаков и его ученики. Многочисленные работы Курнакова по изучению металлических, органических и солевых систем показали, что физико-химический анализ является важным, а иногда и единственным методом исследования сложных систем. По определению Курнакова физико-химический анализ есть ...геометрический метод исследования химических превращений . Метод физико-химического анализа позволяет на основании изучения изменений физических свойств системы в зависимости от количественных изменений ее состава установить протекающие в системе качественные изменения, характер взаимодействия между компонентами, области существования и составы равновесных фаз. Для этого применяют геометрический анализ диаграмм состояния, построенных в координатах физическое свойство — фактор равновесия (Р, Т, состав). [c.337]

Отдельные группы реакций разбивают на подгруппы по виду кинетического уравнения, описывающего скорость процесса, по порядку и молекулярности реакции и по некоторым другим признакам. В качестве кинетического критерия реакционной способности химической системы можно было бы взять скорость реакции. Учитывая, что скорость реакции зависит от концентрации реагирующих веществ [см. уравнение (193.1)], разумно выбрать какое-то стандартное состояние по концентрациям реагирующих веществ. В качестве такого стандартного состояния принимают состояние системы, когда концентрации реагирующих веществ Сь Са,. .., С равны единице. При этом скорость реакции численно равна константе скорости реакции к. Следовательно, в качестве кинетического критерия реакционной способности системы в направлении определенной реакции при концентрациях реагирующих веществ, равных единице, можно принять константу скорости этой реакции. Последняя определяется предэкспо-ненциальным множителем А и энергией активации Е . Теория кинетики химических реакций должна раскрывать физическую сущность Л и и закономерности, определяющие влияние различных факторов — температуры, среды, катализатора, строения молекул и др., на Л и 2 следовательно, и на общую скорость процесса. Зная закономерности влияния различных факторов на Л и реакций, можно синтезировать эффективные катализаторы и создавать условия, при которых реакция пойдет в нужном направлении с высокими скоростями. [c.532]

I. Законы фотохимии. В фотохимии рассматриваются закономерности влияния электромагнитных колебаний видимого и ультрафиолетового участков спектра на реакционную способность химических систем. Общая реакционная способность химической системы характеризуется значениями стандартного сродства реакций АО (Т) и стандартного сродства в процессе образования переходного состояния Значения А0 (7 ) и АС (7) изменяются с изменением температуры. При повышении температуры в системе изменяется кинетическая энергия поступательного и вращательного движения молекул и энергия колебательного движения ядер атомов. В области средних температур энергия движения электронов при изменении температуры практически остается постоянной. Чтобы перевести электроны на более высокие электронные энергетические уровни, надо нагреть систему до высоких температур, при которых многие реагенты разлагаются. При воздействии на химическую систему электромагнитными колебаниями с частотой видимого и ультрафиолетового участков спектра изменяется энергия движения электронов. Поглощая квант энергии, электроны переходят с ВЗМО на НО Ю. Образуется возбужденная молекула, обладающая избыточной энергией. Распределение электронной плотности в возбужденных молекулах существенно отличается от распределения электронной плотности в исходных молекулах. Повышается энергия колебательного движения ядер. Физические и химические свойства возбужденных молекул отличаются от свойств молекул в невозбужденном состоянии. Появляется возможность получения новых веществ, синтез которых невозможен при термическом воздействии на систему. [c.610]

ФИЗИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВ. ХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ [c.82]

Так, согласно А. Ф. Капустинскому, в земных условиях атомы имеют обычные электронные структуры на глубине до 60—120 кле, что соответствует давлению 2-10 — 6-10 атм. На глубине примерно 3 тыс. км (что соответствует давлению в миллионы атмосфер) атомы приобретают уже иные структуры. Электронные уровни атомов последовательно заполняются до предельной емкости. Например, электронная структура элемента 6-го периода церия должна быть Периодическая система элементов, существующих в условиях столь высоких давлений, должна состоять лишь иэ пяти периодов (содержащих соответственно 2, 8, 18, 32 и 50 элементов). Необычная электронная структура атомов обусловливает особое состояние вещества, специфику его физических и химических свойств. По выражению А. Ф. Капустинского, это зона вырожденного химизма . [c.157]

Уравнения (И, 2) и (П,3) справедливы для любой системы и могут быть применены для анализа любого физического или химического процесса и для любого агрегатного состояния вещества. [c.35]

Состояние химических систем (как и любых других систем) может изменяться. Такие изменения называются процессами. Понятие процесса является одним из наиболее фундаментальных понятий для физической химии. Следует подчеркнуть, что строение и свойства химических систем проявляются именно в изменениях состояний систем. С химической точки зрения особый интерес представляют такие процессы, в которых происходит глубокая перестройка электронных состояний, сопровождаемая перегруппировкой ядер, так что из одних устойчивых одно- или многоатомных частиц образуются другие. В многокомпонентной макроскопической системе эти процессы приводят к химическому превраш,ению, в результате которого некоторые химические соединения — исходные веш,ества, или реагенты, превращаются в другие химические соединения — продукты. Химическую природу имеют также и многие другие явления, происходящие в химической системе, такие, как растворение, испарение ковалентных и ионных кристаллов и др., так как они также сопровождаются существенной перестройкой электронных оболочек. Как правило, химические превращения сопровождаются процессами, которые принято относить к области молекулярной физики переносом вещества и зарядов, переносом энергии термического возбуждения (теплоты) и др. [c.186]

Несмотря на отмеченные различия, в закономерностях изменения свойств, а также физической природе веществ, находящихся в твердом и жидком состояниях, много общего, поэтому их часто объединяют под общим термином конденсированное состояние. В результате испарения жидкостей или возгонки (сублимации) твердых тел вещества способны переходить в газообразное агрегатное состояние. При этом физико-химические свойства системы совершают качественный скачок. Кинетическая энергия молекул в этом состоянии максимальна, а энергия их взаимодействия минимальна. Главным видом движения молекул в газах является поступательное движение. При этом они испытывают огромное число соударений для одного моля газа более чем 10 соударений в секунду при комнатной температуре. Находясь в газообразном состоянии, вещество стремится занять весь предоставляемый ему объем. Молекулы в газах движутся хаотически, и распределение энергии между ними подчиняется закону распределения Больцмана [c.71]

Методы конденсации (агрегации) основаны на переходе от молекулярных или ионных растворов к коллоидным системам путем перевода вещества в нерастворимое состояние. Эти процессы могут носить как физический, так и химический характер. [c.303]

Состояние вещества определяется его структурой и характером взаимодействия, между его частицами (атомами, молекулами или ионами), что позволяет объяснить все механические, многие физические и некоторые физико-химические свойства реально существующих материалов. Законы, которым подчиняются совокупности химических частиц и от которых зависит состояние тела, рассматривает термодинамика — наука, изучающая взаимопревращение разных форм энергии и ее обмен между системой и внещней средой, а также энергетические эффекты и возможность самопроизвольного протекания различных процессов. [c.80]

В конце XIX и начале XX в. параллельно с химическими теориями растворов развивались теории, названные физическими (Вант-Гофф, Аррениус, Нернст). Состояние веществ в растворе уподоблялось их состоянию в газовой смеси, специфические взаимодействия из рассмотрения полностью исключались. Физические теории успению объясняли свойства разбавленных растворов, но оказались непригодными для интерпретации свойств концентрированных растворов, в особенности, если это системы с химическими взаимодействиями. Современные теории растворов, базируясь на достигнутых к настоящему времени знаниях о межмолекулярных взаимодействиях, синтезируют взгляды физической и химической теорий растворов. [c.398]

Я. Вант-Гофф установил принцип подвижного равновесия, который вытекал из изучения перемещения равновесия, происходящего с изменением температуры, и теплового эффекта. Этот принцип формулировался следующим образом Каждое равновесие между двумя различными состояниями вещества (системами) смещается при понижении температуры в сторону той из двух систем, при образовании которой выделяется теплота Он ясно представлял себе большое значение найденного им закона Эта формула, несмотря на краткость, излагает все, что нужно. Она прежде всего охватывает и химические, и физические равновесия указывает затем результаты как понижения, так и повышения температуры. Она выражает, наконец, что если нет системы, образующейся с выделением теплоты, то изменение температуры не сместит равновесия [c.334]

При рассмотрении физических свойств и характера их изменения в периодической системе следует различать атомные свойства (свойства элементов) и свойства простых веществ (гомоатомных соединений). Кроме того, физические свойства простых веществ могут характеризовать обе формы химической организации вещества (молекула и кристалл) или только одну из них. Очевидно, такие свойства, как температура плавления и кипения, твердость и вязкость, электрическая проводимость и т. п., относятся только к конденсированному состоянию вещества. С другой стороны, например, магнитные свойства (диа- или парамагнетизм) характерны как для кристаллов, так и для молекул. Элементы (изолированные атомы) характеризуются сравнительно небольшим набором ([)пзи-ческих свойств заряд ядра, атомная масса, орбитальный радиус, потенциал ионизации, сродство к электрону. [c.32]

Курс физической и коллоидной химии изучается после курсов физики, математики, неорганической, аналитической и органической химии, поэтому в учебник не вошли или изложены весьма кратко некото-< рые разделы этих дисциплин. Так, конспективно написаны Агрегатные состояния вещества , Основы химической термодинамики , Фазовые равновесия и растворы . В то же время подробно изложен материал по химической кинетике, адсорбции и поверхностным явлениям, структурообразованию в дисперсных системах, микрогетерогенным системам, высокомолекулярным соединениям и их растворам, коллоидным поверхностно-активным веществам. Это обусловлено важностью указанных тем для понимания физико-химических и коллоидно-химических основ технологических процессов пищевой промышленности. Многие законы и положения физической и коллоидной химии иллюстрируются примерами из различных пищевых производств. [c.7]

Изобретение или открытие процесса. Этот этап включает выбор исходных химических веществ для взаимодействия друг с другом, предварительное приближенное определение пределов изменения основных переменных процесса, определение вероятных физических состояний реагирующих веществ, промежуточных соединений и конечных продуктов во всем выбранном интервале эксплуатационных условий, выбор катализаторов, выбор растворителей, носителей, буферных добавок, щелочных и кислотных веществ. Вспомогательное, но все же важное значение имеет разработка методов измерения концентраций химических веществ, присутствующих в реакционной системе. Методы, применяемые на этом этапе разработки процессов, основываются, с одной стороны, на имеющихся теоретических данных [c.25]

Особенность диаграмм состояния заключается в том, что любая точка на диаграмме имеет строгий физико-химический смысл, так как характеризует определенное состояние вещества и численные значения параметров этого состояния. Другими словами, каждое состояние системы изображается на диаграммах некоторой точкой, которая называется ф и гур а т и в но й точкой. Этим диаграммы состояния отличаются от других диаграмм, изображающих с помощью, например, кривых зависимость между какими-либо величинами, в которых физический смысл имеют только точки этих кривых. [c.200]

Важнейшие задачи физической химии сводятся в самом об-ш,ем виде к следующему к изучению общих законов строения веществ, изучению условий, определяющих состояние равновесия химической системы, нахождению закономерностей, определяющих приицишгальттую возмолшость перехода из одного равновесного состояния в другое, и, наконец, к исследованию реальных процессов такого перехода, т. е. процессов химических превращений. Две из этих задач, а именно изучение равновесных состояний и общих законов, определяющих возможность перехода из одного равновесного состояния в другое,составляют предмет раздела фи ичес1 ой химии, который называется химической термодинамикой. В хшушческой термодинамике рассматриваются приложения одного из больших разделов общей физики — термодинам 1ки — к химическим явлениям. [c.6]

Здесь кратко изложены методы, применяемые для вычислений изменений энтальпии при изменениях физического состояния веществ, за исключением растворения. Эти методы позволяют вычислять энтальпию системы при любых заданных температуре, давлении или состоянии, если в системе не происходит каких-либо химических в имо-действий. Так как абсолютную величину теплосодержания определить нельзя, а можно лишь установить увеличение теплосодержания по сравнению с некоторым произвольно избранным нулевым уровнем, то необходимо дать вполне четкое определение этого уровня. Как общее правило, за нулевое состояние принимается 0°С и та форма вещества, которая является стабильной при этой температуре. Для многих веществ нулевые состояния выбраны не по этому правилу, однако если нулевое состояние определено точно, то данные могут быть переведены из одной системы в другую прибавлением небольшого поправочного члена. За нулевое состояние для воды обычно прицимается жидкая вода при 0°С, находящаяся под давлением собственных паров. Энтальпия воды при 0°С и 1 атм давления, отне сенная к этому нулевому состоянию, равна 0,441 кал1моль. [c.28]

В природе и в техиике часто встречаются системы, образованные большим числом разнообразных компонентов. Таковы, например, горные породы, руды и минералы, морская вода и рассолы соляных озер, стекла, технические сплавы, строительные материалы. Поэтому при изучении химических реакций, протекающих в подобных системах, необходимо учитывать влияние большото числа факторов. Процесс в целом зависит, прежде всего, от природы и относительного содержания основных компонентов, но, разумеется, также и от таких условий, как температура, давление, физическое состояние веществ, наконец, от наличия растворителей и примесей. Нужно учитывать не только те вещества, которые непосредственно вступают в реакцию, но и все прочие, присутствующие иногда даже в небольших количествах, так как они образуют в своей совокупности среду и подчас имеют решающее значение. [c.5]

Совокупность всех физических и химических свойств системы называется состоянием системы. В термодинамике обычно рассматривают те свойства, которые могут быть однозначно выражены через функции температуры, давления и концентрации веществ системы. Такие свойства называются термодинамическими они являются частью общих свойств (физических и химических) системы. К термо-динамичесикм свойствам системы относят теплоемкость, внутреннюю энергию, энтропию и т. п. [c.183]

Квиллен [1] определяет перемешивание как контактирование двух или более разнородных порций вещества, приводящее к достижению желаемого уровня как физической, так и химической однородности конечного продукта . Газы, заключенные в емкость быстро перемешиваются вследствие молекулярной диффузии. В жидкостях, однако, молекулярная диффузия обычно протекает очень медленно. Чтобы ускорить перемешивание внутри жидкостей, используют механическую энергию вращающейся мешалки. Если для достижения желаемого результата выбран неудачный тип мешалки, большая часть механической энергии может быть затрачена напрасно. По определению Паркера [2], перемешивание — создание состояния активности, такого, как поток или турбулентность, в системах, не находящихся в условиях идеального смешения . [c.15]

Таким образом, существует объективное противоречие между необходимостью моделирования сложных систем и дифференциальным, атомномолекулярным подходом к их описанию. В этом плане древние ученые обощли современных они чувствовали вещество как единое целое, понимали его психологическое и мистическое значение [18]. Утрата химиками и физиками чувства реального вещества - это проблема XX века. Если в старых химических монографиях вещество описывалось не только с позиции физически измеряемых свойств, но и цветовых, вкусовых нюансов, запаха, то теперь оно заменено моделями. Поэтому нельзя отрицать опыт алхимиков, более того, их опыт надо учесть при исследовании лекарственного вещества. Непрерывный подход к веществу, родивщийся в древности, воплотился в XIX веке в термодинамику, для которой важен не состав, а начальное и конечное усредненное энергетическое состояние вещества. Кибернетика также [29] оперирует начальным и конечным состоянием системы, которая является черным ящиком — неизвестным предметом. Успехи в области термодинамических исследований сложных физико-химических и биологических систем свидетельствуют о необходимости дальнейщего развития феноменологического подхода не только в термодинамике, но и при изучении физико-химических, технических и экологических систем. [c.25]

Пособие содержит изложение основных понятий, законов и методов физической химии, необходимых для углубленного и ускоренного усвоения неорганической, органической и биологической химии. Книга состоит из 2-х частей. Первая посвящена рассмотрению строения и состояния вещества, причем материал излагается в рамках единого подхода к вещсству как к. системе из взаимодействующих электронов и ядер, из которых образуются молекулы, а затем и макроскопические системы. Строго и достаточно просто разбирается ряд пс1Ложений квантовой механики и статистической физики, на которых базируется изучение строения и состояния вещества в современной химии. Во второй части рассмотрены термодинамика и кинетика химических процессов. [c.335]

Физико-химический анализ, детально разработанный русским химиком Н. С. Курпаковым и его учениками, представляет собой метод обнаружения химических и шенений в изучаемой системе путем исследования ее физических свойств. Физико-химический анализ основан на изучении зависимости между химическим составом и какими-либо физическими свойствами системы (плотность, вязкость, растворимость, температура плавления, температура кипения и др.) с применением геометрического метода изображения полученных результатов. Найденные опытным путем данные для нескольких состояний системы наносятся в виде точек на диаграмму состав — свойство , на оси абсцисс которой откладывается состав системы, на оси ординат — свойство. Линии, проведенные через эти точки, отражают зависимость свойства от состава системы и позволяют устанавливать соотношение любого произвольно взятого состава системы с исследуемым свойством. Плавный ход линий соответствует постепенному увеличению или уменьшению исследуемого фактора (состава, температуры, давления и т. п.), не влекущему за собой изменения качественного состава системы. Резкие перегибы и пересечения линий указывают на превращения и химические взаимодействия веществ. Анализ линий и геометрических фигур на диаграмме состав — свойство позволяет судить [c.295]

Фундаментальным принципом построения диаграмм состояния является правило фаз Гиббса. Введем предварительно понятие о независимом компоненте и степени свободы. Независимые компоненты — химически индивидуальные вещества, наименьшее число которых достаточно для образования всех фаз в системе. Следует различать термодинамическое понятие о независимом компоненте и тривиальное понятие о компоненте как составной части системы . Если система физическая, то оба понятия совпадают. Например, система, состоящая из воды, льда и водяного пара при 0,01°С и 6,12 гПа, однокомпонентная, поскольку для формирования всех трех фаз в системе достаточно одного индивидуального вещества — воды. Система, состоящая из насыщенного раствора сахара в воде и водяного пара над раствором, образует три фазы (кристаллы сахара, раствор и пар), но является двухкомпонентной (сахар + вода). [c.192]

Активность катализаторов, применяемых в реакциях гидрирования нитросоединений, зависит от их химического состава и физического состояния. Чаще всего применяются металлические катализаторы, особенно металлы VIII группы периодической системы — платина, палладий, родий, никель, кобальт, а также сплавы никеля и хрома, никеля и меди и другие. Доказано, что активность катализатора увеличивает находящиеся в них примеси некоторых веществ — загрязнения или же специальные добавки — так называемые активаторы. Большое значение имеет также степень измельчения катализатора. Максимальное раздробление достигается осаждением каталитически активного вещества на так называемый носитель. [c.120]

Установление механизма органических реакций — задача физической органической химии. Она очень сложна даже для описания сравнительно простых реакций. Для ее решения необходимо на современном уровне знаний иметь полное представление о промежуточных стадиях и промежуточных веществах (интермедиатах), природе взаимодействия реагирующих частиц, характере разрыва и образования связей, изменении энергии химической системы на всем пути ее перехода из исходного в конечное состояние. Механизм должен согласовываться со стереохимией и кинетикой процесса. [c.88]

V , фундаментом в науке о материалах, несомненно, являются физика и химия твердого тела. Следует обратить внимание на необходимость установления более четкой границы между этими дисциплинами, а также на нецелесообразность и недопустимость сведения химии твердого тела к физике твердого тела. Разумеет- ся, что объектом исследования в обоих случаях является твердое тело, которое в отличие от газов и жидкостей характеризуется сильным кооперативным взаимодействием частиц. Физика твердого тела концентрирует свое внимание на изучении природы этого взаимодействия и физических свойств, обусловленных как упорядочением, присущим твердому состоянию, так и возможными макро- и микронарушениями данного порядка. Что же касается химии твердого тела, то она изучает свойства и превращения твердых веществ. Специфика химического поведения простых веществ и соединений более всего проявляется, когда они находятся в состоянии молекулярного или атомного пара. Переход к жидкому, а тем более к твердому состоянию усиливает вклад чисто физических факторов, и перед исследователями открываются две возможности 1) сосредоточить внимание на особенностях поведения физико-химической системы, возникающих благодаря усилению чисто физических взаимодействий 2) сконцентрировать силы на изучении химической специфики аростых веществ и соединений, проявляемой на фоне сильного кооперативного взаимодействия частиц, характерного для твердофазного состояния. [c.133]

Так принято называть органические вещества, которые при введении их в олигомеры вступают с ними в химическую реакцию, приводящую к образованию пространственной макромолекулярной сетки. При этом термопластичный в исходном состоянии олигомер превращается в жесткий сетчатый термореактивный продукт. В результате химической реакции взаимодействия олигомера с отверди-телем изменяется физическое состояние системы. Из жидкой или вязкотекучей бинарной системы (олигомер + отвердитель) она становится химически определенным твердым телом. [c.27]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология