В учебнике (1-е изд. – 1986 г.; 2-е изд. – 1993 г., 3-е изд. – 2006 г.), написанном в соответствии с учебной программой непрофильных специальностей вузов, изложены основы химической термодинамики, учение о химическом равновесии, физическая химия растворов электролитов и неэлектролитов, учение о пограничных потенциалах и электродвижущих силах, химическая кинетика и катализ. Дается краткое описание методов хроматографии, экстракции, ректификации, использования ионоселективных электродов. Рассмотрены исходные положения термодинамики неравновесных процессов. Для студентов биологических специальностей университетов.
Произведение относится к жанру Учебная литература. Оно было опубликовано в 2017 году издательством Лаборатория знаний. Книга входит в серию "Химия (Бином)". На нашем сайте можно скачать книгу "Основы физической химии" в формате fb2, rtf, epub, pdf, txt или читать онлайн. Здесь так же можно перед прочтением обратиться к отзывам читателей, уже знакомых с книгой, и узнать их мнение. В интернет-магазине нашего партнера вы можете купить и прочитать книгу в бумажном варианте.
Так, кратко рассмотрены свойства полиэлектролитов, ионный обмен, мембранное равновесие и мембранные потенциалы, ионоселективные электроды, основы хроматографии и экстракции. <...> К концу XIX в. определились три основных в то время раздела физической химии: химическая термодинамика , химическая кинетика и электрохимия. <...> На этой базе интенсивно развивалась кинетика химических реакций и возникли новые разделы физической химии (учение о строении вещества, фотохимия, радиационная химия). <...> Так, от свойств идеальных газов можно легко перейти к свойствам идеальных жидких растворов , а затем и к свойствам реальных растворов . <...> ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА Газ состоит из молекул, двигающихся хаотически. <...> Термином «идеальный газ » обозначается газ , свойства которого описываются законами идеальных газов . <...> Идеальный газ -предельное состояние реальных газов при бесконечно малом давлении. <...> РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ Экспериментальные исследования показывают, что реальные газы не подчиняются законам идеальных газов . <...> Из приведенных данных видно, что при низких давлениях реальные газы могут быть более сжимаемыми (z < 1), чем идеальный газ , а при высоких-менее (z > 1). <...> ГЛАВА 2 ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА Исторически термодинамика возникла при изучении превращений теплоты в механическую работу. <...> . Интенсивные параметры не зависят от количества вещества. <...> Интенсивными параметрами являются также удельные значения экстенсивных, например концентрации веществ или мольные объемы. <...> Если на границе системы со стороны окружающей среды поддерживаются одинаковые значения интенсивных параметров , то система с течением времени обязательно придет в состояние равновесия. <...> Схемы изотермических процессов расширения газа: а, б-неравновесные процессы ; в-равновесный процесс систему со стороны окружающей среды и со стороны системы на окружающую среду. <...> Внутренняя энергия U характеризует общий запас энергии системы. <...> Величина ∆U считается <...>
Основы_физической_химии__учебник._-_6-е_изд._(эл.)..pdf
ББКУДК 541.1 24.2я73 Г67 Горшков В. И. Г67 Основы физической химии [Электронный ресурс] : учебник / В. И. Горшков, И. А. Кузнецов. - 6-е изд. (эл.). - Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf: 410 с.). -М. : Лаборатория знаний, 2017. - Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". ISBN 978-5-00101-539-0 В учебнике (1-е изд. - 1986 г.; 2-е изд. - 1993 г., 3-е изд. - 2006 г.), написанном в соответствии с учебной программой непрофильных специальностей вузов, изложены основы химической термодинамики, учение о химическом равновесии, физическая химия растворов электролитов и неэлектролитов, учение о пограничных потенциалах и электродвижущих силах, химическая кинетика и катализ. Дается краткое описание методов хроматографии, экстракции, ректификации, использования ионоселективных электродов. Рассмотрены исходные положения термодинамики неравновесных процессов. Для студентов биологических специальностей университетов. ББКУДК 541.1 24.2я73 Деривативное электронное издание на основе печатного аналога: Основы физической химии: учебник / В. И. Горшков, И. А. Кузнецов. - 4-е изд. -М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 407 с. : ил. -ISBN 978-5-9963-0546-9. В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации ISBN 978-5-00101-539-0 ○c Лаборатория знаний, 2015
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие к третьему изданию. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 1. Краткая характеристика газов. . . . . . . . . . . . . . . . . § 1. Идеальный газ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Уравнение состояния идеального газа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . Смесь идеальных газов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Некоторые сведения из кинетической теории газов (для идеальных газов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . § 2. Реальные газы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 9 9 9 11 11 14 Глава 2. Химическая термодинамика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 § 1. Основные понятия и определения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Равновесный и обратимый процессы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 21 § 2. Нулевой закон термодинамики и температура. . . . . . . . . . . . 27 § 3. Первый закон термодинамики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Первый закон термодинамики для открытых систем. . . . . . . 33 Применение первого закона термодинамики к некоторым процессам, в которых может совершаться только работа расширения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Изотермическое равновесное расширение идеального газа 33 Изотермическое равновесное расширение реального газа. 35 Изохорный процесс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Изобарный процесс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Теплоемкость. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Адиабатический процесс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Термохимия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Закон Гесса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Теплоты образования химических соединений. . . . . . . . . . 50 Теплоты сгорания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Реакции в растворах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Формула Кирхгофа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Зависимость теплоты испарения жидкости от температуры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Стр.404
404 ОГЛАВЛЕНИЕ Значение первого закона термодинамики для изучения биологических процессов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 § 4. Второй закон термодинамики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Метод Карно-Клаузиуса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Цикл Карно. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Теорема Карно-Клаузиуса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Введение энтропии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 71 Метод Каратеодори. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 «Потерянная» работа неравновесного процесса и возрастание энтропии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Расчет изменения энтропии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Адиабатические процессы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Изотермические процессы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Нагревание вещества при постоянном давлении. . . . . . . . 83 Нагревание вещества при постоянном объеме. . . . . . . . . . 84 Изменение энтропии идеального газа. . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Смешение двух идеальных газов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Расчет изменения энтропии в необратимом процессе. . . . 88 Определение абсолютного значения энтропии. . . . . . . . . . . . 90 Статистический характер второго закона. Энтропия и термодинамическая вероятность. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Фундаментальное уравнение Гиббса и вспомогательные функции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Соотношения Максвелла. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Зависимость энтропии газа от давления и объема. . . . . . 104 Связь ∆F и ∆G с максимальной работой процесса. ∆F и ∆G как критерии возможности самопроизвольного протекания процессов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Характеристические функции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Изменение энергии Гиббса при химических реакциях. . . 112 Связь максимальной полезной работы с тепловым эффектом процесса. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. . . . . . . . . . 117 § 5. Химический потенциал. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Полные потенциалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Условия равновесия при постоянных p и T . . . . . . . . . . . . . . . 126 Химический потенциал идеального газа. . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Реальные газы. Летучесть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Глава 3. Растворы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 § 1. Растворы газов в жидкостях. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 § 2. Идеальные растворы. Закон Рауля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Отклонения от закона Рауля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 § 3. Парциальные мольные величины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Зависимость парциальных мольных величин от состава раствора. Уравнения Гиббса-Дюгема. . . . . . . . . . . . . . . . 146
Стр.405
ОГЛАВЛЕНИЕ 405 Методы определения парциальных мольных величин. . . . . . 148 § 4. Химический потенциал компонента раствора. . . . . . . . . . . . . 150 § 5. Предельно разбавленные растворы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 § 6. Выбор стандартного состояния для компонента раствора. . . . 155 § 7. Изменение термодинамических функций при образовании растворов. Функции смешения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Атермальные растворы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Регулярные растворы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 § 8. Коллигативные свойства растворов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Понижение температуры замерзания растворов. . . . . . . . . . . 163 Повышение температуры кипения растворов. . . . . . . . . . . . . 167 Применение измерений ∆Tзам и ∆Tкип растворов. . . . . . . 168 Осмос и осмотическое давление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Осмотический коэффициент. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Биологическое значение осмотического давления. . . . . . . 176 Сопоставление методов, основанных на измерении коллигативных свойств. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 § 9. Ограниченная взаимная растворимость жидкостей. . . . . . . . 179 Распределение вещества между двумя жидкими фазами. . . . 181 Глава 4. Применение термодинамики к фазовым и химическим равновесиям. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 § 1. Фазовые превращения. Правило фаз Гиббса. . . . . . . . . . . . . . 185 § 2. Химическое равновесие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Уравнение изотермы химической реакции. Константа равновесия Kp. Закон действия масс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 Константы равновесия Kc и KN. Зависимость равновесного состава от давления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Описание равновесия в реальных системах. . . . . . . . . . . . . . 203 Равновесия в растворах и гетерогенных системах. . . . . . . . . 204 Экспериментальное определение константы равновесия. . . . . 207 Зависимость константы равновесия от температуры. . . . . . . . 207 Расчет констант равновесия по термодинамическим данным. 209 Глава 5. Электрохимия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 I. Растворы электролитов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Проводники первого и второго рода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 § 1. Электропроводность растворов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Зависимость электропроводности растворов электролитов от концентрации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Связь электропроводности со скоростями движения ионов. . 224 Числа переноса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 Причины различий в подвижности ионов. . . . . . . . . . . . . . . . 230 Эстафетная проводимость в растворах, содержащих ионы гидроксония и гидроксила. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Стр.406
406 ОГЛАВЛЕНИЕ Влияние межионных взаимодействий на электропроводность сильных электролитов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Релаксационное торможение иона. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Электрофоретическое торможение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Эффект Дебая-Фалькенгагена (дисперсия электропроводности при высоких частотах) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Электропроводность при высоких градиентах потенциала (эффект Вина) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Кондуктометрическое титрование. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Другие применения измерений электропроводности. . . . . . . . 240 § 2. Применение метода активностей к растворам электролитов. 241 § 3. Теория растворов сильных электролитов. . . . . . . . . . . . . . . . 247 Влияние ионной силы на константу диссоциации слабого электролита. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 § 4. Полиэлектролиты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 II. Электродные процессы. Электродвижущая сила. . . . . . . . 259 § 1. Электрохимические цепи и гальванические элементы. . . . . . 260 Скачок потенциала на границе металл-раствор его соли. . . 262 Контактная разность потенциалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 Диффузионный потенциал. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 Обратимые электрохимические цепи. Термодинамические характеристики химических реакций. . . . . . . . . . . . . . 265 § 2. Типы полуэлементов (электродов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 § 3. Электродные потенциалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 Электроды сравнения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 § 4. Характеристика и применение некоторых гальванических элементов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 Химические цепи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 Концентрационные гальванические элементы. . . . . . . . . . . . . 280 Концентрационные элементы без переноса. . . . . . . . . . . . 282 Окислительно-восстановительные цепи. . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 Колориметрическое определение редокс-потенциалов. . . . 286 § 5. Мембранное равновесие и мембранная разность потенциалов 287 Стеклянный электрод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 Ионоселективные электроды. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 § 6. Применение потенциометрических методов. . . . . . . . . . . . . . . 296 Глава 6. Кинетика химических реакций. . . . . . . . . . . . . . . . 298 § 1. Скорость химических реакций. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 Экспериментальное изучение скорости. . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 Основной постулат химической кинетики. . . . . . . . . . . . . . . . 301 Молекулярность и порядок реакции. . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 Кинетические уравнения односторонних реакций. . . . . . . . . . 306 Способы определения порядка реакции. . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
Стр.407
ОГЛАВЛЕНИЕ 407 Сложные реакции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 Параллельные реакции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 Сопряженные реакции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 Противоположно направленные (обратимые) реакции. . . . 318 Последовательные (консекутивные) реакции. . . . . . . . . . . 320 Скорость реакции в открытых системах. . . . . . . . . . . . . . . . . 323 § 2. Зависимость скорости реакции от температуры для реакций с термической активацией. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 Энергия активации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 § 3. Теория активных соударений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 § 4. Теория активированного комплекса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 § 5. Роль свободных радикалов в химической кинетике. . . . . . . . 338 § 6. Цепные реакции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 § 7. Особенности реакций с нетермической активацией. . . . . . . . 347 Фотохимические реакции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 Кинетика фотохимических реакций. . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 § 8. Скорость гетерогенных реакций. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 § 9. Основные понятия катализа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 Ферментативный катализ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 Глава 7. Исходные положения термодинамики неравновесных процессов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 Приложение. Некоторые сведения из математики. . . . . . 378 Основные обозначения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 Справочные таблицы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 Предметный указатель. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395