भौतिक रसायन। भौतिक रसायन विज्ञान भौतिक रासायनिक रसायन विज्ञान
विज्ञान का वर्गीकरण पदार्थ की गति के रूपों तथा उनके संबंधों एवं भिन्नताओं के वर्गीकरण पर आधारित है। इसलिए, भौतिकी और रसायन विज्ञान की कई शाखाओं के साथ भौतिक रसायन विज्ञान की सीमाओं को रेखांकित करने के लिए, गति के रासायनिक और भौतिक रूपों के बीच संबंध और अंतर पर विचार करना चाहिए।
गति का रासायनिक रूप, यानी रासायनिक प्रक्रिया, प्रतिक्रियाशील पदार्थों के अणु में परमाणुओं की संख्या और व्यवस्था में परिवर्तन की विशेषता है। बहुत बीच मैं गति के भौतिक रूप (विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र, प्राथमिक कणों की गति और परिवर्तन, परमाणु नाभिक की भौतिकी, आदि) का रासायनिक प्रक्रियाओं से विशेष रूप से घनिष्ठ संबंध है आंदोलन का इंट्रामोल्युलर रूप (एक अणु में कंपन; इसका इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना और आयनीकरण)। सबसे सरल रासायनिक प्रक्रिया - एक अणु के थर्मल पृथक्करण का प्राथमिक कार्य - अणु में कंपन की तीव्रता (आयाम और ऊर्जा) में वृद्धि के साथ होता है, विशेष रूप से उनके बीच वैलेंस बंधन के साथ नाभिक के कंपन। किसी अणु में एक निश्चित बंधन की दिशा में कंपन ऊर्जा के ज्ञात महत्वपूर्ण मूल्य तक पहुंचने से यह बंधन टूट जाता है और अणु दो भागों में विघटित हो जाता है।
कई (आमतौर पर दो) अणुओं से जुड़ी अधिक जटिल प्रतिक्रियाओं को दो अणुओं के संयोजन के रूप में माना जा सकता है, जब वे एक नाजुक और अल्पकालिक कॉम्प्लेक्स (तथाकथित सक्रिय कॉम्प्लेक्स) में टकराते हैं और इस कॉम्प्लेक्स का नए अणुओं में तेजी से विनाश होता है, क्योंकि यह परिसर कुछ कनेक्शनों के माध्यम से आंतरिक कंपन के दौरान अस्थिर हो जाता है।
इस प्रकार, एक प्राथमिक रासायनिक क्रिया अणुओं की कंपन गति में एक विशेष, महत्वपूर्ण बिंदु है। उत्तरार्द्ध को अपने आप में एक रासायनिक आंदोलन नहीं माना जा सकता है, लेकिन यह प्राथमिक रासायनिक प्रक्रियाओं का आधार है।
पदार्थ के महत्वपूर्ण द्रव्यमानों, यानी कई अणुओं के रासायनिक परिवर्तन के लिए, अणुओं का टकराव और उनके बीच ऊर्जा का आदान-प्रदान आवश्यक है (टकराव के माध्यम से प्रतिक्रिया उत्पादों के अणुओं की गति की ऊर्जा को शुरुआती पदार्थों के अणुओं में स्थानांतरित करना)। इस प्रकार, वास्तविक रासायनिक प्रक्रिया का दूसरे से गहरा संबंध है गति का भौतिक रूप - स्थूल पिंडों के अणुओं की अराजक गति, जिसे अक्सर तापीय गति कहा जाता है।
गति के रासायनिक रूप और गति के दो भौतिक रूपों के पारस्परिक संबंधों को ऊपर संक्षेप में और सबसे सामान्य शब्दों में उल्लिखित किया गया है। जाहिर है, रासायनिक प्रक्रिया और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की गति के विकिरण, परमाणुओं और अणुओं के आयनीकरण (इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री) आदि के बीच समान संबंध हैं।
पदार्थ की संरचना . इस खंड में परमाणुओं की संरचना, अणुओं की संरचना और एकत्रीकरण की अवस्थाओं का सिद्धांत शामिल है।
परमाणुओं की संरचना का अध्ययन भौतिक रसायन विज्ञान की तुलना में भौतिकी से अधिक संबंधित है। यह सिद्धांत अणुओं की संरचना के अध्ययन का आधार है।
अणुओं की संरचना का अध्ययन अणुओं की ज्यामिति, इंट्रामोल्युलर गति और उन बलों की जांच करता है जो एक अणु में परमाणुओं को बांधते हैं। अणुओं की संरचना के प्रायोगिक अध्ययन में, आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी (रेडियो स्पेक्ट्रोस्कोपी सहित) की विधि का सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है; विद्युत, रेडियोग्राफिक, चुंबकीय और अन्य तरीकों का भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
एकत्रीकरण की अवस्थाओं का अध्ययन गैसों, तरल पदार्थों और क्रिस्टल में अणुओं की परस्पर क्रिया के साथ-साथ एकत्रीकरण की विभिन्न अवस्थाओं में पदार्थों के गुणों की जांच करता है। विज्ञान की यह शाखा, जो भौतिक रसायन विज्ञान के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, भौतिकी (आणविक भौतिकी) का एक हिस्सा मानी जा सकती है।
पदार्थ की संरचना पर संपूर्ण अनुभाग को भी भौतिकी का एक हिस्सा माना जा सकता है।
रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी . इस खंड में, सामान्य ऊष्मागतिकी के नियमों के आधार पर, रासायनिक संतुलन के नियम और चरण संतुलन के सिद्धांत, जिसे आमतौर पर चरण नियम कहा जाता है, प्रस्तुत किए जाते हैं। रासायनिक ऊष्मागतिकी का भाग है थर्मोकैमिस्ट्री,जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों से संबंधित है।
समाधानों के अध्ययन का उद्देश्य समाधान बनाने वाले पदार्थों के गुणों के आधार पर समाधानों के गुणों (कई पदार्थों के सजातीय मिश्रण) की व्याख्या और भविष्यवाणी करना है।
इस समस्या के समाधान के लिए असमान अणुओं की परस्पर क्रिया के एक सामान्य सिद्धांत के निर्माण की आवश्यकता है, अर्थात आणविक भौतिकी की मुख्य समस्या का समाधान। सामान्य सिद्धांत और विशेष सामान्यीकरण विकसित करने के लिए, समाधानों की आणविक संरचना और संरचना के आधार पर उनके विभिन्न गुणों का अध्ययन किया जाता है।
सतही घटना का सिद्धांत . ठोस और तरल पदार्थों की सतह परतों (चरणों के बीच इंटरफेस) के विभिन्न गुणों का अध्ययन किया जाता है; सतह परतों में अध्ययन की गई मुख्य घटनाओं में से एक है सोखना(सतह परत में पदार्थों का संचय)।
उन प्रणालियों में जहां तरल, ठोस और गैसीय चरणों (कोलाइडल समाधान, इमल्शन, धुंध, धुएं) के बीच इंटरफेस अत्यधिक विकसित होते हैं, सतह परतों के गुण प्राथमिक महत्व के हो जाते हैं और पूरे सिस्टम के कई अद्वितीय गुणों को निर्धारित करते हैं। . ऐसा सूक्ष्मविषमप्रणालियों का अध्ययन किया जा रहा है कोलाइड रसायन विज्ञान,जो भौतिक रसायन विज्ञान का एक बड़ा स्वतंत्र खंड और रासायनिक उच्च शिक्षण संस्थानों में एक स्वतंत्र शैक्षणिक अनुशासन है।
इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री। विद्युत परिघटनाओं और रासायनिक प्रतिक्रियाओं (इलेक्ट्रोलिसिस, विद्युत प्रवाह के रासायनिक स्रोत, इलेक्ट्रोसिंथेसिस का सिद्धांत) की परस्पर क्रिया का अध्ययन किया जाता है। इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में आमतौर पर इलेक्ट्रोलाइट समाधानों के गुणों का अध्ययन शामिल होता है, जिसे समान रूप से समाधानों के अध्ययन के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।
रासायनिक गतिकी और उत्प्रेरण . रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर का अध्ययन किया जाता है, बाहरी स्थितियों (दबाव, तापमान, विद्युत निर्वहन, आदि) पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता, अणुओं की संरचना और ऊर्जा स्थितियों के साथ प्रतिक्रिया दर का संबंध, प्रतिक्रिया दर पर प्रभाव स्टोइकोमेट्रिक प्रतिक्रिया समीकरण में भाग नहीं लेने वाले पदार्थों की संख्या (उत्प्रेरक)।
फोटोकैमिस्ट्री। रासायनिक परिवर्तनों में शामिल विकिरण और पदार्थों की परस्पर क्रिया का अध्ययन किया जाता है (विकिरण के प्रभाव में होने वाली प्रतिक्रियाएं, उदाहरण के लिए, फोटोग्राफिक प्रक्रियाएं और प्रकाश संश्लेषण, ल्यूमिनेसेंस)। फोटोकैमिस्ट्री का रासायनिक गतिकी और अणुओं की संरचना के अध्ययन से गहरा संबंध है।
भौतिक रसायन विज्ञान के मुख्य वर्गों की उपरोक्त सूची में इस विज्ञान के कुछ हाल ही में उभरे क्षेत्रों और छोटे वर्गों को शामिल नहीं किया गया है, जिन्हें बड़े वर्गों के हिस्से या भौतिक रसायन विज्ञान के स्वतंत्र वर्गों के रूप में माना जा सकता है। ये हैं, उदाहरण के लिए, विकिरण रसायन विज्ञान, उच्च-आणविक पदार्थों का भौतिक रसायन, मैग्नेटोकैमिस्ट्री, गैस इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री और भौतिक रसायन विज्ञान की अन्य शाखाएँ। उनमें से कुछ का महत्व वर्तमान में तेजी से बढ़ रहा है।
भौतिक और रासायनिक अनुसंधान के तरीके
भौतिक रसायन विज्ञान की मूल विधियाँ, स्वाभाविक रूप से, भौतिकी और रसायन विज्ञान की विधियाँ हैं। यह, सबसे पहले, एक प्रायोगिक विधि है - बाहरी स्थितियों पर पदार्थों के गुणों की निर्भरता का अध्ययन और समय के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं की घटना के नियमों और रासायनिक संतुलन के नियमों का प्रायोगिक अध्ययन।
प्रायोगिक सामग्री की सैद्धांतिक समझ और पदार्थों के गुणों और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के नियमों के ज्ञान की एक सुसंगत प्रणाली का निर्माण सैद्धांतिक भौतिकी के निम्नलिखित तरीकों पर आधारित है।
क्वांटम यांत्रिक विधि (विशेष रूप से, तरंग यांत्रिकी की विधि), जो व्यक्तिगत परमाणुओं और अणुओं की संरचना और गुणों और एक दूसरे के साथ उनकी बातचीत के सिद्धांत को रेखांकित करती है। व्यक्तिगत अणुओं के गुणों से संबंधित तथ्य मुख्य रूप से प्रयोगात्मक ऑप्टिकल तरीकों से प्राप्त किए जाते हैं।
सांख्यिकीय भौतिकी की विधि , जो किसी पदार्थ के गुणों की गणना करना संभव बनाता है; व्यक्तिगत अणुओं के गुणों के बारे में जानकारी के आधार पर, कई अणुओं ("मैक्रोस्कोपिक" गुण) से युक्त।
थर्मोडायनामिक विधि , जो किसी पदार्थ के विभिन्न गुणों ("मैक्रोस्कोपिक" गुणों) को मात्रात्मक रूप से संबंधित करना और अन्य गुणों के प्रयोगात्मक मूल्यों के आधार पर इनमें से कुछ गुणों की गणना करना संभव बनाता है।
किसी भी विशिष्ट क्षेत्र में आधुनिक भौतिक और रासायनिक अनुसंधान को पदार्थों के विभिन्न गुणों का अध्ययन करने और अणुओं की संरचना के साथ उनके संबंधों को स्पष्ट करने के लिए विभिन्न प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक तरीकों के उपयोग की विशेषता है। डेटा के पूरे सेट और उपरोक्त सैद्धांतिक तरीकों का उपयोग मुख्य लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए किया जाता है - बाहरी स्थितियों पर और रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेने वाले अणुओं की संरचना पर रासायनिक परिवर्तनों की दिशा, गति और सीमाओं की निर्भरता को स्पष्ट करने के लिए।
रूसी संघ के शिक्षा मंत्रालय टॉम्स्क पॉलिटेक्निक विश्वविद्यालय ______________________________________________________________________________________ एन. पाठ्यपुस्तक / एन. ए. कोलपाकोवा, वी. ए. कोलपाकोव, एस. वी. रोमानेंको। - टॉम्स्क: प्रकाशन गृह। टीपीयू, 2004. - भाग 1. - 168 पी। पाठ्यपुस्तक में "भौतिक रसायन विज्ञान" के निम्नलिखित खंड शामिल हैं: थर्मोडायनामिक्स के बुनियादी नियम, रासायनिक और चरण संतुलन, गैर-इलेक्ट्रोलाइट समाधानों के थर्मोडायनामिक्स। मैनुअल टीपीयू के भौतिक और विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान विभाग में तैयार किया गया था और इसका उद्देश्य रासायनिक विशिष्टताओं के दूरस्थ शिक्षा छात्रों के लिए है। टॉम्स्क पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी समीक्षकों की संपादकीय और प्रकाशन परिषद के संकल्प के अनुसार प्रकाशित: कुरिना एल.एन. - प्रो. भौतिक रसायन विज्ञान विभाग, टीएसयू, रसायन विज्ञान के डॉक्टर। विज्ञान; बुइनोव्स्की ए.एस. - प्रबंधक विभाग रसायन विज्ञान टीपीयू एसटीयू, रसायन विज्ञान के डॉक्टर। विज्ञान. © टॉम्स्क पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी, 2004 © लेखक, 2004 अध्याय 1। भौतिक रसायन विज्ञान का परिचय 1.1. भौतिक रसायन विज्ञान के विकास का एक संक्षिप्त ऐतिहासिक रेखाचित्र भौतिक रसायन विज्ञान की सामग्री का नाम और परिभाषा सबसे पहले एम. वी. लोमोनोसोव (1752) द्वारा दी गई थी: "भौतिक रसायन विज्ञान एक विज्ञान है, जिसे भौतिक सिद्धांतों और प्रयोगों के आधार पर, व्याख्या करनी चाहिए जटिल निकायों में रासायनिक क्रियाओं के माध्यम से जो होता है उसका कारण। रूस में एक स्वतंत्र विज्ञान के रूप में भौतिक रसायन विज्ञान का शिक्षण प्रोफेसर द्वारा शुरू किया गया था। 1860 में खार्कोव विश्वविद्यालय में एन.एन. बेकेटोव। लोमोनोसोव के सबसे महत्वपूर्ण सैद्धांतिक और प्रायोगिक शोध ने उन्हें उन खोजों तक पहुंचाया जिन्होंने अब भी अपना महत्व नहीं खोया है। लोमोनोसोव पदार्थ और गति के संरक्षण के सिद्धांत, गर्मी की गतिज प्रकृति की सही परिभाषा के करीब आए, और एक ठंडे शरीर से गर्म शरीर में गर्मी के सहज हस्तांतरण की असंभवता पर भी ध्यान दिया, जो वर्तमान में सूत्रों में से एक है। ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम. अगली शताब्दी में, शोध किया गया, जिसके आधार पर कई महत्वपूर्ण खोजें और सामान्यीकरण किए गए। स्वीडन में के.वी. शीले (1773) और फ़्रांस में फोंटाना (1777) ने गैसों के सोखने की खोज की; रूस में टी. ई. लोविट्ज़ (1785) ने विलयनों से अधिशोषण की खोज की। फ्रांस में ए.एल. लवॉज़ियर और पी.एस. लाप्लास (1779-1784) ने पदार्थों की ताप क्षमता और प्रतिक्रियाओं के तापीय प्रभावों का अध्ययन किया। 19वीं सदी की शुरुआत में. इंग्लैंड में जी. डेवी और फ्रांस में एल. जे. टेनार्ड ने उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं की खोज की, और स्वीडन में जे. या. बर्ज़ेलियस (1835) ने उत्प्रेरक के बारे में विचारों को और विकसित किया। इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री की नींव गैल्वेनिक कोशिकाओं, इलेक्ट्रोलिसिस और इलेक्ट्रोलाइट्स में करंट ट्रांसफर पर शोध द्वारा रखी गई थी। इटली में गैलवानी और ए. वोल्टा ने 1799 में एक गैल्वेनिक सेल बनाया। रूस में वी.वी. पेत्रोव (1802) ने विद्युत चाप की घटना की खोज की। रूस में टी. ग्रोथस ने (1805) में इलेक्ट्रोलिसिस के सिद्धांत की नींव रखी। 1800 में, जी. डेवी ने पदार्थों की परस्पर क्रिया के विद्युत रासायनिक सिद्धांत को सामने रखा: उन्होंने रासायनिक अनुसंधान के लिए इलेक्ट्रोलिसिस का व्यापक रूप से उपयोग किया। एम. फैराडे, डेवी के छात्र, 1833-1834 में। इलेक्ट्रोलिसिस के मात्रात्मक नियम तैयार किए। रूस में बी.एस. जैकोबी ने इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के व्यावहारिक उपयोग की समस्याओं को हल करते हुए 1836 में गैल्वेनोप्लास्टी की खोज की। 19वीं सदी के पूर्वार्ध में. इंग्लैंड में डी. डाल्टन (1801-1803), फ्रांस में जे. एल. गे-लुसाक (1802) और इटली में ए. अवोगाद्रो (1811) के कार्यों के लिए धन्यवाद, जिन्होंने गैसीय अवस्था के सबसे महत्वपूर्ण कानूनों की खोज की, 3 परमाणु विचार थे व्यापक रूप से विकसित. थर्मोकैमिस्ट्री पर जी.आई. हेस (1802-1856) के कार्य इसी अवधि के हैं। नॉर्वे में के. गुल्डबर्ग और पी. वेज (1864-1867), संयुक्त राज्य अमेरिका में जे. डब्ल्यू. गिब्स (1873-1878) ने रासायनिक संतुलन का थर्मोडायनामिक सिद्धांत विकसित किया, और फ्रांस में ए. एल. ले चेटेलियर (1884) ने विस्थापन संतुलन के सामान्य सिद्धांत की खोज की जब बाहरी परिस्थितियाँ बदलती रहती हैं। रासायनिक संतुलन का थर्मोडायनामिक सिद्धांत डच रसायनज्ञ जे. एच. वान्ट हॉफ के कार्यों में विकसित किया गया था। उन्होंने तनु विलयनों का मात्रात्मक सिद्धांत (1885-1889) भी विकसित किया। समाधानों में बिजली के हस्तांतरण का अध्ययन जर्मनी में आई. वी. हिट्टोर्फ और एफ. डब्ल्यू. जी. कोहलराउश द्वारा किया गया था। स्वीडिश वैज्ञानिक एस. ए. अरहेनियस ने इसे 1883-1887 में विकसित किया था। इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण का सिद्धांत. ए. एम. बटलरोव, जिन्होंने कार्बनिक यौगिकों की संरचना का सिद्धांत बनाया, ने भौतिक रसायन विज्ञान के विकास पर गहरी छाप छोड़ी। महान रूसी रसायनज्ञ डी.आई. मेंडेलीव (1834-1907) ने एक क्रांतिक तापमान (1860) के अस्तित्व की खोज की, गैसों की स्थिति का सामान्य समीकरण प्राप्त किया (1874) और समाधानों का रासायनिक सिद्धांत (1887) विकसित किया। मेंडेलीव के छात्र डी. पी. कोनोवलोव (1889) समाधान के सिद्धांत के संस्थापकों में से एक हैं। 19वीं सदी के अंत में. पदार्थ की संरचना के अध्ययन के क्षेत्र में कई प्रमुख खोजें की गईं, जिन्होंने परमाणु की संरचना की जटिलता को साबित किया और भौतिक रसायन विज्ञान के विकास में बहुत बड़ी भूमिका निभाई। इनमें जे.बी. पेरिन (1895) और जे. थॉमसन (1897) द्वारा इलेक्ट्रॉन की खोज, आर. प्लैंक (1900) द्वारा प्रकाश की क्वांटम प्रकृति, पी.एन. लेबेडेव (1899) द्वारा प्रकाश दबाव का अस्तित्व, अध्ययन (तब से) शामिल हैं। 1898) ) पी. क्यूरी और एम. द्वारा रेडियोधर्मिता की घटनाएँ। स्कोलोडोव्स्का-क्यूरी। 20वीं सदी की शुरुआत तक. भौतिक रसायन विज्ञान को उस विज्ञान के रूप में परिभाषित किया गया था जो पदार्थ की संरचना, रासायनिक थर्मोडायनामिक्स का अध्ययन करता है, जिसमें थर्मोकैमिस्ट्री और संतुलन, समाधान, रासायनिक कैनेटीक्स और इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री का अध्ययन शामिल है। नए सैद्धांतिक तरीकों को लागू किया गया और परमाणुओं, अणुओं और क्रिस्टल की संरचना का अध्ययन सामने आया। पदार्थ की संरचना, विशेष रूप से परमाणुओं और अणुओं की संरचना का सिद्धांत, 20वीं शताब्दी में सबसे तेजी से विकसित हुआ। इस क्षेत्र में एक बड़ी उपलब्धि परमाणु का परमाणु सिद्धांत था, जिसे ई. रदरफोर्ड (1911) द्वारा प्रस्तावित किया गया था और डेनिश भौतिक विज्ञानी एन. बोह्र (1913) द्वारा विकसित हाइड्रोजन परमाणु का पहला मात्रात्मक सिद्धांत विकसित किया गया था। रासायनिक बंधों की प्रकृति और अणुओं की संरचना का अध्ययन परमाणु की संरचना के अध्ययन के समानांतर विकसित हुआ। वर्तमान सदी के 20 के दशक की शुरुआत तक, वी. कोसेल और जी.एन. लुईस ने रासायनिक बंधन के इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत की नींव विकसित की। डब्ल्यू जी हेइटलर और एफ लंदन (1927) ने रासायनिक बंधन का क्वांटम यांत्रिक सिद्धांत विकसित किया। परमाणु संरचना के क्षेत्र में भौतिकी की सबसे बड़ी खोजों और क्वांटम यांत्रिकी और सांख्यिकीय भौतिकी के सैद्धांतिक तरीकों के साथ-साथ एक्स-रे विश्लेषण, स्पेक्ट्रोस्कोपी, मास स्पेक्ट्रोस्कोपी, चुंबकीय तरीकों, टैग किए गए परमाणु विधि और नए प्रयोगात्मक तरीकों के उपयोग पर आधारित है। अन्य, भौतिकविदों और भौतिक रसायनज्ञों ने अणुओं और क्रिस्टल की संरचना का अध्ययन करने और रासायनिक बंधनों की प्रकृति को समझने में काफी प्रगति की है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दरों का अध्ययन, यानी रासायनिक गतिकी, जो अब विशेष रूप से अणुओं की संरचना और एक अणु में परमाणुओं के बीच बंधन की ताकत के अध्ययन से जुड़ा हुआ है, ने बहुत विकास प्राप्त किया है। भौतिक रसायन विज्ञान की नई शाखाएँ उभरी हैं और सफलतापूर्वक विकसित हो रही हैं: मैग्नेटोकैमिस्ट्री, विकिरण रसायन विज्ञान, उच्च पॉलिमर का भौतिक रसायन, सिलिकेट्स का भौतिक रसायन, गैस इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री, आदि। अन्य विज्ञानों की तरह, भौतिक रसायन विज्ञान और इसकी व्यक्तिगत शाखाएँ उत्पन्न हुईं या विशेष रूप से सफलतापूर्वक विकसित होने लगीं। उन अवधियों में जब किसी न किसी व्यावहारिक आवश्यकता के लिए उद्योग की किसी भी शाखा के तीव्र विकास की आवश्यकता होती थी, और इस विकास के लिए एक ठोस सैद्धांतिक आधार की आवश्यकता होती थी। यहां भौतिक रासायनिक विश्लेषण पर एन.एस. कुर्नाकोव के प्रमुख शोध, ए.एन.फ्रुमकिन द्वारा इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के क्षेत्र में काम, एन.एन.सेमेनोव द्वारा श्रृंखला प्रतिक्रियाओं के सिद्धांत का निर्माण, और ए.ए. बालांडिन द्वारा विषम उत्प्रेरण के सिद्धांत के विकास पर ध्यान देना आवश्यक है। . रासायनिक विज्ञान और अभ्यास के सामने आने वाली कई समस्याओं को हल करने में भौतिक रसायन विज्ञान अग्रणी भूमिका निभाता है। वर्तमान में, भौतिक रसायन विज्ञान अपनी स्वयं की अनुसंधान विधियों के साथ एक स्वतंत्र अनुशासन है और लागू रासायनिक-तकनीकी विषयों का सैद्धांतिक आधार है। 1.2. भौतिक रसायन विज्ञान के विषय और कार्य भौतिक रसायन विज्ञान रासायनिक प्रक्रियाओं और भौतिक घटनाओं के नियमों का विज्ञान है। भौतिक रसायन विज्ञान का मुख्य कार्य उन बुनियादी कानूनों का अध्ययन और स्पष्टीकरण है जो रासायनिक प्रक्रियाओं की दिशा, उनकी घटना की गति, पर्यावरण के प्रभाव, अशुद्धियों, विकिरण और उपयोगी की अधिकतम उपज प्राप्त करने की शर्तों को निर्धारित करते हैं। उत्पाद। भौतिक रसायन विज्ञान का अध्ययन रसायन विज्ञान के नियमों को समझने और रासायनिक घटनाओं की भविष्यवाणी और नियंत्रण करने का अवसर प्रदान करता है। आधुनिक भौतिक रसायन विज्ञान प्रभावी उत्पादन प्रबंधन, उत्पादन प्रक्रियाओं की गहनता और स्वचालन की समस्याओं को हल करना संभव बनाता है। यह रासायनिक प्रौद्योगिकी के सैद्धांतिक आधार के रूप में कार्य करता है। रासायनिक प्रौद्योगिकी में अमोनिया का संश्लेषण और ऑक्सीकरण, सल्फ्यूरिक एसिड का संपर्क उत्पादन, प्राकृतिक गैस से इथेनॉल का उत्पादन, तेल क्रैकिंग और कई अन्य जैसी महत्वपूर्ण उत्पादन प्रक्रियाएं इन 5 प्रक्रियाओं में अंतर्निहित प्रतिक्रियाओं के भौतिक रासायनिक अध्ययन के परिणामों पर आधारित हैं। भौतिक रसायन विज्ञान के बिना, दिए गए गुणों के साथ पदार्थ बनाने, नए मौजूदा स्रोतों को विकसित करने और कुशल उत्पादन के कई अन्य मुद्दों को हल करना असंभव है। इसलिए, भविष्य के औद्योगिक इंजीनियरों के लिए भौतिक रसायन विज्ञान का ज्ञान कारखानों और अनुसंधान संस्थानों में एक इंजीनियर की व्यावहारिक गतिविधियों में आने वाली विविध समस्याओं को हल करने के महान अवसर खोलता है। विज्ञान का नाम - "भौतिक रसायन विज्ञान" - दो विज्ञानों - भौतिकी और रसायन विज्ञान के जंक्शन पर इसके उद्भव के इतिहास को दर्शाता है, साथ ही यह तथ्य भी कि यह अध्ययन में भौतिकी के सैद्धांतिक कानूनों और प्रयोगात्मक तरीकों का व्यापक रूप से उपयोग करता है। रासायनिक घटनाएँ. 1.3. भौतिक रसायन विज्ञान की विधियों का वर्गीकरण भौतिक रसायन विज्ञान में कई सैद्धांतिक विधियों का उपयोग किया जाता है। क्वांटम रासायनिक विधि रासायनिक परिवर्तनों का वर्णन करने के लिए प्राथमिक कणों के गुणों का उपयोग करती है। क्वांटम यांत्रिकी के नियमों का उपयोग करते हुए, वे अणुओं के गुणों और प्रतिक्रियाशीलता का वर्णन करते हैं, साथ ही अणुओं को बनाने वाले प्राथमिक कणों के गुणों के आधार पर रासायनिक बंधनों की प्रकृति का भी वर्णन करते हैं। थर्मोडायनामिक (घटना संबंधी) विधि कई कानूनों (अभिधारणाओं) पर आधारित है, जो प्रयोगात्मक डेटा का सामान्यीकरण है। यह उनके आधार पर, सिस्टम के ऊर्जा गुणों का पता लगाने, रासायनिक प्रक्रिया के पाठ्यक्रम और संतुलन के क्षण में इसके परिणाम की भविष्यवाणी करने की अनुमति देता है। क्वांटम सांख्यिकीय विधि इन पदार्थों को बनाने वाले अणुओं के गुणों के आधार पर पदार्थों के गुणों की व्याख्या करती है। गतिज विधि आपको विभिन्न कारकों के कारण रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर में परिवर्तन का अध्ययन करके तंत्र स्थापित करने और रासायनिक प्रक्रियाओं का एक सिद्धांत बनाने की अनुमति देती है। भौतिक रसायन विज्ञान को गणित के व्यापक उपयोग की विशेषता है, जो न केवल सैद्धांतिक कानूनों को सबसे सटीक रूप से व्यक्त करना संभव बनाता है, बल्कि उन्हें स्थापित करने के लिए एक आवश्यक उपकरण भी है। 6 अध्याय 2. थर्मोडायनामिक्स के बुनियादी नियम "थर्मोडायनामिक्स" शब्द ग्रीक थर्म - ताप और डायनेमिस - बल से आया है। थर्मोडायनामिक्स विभिन्न प्रकार की ऊर्जा को एक से दूसरे में परिवर्तित करने का विज्ञान है। रासायनिक थर्मोडायनामिक्स रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान होने वाली विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के परिवर्तनों का अध्ययन करता है। 2.1. रासायनिक थर्मोडायनामिक्स की बुनियादी अवधारणाएँ एक प्रणाली एक अलग निकाय या निकायों का समूह है जो बातचीत करते हैं और एक वास्तविक या काल्पनिक खोल (सीमा) द्वारा पर्यावरण से अलग होते हैं। एक खुली प्रणाली वह है जो बाहरी वातावरण के साथ पदार्थों (द्रव्यमान) और ऊर्जा (उदाहरण के लिए, गर्मी) का आदान-प्रदान करती है। एक पृथक प्रणाली (या बंद प्रणाली) एक ऐसी प्रणाली है जो गर्मी का आदान-प्रदान नहीं करती है और पर्यावरण के साथ काम करती है। किसी पृथक प्रणाली की ऊर्जा और आयतन समय के साथ स्थिर रहते हैं। ऐसी प्रणाली का एक उदाहरण, उदाहरण के लिए, एक थर्मस है। यदि सीमा ऊष्मा को गुजरने की अनुमति नहीं देती है, तो सिस्टम में होने वाली प्रक्रिया को रुद्धोष्म कहा जाता है। जब कोई सिस्टम ऊष्मा का आदान-प्रदान करता है और पर्यावरण के साथ काम करता है, तो सिस्टम और पर्यावरण दोनों में परिवर्तन होते हैं। थर्मोडायनामिक सिस्टम सजातीय या विषमांगी हो सकते हैं। यदि सिस्टम के अंदर सिस्टम के हिस्सों को अलग करने वाला कोई इंटरफ़ेस नहीं है जो संरचना या संरचना में भिन्न हो, तो इस सिस्टम को सजातीय कहा जाता है। तदनुसार, विभिन्न भागों से बनी एक प्रणाली जो संरचना या रासायनिक संरचना में भिन्न होती है, विषमांगी कहलाती है। इन भागों को चरण कहा जाता है। इस प्रकार, एक चरण एक इंटरफ़ेस द्वारा सीमित एक विषम प्रणाली का एक हिस्सा है और सभी बिंदुओं पर समान भौतिक और रासायनिक गुणों द्वारा विशेषता है। प्रत्येक प्रणाली में एक या अधिक पदार्थ होते हैं। व्यक्तिगत रासायनिक पदार्थ जो किसी तंत्र से अलग किए जा सकते हैं और उसके बाहर एक अलग चरण के रूप में स्वतंत्र रूप से मौजूद होते हैं, तंत्र के घटक पदार्थ कहलाते हैं। उदाहरण के लिए, एक गिलास में पानी है, जिसमें एक प्लैटिनम प्लेट को उतारा गया है। कांच के ऊपर गैसों का मिश्रण है: ऑक्सीजन, हाइड्रोजन और नाइट्रोजन। यह प्रणाली त्रिचरणीय है, इसमें पाँच घटक पदार्थ होते हैं। 7 किसी सिस्टम की थर्मोडायनामिक स्थिति स्वतंत्र चर (सिस्टम पैरामीटर) के मूल्यों का एक सेट है जो इसके गुणों को निर्धारित करती है। किसी सिस्टम की किसी भी संपत्ति को थर्मोडायनामिक राज्य पैरामीटर कहा जा सकता है यदि इसे सिस्टम की स्थिति निर्धारित करने वाले स्वतंत्र चर में से एक माना जाता है। थर्मोडायनामिक्स पदार्थ को एक सतत माध्यम मानता है और अनुसंधान के लिए ऐसे थर्मोडायनामिक मापदंडों का उपयोग करता है जो बड़ी संख्या में कणों (मैक्रोपैरामीटर) की क्रिया का परिणाम होते हैं। उदाहरण के लिए, "सामान्य परिस्थितियों" में भी होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया के मैक्रोपैरामीटर तापमान, दबाव, आयतन, एकाग्रता, गुरुत्वाकर्षण, चुंबकीय, विद्युत और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों की ताकत आदि हैं। "सामान्य स्थिति" 20-25 का तापमान है डिग्री सेल्सियस, वायुमंडलीय दबाव, यानी लगभग 101 केपीए, गुरुत्वाकर्षण त्वरण - औसतन लगभग 9.8 मीटर/सेकेंड2, चुंबकीय क्षेत्र की ताकत - औसतन लगभग 40 ए/मीटर, विद्युत क्षेत्र की ताकत - औसतन लगभग 130 वी/मीटर, दृश्य प्रकाश रोशनी - औसतन लगभग 500 लक्स। किसी सिस्टम की थर्मोडायनामिक स्थिति को चिह्नित करने के लिए, सभी गुणों को नहीं, बल्कि उनमें से केवल सबसे छोटी संख्या, सिस्टम के तथाकथित स्वतंत्र मापदंडों को जानना आवश्यक है। एक नियम के रूप में, पृथ्वी पर होने वाली रासायनिक प्रक्रिया का वर्णन करते समय, हम क्षेत्र की विशेषताओं का संकेत नहीं देते हैं, क्योंकि वे स्थिर हैं और इसलिए प्रतिक्रिया उत्पादों की संरचना और उपज को प्रभावित नहीं करते हैं। यदि कोई रासायनिक प्रक्रिया मजबूत चुंबकीय या विद्युत क्षेत्र की स्थितियों में, या पराबैंगनी, एक्स-रे या यहां तक कि दृश्य प्रकाश के साथ तीव्र विकिरण के तहत की जाती है, तो क्षेत्र मापदंडों का प्रतिक्रिया उत्पादों की संरचना और उपज पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ेगा। इस मामले में, फ़ील्ड पैरामीटर निर्दिष्ट किए जाने चाहिए। थर्मोडायनामिक मापदंडों को व्यापक और गहन में विभाजित किया गया है। कार्यशील तरल पदार्थ या विचाराधीन थर्मोडायनामिक प्रणाली के द्रव्यमान (या पदार्थ की मात्रा) के आनुपातिक मात्राओं को व्यापक कहा जाता है, ये मात्रा, आंतरिक ऊर्जा, एन्थैल्पी आदि हैं। गहन मात्राएं थर्मोडायनामिक प्रणाली के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करती हैं। ये हैं, उदाहरण के लिए, तापमान और दबाव। दबाव एक भौतिक मात्रा है जो किसी पिंड की सतह पर समान रूप से वितरित बल और बल के लंबवत स्थित सतह क्षेत्र के अनुपात के बराबर है: पी = एस दबाव की एसआई इकाई पास्कल (पीए) है - यह दबाव के कारण होता है 1 N के बल द्वारा, बल की दिशा के लंबवत स्थित 1 m2 की सतह पर समान रूप से वितरित: 1 N/m2 = 1 Pa। व्यवहार में, दबाव की एकाधिक और उपगुणक इकाइयों का उपयोग किया जाता है: किलोपास्कल 8 (103 पा = 1 केपीए); मेगापास्कल (106 पा = 1 एमपीए); हेक्टापास्कल (102 पा = 1 एचपीए), साथ ही एक गैर-प्रणालीगत इकाई - बार (1 बार = 105 पा)। आणविक गतिज सिद्धांत के निष्कर्ष के अनुसार, गैस का दबाव बर्तन की दीवार पर अव्यवस्थित रूप से लगातार गतिशील अणुओं के प्रभाव का परिणाम है। एक आदर्श गैस के लिए अणुओं के मापदंडों और व्यवहार के बीच सबसे सरल संबंध प्राप्त किए गए थे। एक आदर्श गैस को उस गैस के रूप में समझा जाता है जिसमें लोचदार अणु होते हैं, जिनके बीच कोई परस्पर क्रिया बल नहीं होते हैं, और गैस द्वारा व्याप्त आयतन की तुलना में उसका अपना आयतन नगण्य होता है। अपेक्षाकृत कम दबाव (वायुमंडलीय के करीब) पर कोई भी वास्तविक गैस लगभग एक आदर्श गैस की तरह व्यवहार करती है (सख्ती से पी → 0 पर)। एक आदर्श गैस की अवस्था का समीकरण - मेंडेलीव - क्लैपेरॉन समीकरण का रूप है: pV = nRT, जहाँ p गैस का दबाव है, Pa; वी - आयतन, एम3; n गैस की मात्रा है, mol; R 8.314 J/(mol K) के बराबर सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है; T पूर्ण तापमान है, K. तापमान सिस्टम की तापीय स्थिति को दर्शाता है। गर्म और ठंडे शरीर की अवधारणा को प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया जा सकता है, लेकिन तापमान को सीधे नहीं मापा जा सकता है। यह तापमान पर निर्भर अन्य भौतिक मापदंडों के संख्यात्मक मूल्यों से निर्धारित होता है, जो अनुभवजन्य तापमान पैमानों के निर्माण का आधार है। विभिन्न भौतिक मात्राएँ ऐसे मापदंडों (थर्मोमेट्रिक पैरामीटर) के रूप में कार्य कर सकती हैं। इनमें स्थिर दबाव पर किसी पिंड का आयतन, स्थिर आयतन पर दबाव, विद्युत चालकता, थर्मोइलेक्ट्रोमोटिव बल, पिंडों के ज्यामितीय पैरामीटर, प्रकाश की चमक आदि शामिल हैं। तापमान मापने के लिए एक उपकरण को थर्मामीटर कहा जाता है। किसी भी अनुभवजन्य तापमान पैमाने का निर्माण करने के लिए, तीन मान्यताओं का उपयोग किया जाता है: 1) डिग्री का आकार दो संदर्भ तापमान बिंदुओं - तापमान मानकों के बीच मान ∆T के संख्यात्मक मान को चुनकर निर्दिष्ट किया जाता है; 2) अनुभवजन्य पैमानों में तापमान शून्य की स्थिति मनमानी है; 3) यह माना जाता है कि थर्मोमेट्रिक फ़ंक्शन किसी दिए गए तापमान रेंज में रैखिक है। शुद्ध पदार्थों के चरण संक्रमण को संदर्भ बिंदु के रूप में उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, अनुभवजन्य सेल्सियस पैमाने के लिए, वायुमंडलीय दबाव (क्रमशः 0 और 100 डिग्री) पर पानी के पिघलने और उबलने के तापमान को संदर्भ बिंदु के रूप में लिया जाता है। इन तापमानों के बीच के अंतराल को एक सौ बराबर भागों (डिग्री सेल्सियस - डिग्री सेल्सियस) में विभाजित किया गया है। यद्यपि किसी भी सैद्धांतिक रूप से परिभाषित थर्मोमेट्रिक फ़ंक्शन का उपयोग करके एक उद्देश्य तापमान पैमाने का निर्माण किया जा सकता है, थर्मोडायनामिक्स में एक आदर्श गैस की स्थिति के समीकरण का उपयोग ऐसे फ़ंक्शन के रूप में किया जाता है। एक गैस थर्मामीटर सबसे सटीक (पूर्ण तापमान पैमाने के करीब - केल्विन स्केल) तापमान माप की अनुमति देता है। हालाँकि, गैस थर्मामीटर के पैमाने पर तापमान निर्धारित करना एक कठिन काम है, जो केवल चरण संक्रमण के कुछ संदर्भ बिंदुओं के पूर्ण तापमान को स्थापित करने के लिए किया जाता है, जिन्हें संदर्भ के रूप में लिया जाता है। मध्यवर्ती तापमान आमतौर पर अनुभवजन्य थर्मोमेट्रिक तरीकों से निर्धारित किया जाता है। 1954 में अपनाया गया अंतर्राष्ट्रीय व्यावहारिक तापमान पैमाना (आईपीएस), वर्तमान चरण में पूर्ण तापमान पैमाने का सबसे सटीक अनुमान है। अनुभवजन्य पैमानों के विपरीत, MSHT एक प्रयोगात्मक संदर्भ तापमान बिंदु का उपयोग करता है। पानी के त्रिक बिंदु का तापमान (जब बर्फ, पानी और जल वाष्प एक साथ संतुलन में होते हैं) का उपयोग ऐसे बिंदु के रूप में किया गया था। एमपीटीएस में पानी के त्रिक बिंदु का तापमान 273.16 K (सटीक) लिया जाता है। वायुमंडलीय दबाव पर बर्फ 0.01° कम पिघलती है। सेल्सियस पैमाने पर संदर्भ बिंदु - 0 डिग्री सेल्सियस - 273.15 K से मेल खाता है। गैस थर्मामीटर के साथ काम करने की सटीकता बढ़ने पर अन्य सभी संदर्भ बिंदुओं (पानी के त्रिगुण बिंदु को छोड़कर) के लिए तापमान का संख्यात्मक मान लगातार परिष्कृत किया जाता है। 1968 में, बारह संदर्भ बिंदुओं को संदर्भ तापमान बिंदुओं के रूप में उपयोग करने की सिफारिश की गई थी, जो हाइड्रोजन के त्रिक बिंदु से लेकर सोने के पिघलने बिंदु तक की सीमा को कवर करते थे। वर्तमान में, सेल्सियस स्केल (टी) पर तापमान को पूर्ण तापमान (टी) के साथ संबंध के रूप में व्यक्त किया जाता है, जो है: टी = 273.15 + टी। किसी प्रणाली के गुण जिन्हें सिस्टम को बनाने वाले पदार्थों के तापमान, दबाव और एकाग्रता के कार्यों के रूप में स्पष्ट रूप से व्यक्त किया जा सकता है, थर्मोडायनामिक फ़ंक्शन कहलाते हैं। उदाहरण के लिए, ताप क्षमता, आंतरिक ऊर्जा, एन्ट्रॉपी इत्यादि। यदि थर्मोडायनामिक फ़ंक्शन में परिवर्तन केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति पर निर्भर करता है और प्रक्रिया के पथ पर निर्भर नहीं करता है, तो ऐसे फ़ंक्शन को राज्य कहा जाता है सिस्टम का कार्य. थर्मोडायनामिक प्रक्रिया किसी सिस्टम में होने वाला कोई भी बदलाव है जो कम से कम एक थर्मोडायनामिक पैरामीटर में बदलाव से जुड़ा होता है। एक वृत्ताकार प्रक्रिया या चक्र एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक थर्मोडायनामिक प्रणाली, एक निश्चित प्रारंभिक अवस्था को छोड़कर और परिवर्तनों की एक श्रृंखला से गुज़रकर, उसी स्थिति में लौट आती है; इस प्रक्रिया में, किसी भी राज्य पैरामीटर में परिवर्तन शून्य है। 10
भौतिक रसायन
§ 1. भौतिक रसायन विज्ञान का विषय. इसका अर्थ
रासायनिक और भौतिक घटनाओं के बीच संबंध का अध्ययन करता है भौतिक रसायन।रसायन विज्ञान की यह शाखा रसायन विज्ञान और भौतिकी के बीच की सीमा है। दोनों विज्ञानों के सैद्धांतिक और प्रायोगिक तरीकों के साथ-साथ अपने स्वयं के तरीकों का उपयोग करते हुए, भौतिक रसायन विज्ञान रासायनिक प्रतिक्रियाओं और उनके साथ होने वाली भौतिक प्रक्रियाओं के बहुमुखी अध्ययन में लगा हुआ है। चूँकि, हालाँकि, एक बहुपक्षीय अध्ययन भी कभी पूरा नहीं होता है और घटना को संपूर्ण रूप से कवर नहीं करता है, भौतिक रसायन विज्ञान के नियम और नियमितता, साथ ही साथ अन्य प्राकृतिक विज्ञान, हमेशा घटना को सरल बनाते हैं और इसे पूरी तरह से प्रतिबिंबित नहीं करते हैं।
भौतिक रसायन विज्ञान का तेजी से विकास और बढ़ता महत्व भौतिकी और रसायन विज्ञान के बीच इसकी सीमा रेखा स्थिति से जुड़ा हुआ है। भौतिक रसायन विज्ञान का मुख्य सामान्य कार्य अध्ययन के तहत प्रणाली बनाने वाले पदार्थों की संरचना और गुणों पर डेटा के आधार पर विभिन्न स्थितियों के तहत प्रक्रिया के समय और अंतिम परिणाम (संतुलन स्थिति) की भविष्यवाणी करना है।
§ 2. भौतिक रसायन विज्ञान के विकास के इतिहास की संक्षिप्त रूपरेखा
शब्द "भौतिक रसायन विज्ञान" और इस विज्ञान की परिभाषा सबसे पहले एम.वी. लोमोनोसोव ने दी थी, जिन्होंने 1752-1754 में। उन्होंने विज्ञान अकादमी के छात्रों को भौतिक रसायन विज्ञान में एक पाठ्यक्रम पढ़ाया और इस पाठ्यक्रम के लिए एक पांडुलिपि छोड़ी, "सच्चे भौतिक रसायन विज्ञान का परिचय" (1752)। लोमोनोसोव ने कई अध्ययन किए, जिनके विषय उनके "भौतिक रसायन विज्ञान के पाठ्यक्रम की योजना" (1752) और प्रायोगिक कार्य के कार्यक्रम "भौतिक रसायन विज्ञान में अनुभव" (1754) से मेल खाते हैं। उनके नेतृत्व में भौतिक रसायन विज्ञान पर एक छात्र कार्यशाला भी आयोजित की गई।
लोमोनोसोव ने भौतिक रसायन विज्ञान की निम्नलिखित परिभाषा दी: "भौतिक रसायन विज्ञान एक विज्ञान है जो भौतिकी के सिद्धांतों और प्रयोगों के आधार पर बताता है कि रासायनिक संचालन के दौरान मिश्रित निकायों में क्या होता है।" यह परिभाषा आधुनिक परिभाषा के करीब है।
भौतिक रसायन विज्ञान के विकास के लिए, 19वीं शताब्दी के मध्य में थर्मोडायनामिक्स के दो नियमों की खोज (एस. कार्नोट, जे. आर. मेयर, जी. हेल्महोल्ट्ज़, डी. पी. जूल, आर. क्लॉसियस, डब्ल्यू. थॉमसन) का बहुत महत्व था।
19वीं शताब्दी में भौतिकी और रसायन विज्ञान के बीच के क्षेत्र में अनुसंधान की संख्या और विविधता में लगातार वृद्धि हुई। रासायनिक संतुलन का थर्मोडायनामिक सिद्धांत विकसित किया गया था (के.एम. गुल्डबर्ग, पी. वेज, डी.डब्ल्यू. गिब्स)। एल.एफ. विल्हेल्मी के शोध ने रासायनिक प्रतिक्रियाओं (रासायनिक गतिकी) की दरों के अध्ययन की शुरुआत को चिह्नित किया। समाधानों में बिजली के हस्तांतरण का अध्ययन किया गया (आई.वी. गिटोर्फ, एफ.वी.जी. कोहलराउश), भाप के साथ समाधान के संतुलन के नियमों का अध्ययन किया गया (डी.पी. कोनोवलोव) और समाधान का सिद्धांत विकसित किया गया (डी.आई. मेंडेलीव)।
एक स्वतंत्र विज्ञान और शैक्षणिक अनुशासन के रूप में भौतिक रसायन विज्ञान की मान्यता 1887 में लीपज़िग विश्वविद्यालय (जर्मनी) में डब्ल्यू. ओस्टवाल्ड की अध्यक्षता में भौतिक रसायन विज्ञान के पहले विभाग की स्थापना और भौतिक विज्ञान पर पहली वैज्ञानिक पत्रिका की स्थापना में व्यक्त की गई थी। वहाँ रसायन विज्ञान. 19वीं शताब्दी के अंत में, लीपज़िग विश्वविद्यालय भौतिक रसायन विज्ञान के विकास का केंद्र था, और प्रमुख भौतिक रसायनज्ञ डब्ल्यू. ओस्टवाल्ड, जे. एच. वैंट हॉफ, एस. अरहेनियस और डब्ल्यू. नर्नस्ट थे। इस समय तक, भौतिक रसायन विज्ञान की तीन मुख्य शाखाएँ परिभाषित की जा चुकी थीं - रासायनिक थर्मोडायनामिक्स, रासायनिक गतिकी और इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री।
विज्ञान के सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्र, जिनका विकास तकनीकी प्रगति के लिए एक आवश्यक शर्त है, में रासायनिक प्रक्रियाओं का अध्ययन शामिल है; भौतिक रसायन विज्ञान इस समस्या के विकास में अग्रणी भूमिका निभाता है।
§ 3. भौतिक रसायन विज्ञान के अनुभाग। तलाश पद्दतियाँ
रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी. इस खंड में, सामान्य ऊष्मागतिकी के नियमों के आधार पर, रासायनिक संतुलन के नियम और चरण संतुलन के सिद्धांत प्रस्तुत किए गए हैं।
समाधानों के अध्ययन का उद्देश्य समाधान बनाने वाले पदार्थों के गुणों के आधार पर समाधानों के गुणों (कई पदार्थों के सजातीय मिश्रण) की व्याख्या और भविष्यवाणी करना है।
सतही घटना का सिद्धांत। ठोस और तरल पदार्थों की सतह परतों (चरणों के बीच इंटरफेस) के विभिन्न गुणों का अध्ययन किया जाता है; सतह परतों में अध्ययन की गई मुख्य घटनाओं में से एक है सोखना(सतह परत में पदार्थ का संचय)।
उन प्रणालियों में जहां तरल, ठोस और गैसीय चरणों (इमल्शन, धुंध, धुएं, आदि) के बीच इंटरफेस अत्यधिक विकसित होते हैं, सतह परतों के गुण प्राथमिक महत्व के हो जाते हैं और पूरे सिस्टम के कई अद्वितीय गुणों को निर्धारित करते हैं। . ऐसा तितर - बितर (सूक्ष्मविषम)प्रणालियों का अध्ययन किया जा रहा है कोलाइड रसायन विज्ञान,जो भौतिक रसायन विज्ञान की एक बड़ी स्वतंत्र शाखा है।
भौतिक रसायन विज्ञान के मुख्य वर्गों की दी गई सूची में इस विज्ञान के कुछ क्षेत्रों और छोटे वर्गों को शामिल नहीं किया गया है, जिन्हें बड़े वर्गों के हिस्से या भौतिक रसायन विज्ञान के स्वतंत्र वर्गों के रूप में माना जा सकता है। एक बार फिर भौतिक रसायन विज्ञान की विभिन्न शाखाओं के बीच घनिष्ठ संबंध पर जोर देना उचित है। किसी भी घटना का अध्ययन करते समय, किसी को रसायन विज्ञान की कई शाखाओं (और अक्सर अन्य विज्ञान) से विचारों, सिद्धांतों और अनुसंधान विधियों के एक शस्त्रागार का उपयोग करना पड़ता है। केवल भौतिक रसायन विज्ञान के साथ प्रारंभिक परिचित होने पर ही शैक्षिक उद्देश्यों के लिए सामग्री को संकेतित अनुभागों में वितरित करना संभव है।
भौतिक और रासायनिक अनुसंधान के तरीके. भौतिक रसायन विज्ञान की मूल विधियाँ, स्वाभाविक रूप से, भौतिकी और रसायन विज्ञान की विधियाँ हैं। यह, सबसे पहले, एक प्रायोगिक विधि है - बाहरी परिस्थितियों पर पदार्थों के गुणों की निर्भरता का अध्ययन, विभिन्न प्रक्रियाओं के नियमों और रासायनिक संतुलन के नियमों का प्रायोगिक अध्ययन।
प्रायोगिक डेटा की सैद्धांतिक समझ और ज्ञान की एक सुसंगत प्रणाली का निर्माण सैद्धांतिक भौतिकी के तरीकों पर आधारित है।
थर्मोडायनामिक विधि, जो उनमें से एक है, किसी पदार्थ के विभिन्न गुणों ("मैक्रोस्कोपिक" गुणों) को मात्रात्मक रूप से जोड़ने और अन्य गुणों के प्रयोगात्मक मूल्यों के आधार पर इनमें से कुछ गुणों की गणना करने की अनुमति देती है।
अध्याय 1।
ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम
§ 1. ऊर्जा. ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम
पदार्थ का एक अभिन्न गुण (विशेषता) गति है; यह पदार्थ की तरह ही अविनाशी है। पदार्थ की गति विभिन्न रूपों में प्रकट होती है, जो एक-दूसरे में परिवर्तित हो सकती है। पदार्थ की गति का माप है ऊर्जा।मात्रात्मक रूप से, ऊर्जा को गति के प्रत्येक विशिष्ट रूप की विशेषता वाले मापदंडों के माध्यम से और इस रूप के लिए विशिष्ट इकाइयों में एक निश्चित तरीके से व्यक्त किया जाता है।
इकाइयों की एसआई प्रणाली में, ऊर्जा (गर्मी और कार्य) की इकाई जूल है ( जे), 1 में बल के कार्य के बराबर एन 1 के रास्ते पर एम। 1 जे = 1 एन एम.
ऊर्जा (ऊष्मा) कैलोरी की व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली इकाई वर्तमान में उपयोग के लिए अनुमत एक गैर-प्रणालीगत इकाई है। वर्तमान में उपयोग की जाने वाली कैलोरी परिभाषा के अनुसार जूल की एक निश्चित संख्या के बराबर है: 1 मल 4.1868 जूल के बराबर। इस इकाई का उपयोग थर्मल इंजीनियरिंग में किया जाता है और इसे कहा जा सकता है तापीय ऊर्जा कैलोरी.रासायनिक थर्मोडायनामिक्स में, थोड़ी अलग इकाई का उपयोग किया जाता है, जो 4.1840 जूल के बराबर होती है और इसे कहा जाता है थर्मोकेमिकल कैलोरी।इसके उपयोग की व्यवहार्यता इन इकाइयों में व्यक्त संदर्भ प्रकाशनों में एकत्रित व्यापक प्रायोगिक थर्मोकेमिकल सामग्री के उपयोग में आसानी से जुड़ी है।
जब गति का एक रूप दूसरे में परिवर्तित हो जाता है, तो लुप्त और प्रकट गति की ऊर्जाएं, अलग-अलग इकाइयों में व्यक्त, एक-दूसरे के बराबर होती हैं, यानी गायब गति की ऊर्जा, गति की ऊर्जा के लिए एक निरंतर मात्रात्मक अनुपात में होती है। उभरी हुई गति (समतुल्य ऊर्जा परिवर्तनों का नियम)।यह अनुपात गति के दो रूपों की ऊर्जाओं के परिमाण और उन विशिष्ट परिस्थितियों पर निर्भर नहीं करता है जिनके तहत गति के एक रूप से दूसरे में संक्रमण हुआ। इस प्रकार, जब विद्युत धारा की ऊर्जा को अराजक आणविक गति की ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, तो विद्युत ऊर्जा का एक जूल हमेशा 0.239 में बदल जाता है मलआणविक गति की ऊर्जा.
इस प्रकार, पदार्थ की गति के माप के रूप में ऊर्जा हमेशा किसी दिए गए गति के अनुरूप गुणात्मक रूप से अद्वितीय रूप में प्रकट होती है, और माप की संबंधित इकाइयों में व्यक्त की जाती है। दूसरी ओर, यह मात्रात्मक रूप से सभी प्रकार के आंदोलन की एकता, उनकी पारस्परिक परिवर्तनीयता और आंदोलन की अविनाशीता को दर्शाता है।
ऊपर वर्णित समतुल्य ऊर्जा परिवर्तनों का नियम एक भौतिक प्रायोगिक नियम है। समतुल्य ऊर्जा परिवर्तन का नियमअलग-अलग रूप में अर्थात् रूप में व्यक्त किया जा सकता है ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम:ऊर्जा न तो निर्मित होती है और न ही नष्ट होती है; सभी प्रक्रियाओं और घटनाओं में, किसी दिए गए प्रक्रिया में भाग लेने वाले पृथक सामग्री प्रणाली के सभी हिस्सों की कुल ऊर्जा बढ़ती या घटती नहीं है, स्थिर रहती है।
ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम इस अर्थ में सार्वभौमिक है कि यह मनमाने ढंग से बड़े निकायों में होने वाली घटनाओं पर लागू होता है, जो बड़ी संख्या में अणुओं के संग्रह का प्रतिनिधित्व करते हैं, और एक या कुछ अणुओं की भागीदारी के साथ होने वाली घटनाओं पर लागू होते हैं।
यांत्रिक गति के विभिन्न रूपों के लिए, ऊर्जा संरक्षण का नियम लंबे समय से गुणात्मक रूप (डेसकार्टेस - 1640) और मात्रात्मक रूप (लीबनिज - 1697) में व्यक्त किया गया है।
ऊष्मा और कार्य के पारस्परिक परिवर्तनों (नीचे देखें) के लिए, ऊर्जा संरक्षण के नियम को यू. आर. मेयर, जी. हेल्महोल्ट्ज़ और डी. पी. जूल द्वारा 19वीं सदी के चालीसवें दशक में किए गए शोध द्वारा एक प्राकृतिक विज्ञान कानून के रूप में सिद्ध किया गया था। शतक।
समतुल्य परिवर्तनों के नियम का उपयोग करके, गति के विभिन्न रूपों की ऊर्जाओं को एक प्रकार की ऊर्जा (गति का एक रूप) की विशेषता वाली इकाइयों में व्यक्त करना संभव है, और फिर जोड़, घटाव आदि के संचालन को निष्पादित करना संभव है।
§ 2. ऊष्मागतिकी का विषय, विधि और सीमाएँ
थर्मोडायनामिक्स सैद्धांतिक भौतिकी की मुख्य शाखाओं में से एक है। थर्मोडायनामिक्स ऊष्मा और कार्य के रूप में पिंडों के बीच ऊर्जा संक्रमण से जुड़ी विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के पारस्परिक परिवर्तनों के नियमों का अध्ययन करता है।विभिन्न प्रकार की प्रक्रियाओं में ऊर्जा हस्तांतरण के रूपों के रूप में, ऊष्मा और कार्य पर अपना ध्यान केंद्रित करते हुए, थर्मोडायनामिक्स में पदार्थ के विभिन्न गुणों के बीच कई ऊर्जा कनेक्शन और निर्भरता को अपने विचार के दायरे में शामिल किया जाता है और बहुत व्यापक रूप से लागू सामान्यीकरण दिया जाता है जिसे कहा जाता है ऊष्मप्रवैगिकी के नियम.
बुनियादी थर्मोडायनामिक कानूनों को स्थापित करते समय, शरीर के अंदर होने वाले ऊर्जा परिवर्तन (अक्सर बहुत जटिल) आमतौर पर विस्तृत नहीं होते हैं। दी गई अवस्था में शरीर की ऊर्जा विशेषता के प्रकार भी भिन्न नहीं होते हैं; इन सभी प्रकार की ऊर्जाओं की समग्रता को एक ही माना जाता है सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा .
ऊपर उल्लिखित थर्मोडायनामिक्स का विषय इस विज्ञान की पद्धति और सीमाओं को परिभाषित करता है। ऊष्मा और कार्य के बीच का अंतर, ऊष्मागतिकी द्वारा प्रारंभिक बिंदु के रूप में स्वीकार किया जाता है, और कार्य के लिए ऊष्मा का विरोध केवल कई अणुओं से बने पिंडों के लिए समझ में आता है, क्योंकि एक अणु के लिए या अणुओं की एक छोटी संख्या के संग्रह के लिए ऊष्मा की अवधारणाएँ और काम अपना अर्थ खो देते हैं। इसलिए, थर्मोडायनामिक्स केवल उन निकायों पर विचार करता है जिनमें बड़ी संख्या में अणु होते हैं, तथाकथित मैक्रोस्कोपिक सिस्टम,इसके अलावा, थर्मोडायनामिक्स अपने शास्त्रीय रूप में व्यक्तिगत अणुओं के व्यवहार और गुणों को ध्यान में नहीं रखता है।
थर्मोडायनामिक विधि की विशेषता इस तथ्य से भी है कि अध्ययन का उद्देश्य एक पिंड या भौतिक दुनिया से अलग किए गए पिंडों का समूह है थर्मोडायनामिक प्रणाली (इसके बाद इसे सरलता से कहा जाएगा प्रणाली)।
सिस्टम की कुछ सीमाएँ होती हैं जो इसे बाहरी दुनिया (पर्यावरण) से अलग करती हैं।
सिस्टम है सजातीय , यदि इसके प्रत्येक पैरामीटर का सिस्टम के सभी भागों में समान मान है या एक बिंदु से दूसरे बिंदु पर लगातार बदलता रहता है।
सिस्टम है विजातीय , यदि इसमें कई स्थूल (कई अणुओं से मिलकर बने) हिस्से होते हैं, जो दृश्य इंटरफेस द्वारा एक दूसरे से अलग होते हैं। इन सतहों पर, कुछ पैरामीटर अचानक बदल जाते हैं। उदाहरण के लिए, यह प्रणाली "ठोस नमक - संतृप्त जलीय नमक घोल - संतृप्त जल वाष्प" है। यहां, नमक - घोल और घोल - वाष्प की सीमाओं पर, संरचना और घनत्व अचानक बदल जाता है।
दृश्य इंटरफेस द्वारा अन्य भागों से अलग किए गए सिस्टम के सजातीय भागों को कहा जाता है के चरण . इस मामले में, एक प्रणाली के अलग-अलग सजातीय भागों का एक सेट जिसमें समान भौतिक और थर्मोडायनामिक गुण होते हैं, को एक चरण माना जाता है (उदाहरण के लिए, एक पदार्थ के क्रिस्टल का एक सेट या गैस में निलंबित तरल बूंदों का एक सेट और कोहरा बनाना) ). प्रणाली के प्रत्येक चरण की विशेषता राज्य के अपने स्वयं के समीकरण से होती है।
वह प्रणाली जो अपने पर्यावरण के साथ पदार्थ और ऊर्जा (ऊष्मा या कार्य के रूप में) का आदान-प्रदान नहीं कर सकती, कहलाती है एकाकी .
वह प्रणाली जो अपने पर्यावरण के साथ पदार्थ और ऊर्जा (ऊष्मा या कार्य के रूप में) का आदान-प्रदान कर सकती है, कहलाती है खुला।
एक प्रणाली जो अपने पर्यावरण के साथ पदार्थ का आदान-प्रदान नहीं कर सकती है, लेकिन ऊर्जा (गर्मी या कार्य के रूप में) का आदान-प्रदान कर सकती है, कहलाती है बंद किया हुआ .
थर्मोडायनामिक्स संपूर्ण भौतिक प्रणाली के ऐसे मापने योग्य गुणों और उसके स्थूल भागों (चरणों) के बीच पारस्परिक संबंध का अध्ययन करता है, जैसे कि तापमान, दबाव, द्रव्यमान, घनत्व और प्रणाली में शामिल चरणों की रासायनिक संरचना, और कुछ अन्य गुण, जैसे साथ ही इन गुणों में परिवर्तन के बीच संबंध भी।
थर्मोडायनामिक्स (तथाकथित) द्वारा अध्ययन किए गए गुणों का सेट सिस्टम के थर्मोडायनामिक पैरामीटर) निर्धारित करता है सिस्टम की थर्मोडायनामिक स्थिति।किसी भी थर्मोडायनामिक गुणों में बदलाव (भले ही सिर्फ एक) सिस्टम की थर्मोडायनामिक स्थिति में बदलाव की ओर ले जाता है।
प्रकृति में पाई जाने वाली सभी प्रक्रियाओं को सहज (प्राकृतिक) और गैर-सहज में विभाजित किया जा सकता है।
सहज प्रक्रियाएं- ये ऐसी प्रक्रियाएं हैं जिनमें बाहरी ऊर्जा व्यय की आवश्यकता नहीं होती है। उदाहरण के लिए, अधिक तापमान वाले पिंड से कम तापमान वाले पिंड में ऊष्मा का स्थानांतरण, पानी में नमक का घुलना आदि अपने आप होता है।
गैर-सहज प्रक्रियाएंउनकी घटना के लिए बाहरी ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन में हवा का विभाजन।
थर्मोडायनामिक्स में, हम मुख्य रूप से एक प्रणाली की ऐसी अवस्थाओं पर विचार करते हैं जिसमें इसके पैरामीटर (तापमान, दबाव, इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता, आदि) समय के साथ अनायास नहीं बदलते हैं और व्यक्तिगत चरणों के आयतन में सभी बिंदुओं पर समान मूल्य रखते हैं। ऐसे राज्यों को कहा जाता है संतुलन।
ऊष्मागतिकी की मूल अभिधारणाओं में से एक यह कथन है कि किसी भी स्वतःस्फूर्त प्रक्रिया का क्रम अंततः पृथक प्रणाली को संतुलन की स्थिति में ले आता है, जब इसके गुणों में कोई परिवर्तन नहीं होगा, यानी प्रणाली में संतुलन स्थापित हो जाता है।
चरणों के भीतर तापमान, दबाव और संरचना के असमान और समय-भिन्न वितरण की विशेषता वाले राज्य हैं नोनेक़ुइलिब्रिउम. उन्हें गैर-संतुलन (अपरिवर्तनीय) प्रक्रियाओं के थर्मोडायनामिक्स द्वारा माना जाता है, जिसमें बुनियादी थर्मोडायनामिक कानूनों के अलावा, अतिरिक्त मान्यताओं का उपयोग किया जाता है।
थर्मोडायनामिक्स के बुनियादी नियमों के आधार पर निर्मित थर्मोडायनामिक्स, जिसे अनुभव का सामान्यीकरण माना जाता है, अक्सर कहा जाता है क्लासिकया घटनात्मक ऊष्मप्रवैगिकी.थर्मोडायनामिक्स ऊष्मा इंजनों के अध्ययन के लिए सैद्धांतिक आधार प्रदान करता है; इस अनुभाग को कहा जाता है तकनीकी ऊष्मप्रवैगिकी.थर्मोडायनामिक दृष्टिकोण से रासायनिक प्रक्रियाओं के अध्ययन से संबंधित है रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी,जो भौतिक रसायन विज्ञान की मुख्य शाखाओं में से एक है।
§ 3. गरम करो और काम करो
एक शरीर से दूसरे शरीर में संक्रमण के दौरान गति के रूपों में परिवर्तन और ऊर्जा के तदनुरूप परिवर्तन बहुत विविध होते हैं। गति के संक्रमण के स्वरूप और उससे जुड़े ऊर्जा संक्रमण को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है।
पहले समूह में दो संपर्क निकायों के अणुओं की अराजक टक्करों के माध्यम से गति के संक्रमण का केवल एक रूप शामिल है, अर्थात। तापीय चालन द्वारा (और साथ ही विकिरण द्वारा)। इस प्रकार संचरित गति का माप है गर्मी .
दूसरे समूह में गति के संक्रमण के विभिन्न रूप शामिल हैं, जिनकी सामान्य विशेषता निर्देशित प्रकृति की किसी भी बाहरी ताकतों के प्रभाव में स्थूल द्रव्यमान की गति है। ये हैं गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में पिंडों को ऊपर उठाना, एक उच्च इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता से एक छोटी मात्रा में बिजली की एक निश्चित मात्रा का संक्रमण, दबाव में गैस का विस्तार, आदि। ऐसी विधियों द्वारा प्रसारित गति का सामान्य माप है काम .
गर्मी और काम गुणात्मक और मात्रात्मक रूप से भौतिक दुनिया के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में गति के हस्तांतरण के दो अलग-अलग रूपों की विशेषता रखते हैं।
गति का संचरण पदार्थ की एक अनोखी जटिल गति है, जिसके दो मुख्य रूपों में हम अंतर करते हैं। ऊष्मा और कार्य पदार्थ की गति के इन दो जटिल रूपों के माप हैं, और इन्हें ऊर्जा का रूप माना जाना चाहिए।
ऊष्मा और कार्य का सामान्य गुण यह है कि वे केवल उस अवधि के दौरान ही महत्वपूर्ण होते हैं जिसमें ये प्रक्रियाएँ घटित होती हैं। ऐसी प्रक्रियाओं के दौरान, कुछ निकायों में कुछ रूपों में गति कम हो जाती है और संबंधित ऊर्जा कम हो जाती है, जबकि अन्य निकायों में समान या अन्य रूपों में गति बढ़ जाती है और संबंधित प्रकार की ऊर्जा बढ़ जाती है।
हम किसी पिंड में ऊष्मा के भंडार या कार्य के बारे में बात नहीं कर रहे हैं, बल्कि केवल एक निश्चित प्रक्रिया की ऊष्मा और कार्य के बारे में बात कर रहे हैं। इसके पूरा होने के बाद शरीरों में गर्मी की मौजूदगी या काम के बारे में बात करने की कोई जरूरत नहीं है।
§ 4. ताप और कार्य की समानता
गर्मी और काम के बीच उनके पारस्परिक संक्रमण के दौरान निरंतर समतुल्य संबंध डी.पी. जूल (1842-1867) के शास्त्रीय प्रयोगों में स्थापित किया गया था। एक विशिष्ट जूल प्रयोग इस प्रकार है।
ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष को निर्धारित करने के लिए जूल उपकरण।
एक ज्ञात ऊंचाई से गिरने वाले वजन कैलोरीमीटर में स्थित पानी में डूबे एक स्टिरर को घुमाते हैं (वजन और पानी के साथ कैलोरीमीटर एक थर्मोडायनामिक प्रणाली का निर्माण करते हैं।) पानी में स्टिरर ब्लेड के घूमने से कैलोरीमीटर में पानी गर्म हो जाता है; तापमान में तदनुरूप वृद्धि मात्रात्मक रूप से दर्ज की जाती है।
यह प्रक्रिया पूरी होने के बाद, सिस्टम को उसकी मूल स्थिति में वापस लौटाया जाना चाहिए। यह मानसिक अनुभव के माध्यम से किया जा सकता है। भार अपनी मूल ऊंचाई तक बढ़ जाता है, जबकि बाहरी कार्य खर्च होता है, जिससे सिस्टम की ऊर्जा बढ़ जाती है। इसके अलावा, कैलोरीमीटर को उसके मूल तापमान तक ठंडा करके गर्मी को हटा दिया जाता है (पर्यावरण में स्थानांतरित कर दिया जाता है)। ये ऑपरेशन सिस्टम को उसकी मूल स्थिति में लौटा देते हैं, यानी सिस्टम के सभी मापने योग्य गुण वही मान प्राप्त कर लेते हैं जो उनकी मूल स्थिति में थे। वह प्रक्रिया जिसके दौरान सिस्टम के गुण बदल गए और जिसके अंत में यह अपनी मूल स्थिति में लौट आया, कहलाती है वृत्ताकार (चक्रीय) प्रक्रिया या चक्र .
वर्णित चक्र का एकमात्र परिणाम सिस्टम के आसपास के वातावरण से काम को हटाना और कैलोरीमीटर से ली गई गर्मी को इस वातावरण में स्थानांतरित करना है।
उचित इकाइयों में मापी गई इन दो मात्राओं की तुलना, उनके बीच एक निरंतर संबंध दिखाती है, जो भार के आकार, कैलोरीमीटर के आकार और विभिन्न प्रयोगों में गर्मी और काम की विशिष्ट मात्रा से स्वतंत्र होती है।
गर्मी को लिखने और चक्रीय प्रक्रिया में अनंत (प्राथमिक) गर्मी के योग (अभिन्न) के रूप में काम करने की सलाह दी जाती है क्यूऔर अतिसूक्ष्म (प्रारंभिक) कार्य डब्ल्यू, और एकीकरण की प्रारंभिक और अंतिम सीमाएं मेल खाती हैं (चक्र)।
फिर चक्रीय प्रक्रिया में ऊष्मा और कार्य की तुल्यता को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
(मैं, 1)
समीकरण (I, 1) में चिह्न एक चक्र में एकीकरण को दर्शाता है। गुणांक की स्थिरता क ऊष्मा और कार्य की तुल्यता को दर्शाता है ( क- ऊष्मा का यांत्रिक समतुल्य)। समीकरण (I, 1) कार्य को ऊष्मा में परिवर्तित करने के विशेष, अत्यंत महत्वपूर्ण मामले के लिए ऊर्जा के संरक्षण के नियम को व्यक्त करता है।
जूल, रोलैंड (1880), मिकुलेस्कु (1892) तथा अन्य के अध्ययनों में धातुओं में घर्षण, प्रभाव, विद्युत धारा का सीधे ताप में परिवर्तन, ठोस पदार्थों का खिंचाव आदि विधियों का प्रयोग किया गया। क प्रायोगिक त्रुटि के भीतर हमेशा स्थिर रहता है।
निम्नलिखित चर्चा में यह हमेशा माना जाता है कि गुणांक का उपयोग करके कार्य और ताप कसमान इकाइयों (कोई फर्क नहीं पड़ता कि कौन सी) और गुणांक में व्यक्त किया गया है कगिरता है.
§ 5. आंतरिक ऊर्जा
एक गैर-परिपत्र प्रक्रिया के लिए, समानता (I, 1) संतुष्ट नहीं है, क्योंकि सिस्टम अपनी मूल स्थिति में वापस नहीं आता है। इसके बजाय, एक गैर-परिपत्र प्रक्रिया के लिए समानताएं लिखी जा सकती हैं (गुणांक को छोड़कर)। क):
≠
चूँकि एकीकरण की सीमाएँ सामान्य स्थिति में मनमानी होती हैं, इसलिए प्राथमिक मात्राओं के लिए डब्ल्यू और क्यू:
क्यू डब्ल्यू,
इस तरह:
क्यू – डब्ल्यू 0
आइए अंतर को निरूपित करें क्यू – डब्ल्यूकिसी भी प्रारंभिक थर्मोडायनामिक प्रक्रिया के लिए ड्यू:
ड्यू क्यू – डब्ल्यू (मैं, 2)
या अंतिम प्रक्रिया के लिए:
–
(मैं, 2ए)
वृत्ताकार प्रक्रिया पर लौटने पर, हम प्राप्त करते हैं (समीकरण I, 1 से):
=
–
= 0 (आई, 3)
इस प्रकार, मूल्य ड्यू सिस्टम की स्थिति के कुछ फ़ंक्शन का कुल अंतर है। जब सिस्टम अपनी मूल स्थिति (चक्रीय परिवर्तन के बाद) पर लौटता है, तो इस फ़ंक्शन का मान अपना मूल मान प्राप्त कर लेता है।
सिस्टम स्थिति फ़ंक्शनयू , समानता द्वारा परिभाषित (मैं, 2) या (मैं, 2a), कहा जाता हैआंतरिक ऊर्जा प्रणाली .
जाहिर है, अभिव्यक्ति (I, 2a) को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
= यू 2 – यू 1 = ∆ यू = – (आई, 2बी)
यू 2 – यू 1 = ∆U = Q – W
यह तर्क अनुभवजन्य रूप से सिस्टम की स्थिति के एक निश्चित कार्य की उपस्थिति की पुष्टि करता है, जिसमें सिस्टम के सभी आंदोलनों के कुल माप का अर्थ होता है।
दूसरे शब्दों में, आंतरिक ऊर्जा में अणुओं की अनुवादात्मक और घूर्णी ऊर्जा, एक अणु में परमाणुओं और परमाणुओं के समूहों की कंपन ऊर्जा, इलेक्ट्रॉन गति की ऊर्जा, इंट्रान्यूक्लियर और अन्य प्रकार की ऊर्जा, यानी सभी प्रकार की ऊर्जा की समग्रता शामिल है। सिस्टम की स्थितिज और गतिज ऊर्जा को छोड़कर किसी सिस्टम में कण।
आइए मान लें कि चक्रीय प्रक्रिया इस तरह से की गई थी कि सिस्टम के अपनी मूल स्थिति में लौटने के बाद, सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा प्रारंभिक मूल्य पर नहीं आई, बल्कि बढ़ गई। इस मामले में, वृत्ताकार प्रक्रियाओं की पुनरावृत्ति प्रणाली में ऊर्जा के संचय का कारण बनेगी। इस ऊर्जा को काम में बदलना और इस तरह से गर्मी की कीमत पर नहीं, बल्कि "कुछ भी नहीं" से काम प्राप्त करना संभव होगा, क्योंकि एक गोलाकार प्रक्रिया में काम और गर्मी एक दूसरे के बराबर होते हैं, जैसा कि प्रत्यक्ष प्रयोगों द्वारा दिखाया गया है।
निर्दिष्ट निर्माण चक्र को पूरा करने में असमर्थता पहली तरह की सतत गति मशीन (पेरपेटुम मोबाइल),किसी अन्य प्रकार की ऊर्जा के बराबर मात्रा खर्च किए बिना काम देना, हजारों वर्षों के मानव अनुभव के नकारात्मक परिणाम से सिद्ध हुआ है। यह परिणाम उसी निष्कर्ष पर ले जाता है जो हमने जूल के प्रयोगों का विश्लेषण करके एक विशेष, लेकिन अधिक कठोर रूप में प्राप्त किया था।
आइए प्राप्त परिणाम को फिर से तैयार करें। चक्रीय प्रक्रिया के परिणामस्वरूप सिस्टम का कुल ऊर्जा भंडार (इसकी आंतरिक ऊर्जा) अपने मूल मूल्य पर लौट आता है, यानी किसी दिए गए राज्य में सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा का एक विशिष्ट मूल्य होता है और यह इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि सिस्टम में क्या परिवर्तन हुए हैं इससे पहले कि यह इस स्थिति में पहुंचे.
दूसरे शब्दों में, सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा प्रणाली की स्थिति का एक स्पष्ट, निरंतर और सीमित कार्य है।
सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन अभिव्यक्ति (I, 2b) द्वारा निर्धारित होता है; एक वृत्ताकार प्रक्रिया के लिए, अभिव्यक्ति (I, 3) मान्य है। सिस्टम के कुछ गुणों (मापदंडों) में बेहद छोटे बदलाव के साथ, सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा भी बेहद छोटे बदलाव के साथ होती है। यह एक सतत फलन का गुण है।
थर्मोडायनामिक्स के भीतर आंतरिक ऊर्जा की अवधारणा की सामान्य परिभाषा का उपयोग करने की कोई आवश्यकता नहीं है। अभिव्यक्तियों (I, 2) या (I, 2a) के माध्यम से औपचारिक मात्रात्मक निर्धारण आगे के सभी थर्मोडायनामिक तर्क और निष्कर्षों के लिए पर्याप्त है।
चूँकि किसी प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा उसके राज्य का एक कार्य है, तो, जैसा कि पहले ही कहा जा चुका है, सिस्टम के राज्यों के मापदंडों में असीम परिवर्तन के साथ आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि राज्य फ़ंक्शन का कुल अंतर है। राज्य से पथ के अनुभागों पर समीकरण (I, 3) में अभिन्न को दो अभिन्न में विभाजित करना 1 मुद्दे पर 2 (पथ "ए") (चित्र I देखें) और पीछे - राज्य से 2
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तीसरा संस्करण, रेव. - एम.: हायर स्कूल, 2001 - 512 पी., 319 पी.
पाठ्यपुस्तक को भौतिक रसायन विज्ञान के कार्यक्रम के अनुसार संकलित किया गया है।
पहली पुस्तक पाठ्यक्रम के निम्नलिखित खंडों के बारे में विस्तार से बताती है: रासायनिक बंधनों के सिद्धांत की क्वांटम यांत्रिक नींव, परमाणुओं और अणुओं की संरचना, आणविक संरचना का अध्ययन करने के लिए वर्णक्रमीय तरीके, घटनात्मक और सांख्यिकीय थर्मोडायनामिक्स, समाधानों के थर्मोडायनामिक्स और चरण संतुलन।
भौतिक रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के खंड के दूसरे भाग में, इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री, रासायनिक गतिकी और कैटेलिसिस को पुस्तक के पहले भाग में विकसित अवधारणाओं - पदार्थ की संरचना और सांख्यिकीय थर्मोडायनामिक्स के आधार पर प्रस्तुत किया गया है। अनुभाग 'कैटलिसिस' विषम और प्रसार प्रक्रियाओं की गतिकी, सोखना की ऊष्मागतिकी और प्रतिक्रियाशीलता के मुद्दों को दर्शाता है।
रासायनिक और तकनीकी विशिष्टताओं का अध्ययन करने वाले विश्वविद्यालय के छात्रों के लिए।
पुस्तक 1.
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आकार: 11.2 एमबी
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पुस्तक 2.
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आकार: 7 एमबी
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सामग्री पुस्तक 1.
प्रस्तावना. 3
परिचय 6
खण्ड एक। आणविक संरचना और रासायनिक बंधन के सिद्धांत की क्वांटम यांत्रिक पुष्टि
अध्याय 1. परमाणु संरचना 9
§ 1.1. माइक्रोपार्टिकल्स की क्वांटम यांत्रिक विशेषताएं 9
§ 1.2. हाइड्रोजन जैसा परमाणु 11
§ 1.3. हाइड्रोजन जैसे परमाणु की परमाणु कक्षाएँ 14
§ 1.4. इलेक्ट्रॉन स्पिन 21
§ 1.5. मल्टीइलेक्ट्रॉन परमाणु 23
§ 1.6. पाउली सिद्धांत 26
§ 1.7. परमाणुओं का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 28
अध्याय 2. अणु. अणुओं और रासायनिक बंधों की संरचना का अध्ययन करने में प्रयुक्त सैद्धांतिक विधियाँ 34
§ 2.1. अणु. संभावित सतह. संतुलन विन्यास 34
§ 2.2. रासायनिक बंधन का सिद्धांत और उसके कार्य। अणुओं के लिए श्रोडिंगर समीकरण 39
§ 2.3. श्रोडिंगर समीकरण 42 को हल करने के लिए परिवर्तनीय विधि
§ 2.4. आणविक संरचना के सिद्धांत की दो मुख्य विधियाँ। संयोजकता बंध विधि और आणविक कक्षीय विधि 44
§ 2.5. आणविक कक्षीय विधि के मूल विचार 49
§ 2.6. एमओ विधि एलसीएओ 50 में आणविक कक्षक का अनुमानित विवरण
§ 2.7. MO LCAO विधि में अणु Shch। वैरिएबल विधि 53 का उपयोग करके ऊर्जा और तरंग फ़ंक्शन की गणना
§ 2.8. MO LCAO विधि में अणु H. सहसंयोजक बंधन 58
अध्याय 3. एमओ एलसीएओ विधि 62 में डायटोमिक अणु
§ 3.1. होमोन्यूक्लियर डायटोमिक अणुओं की आणविक कक्षाएँ 62
§ 3.2. पहले और दूसरे आवर्त के तत्वों के परमाणुओं द्वारा निर्मित होमोन्यूक्लियर अणुओं के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और गुण 65
§ 3.3. हेटरोन्यूक्लियर डायटोमिक अणु 73
§ 3.4. ध्रुवीय संबंध. एक अणु का विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण 78
§ 3.5. सहसंयोजक बंधन संतृप्ति 81
§ 3.6. दाता-स्वीकर्ता बांड 82
§ 3.7. आयोनिक बंध। रासायनिक बंधन की ध्रुवता की डिग्री 84
अध्याय 4. एमओ विधि 88 में बहुपरमाणुक अणु
§ 4.1. बहुपरमाणुक अणुओं में आणविक कक्षाएँ। कक्षकों की समरूपता. डेलोकलाइज़्ड और स्थानीयकृत ऑर्बिटल्स। अणु HgO88
§ 4.2. मीथेन अणु का विवरण. स्थानीयकृत और स्थानीयकृत एमओ। कक्षीय संकरण 95
§ 4.3. अणुओं के संतुलन विन्यास की भविष्यवाणी करने पर 99
§ 4.4. गैर-कठोर अणु 101
§ 4.5. एमओ विधि एलसीएओ 104 में एकाधिक बांड वाले अणु
§ 4.6. हकेल विधि 108
§ 4.7. MOX 110 विधि में सुगंधित प्रणालियों का विवरण
§ 4.8. समन्वय यौगिकों में रासायनिक बंधन। लिगैंड क्षेत्र सिद्धांत 117
§ 4.9. क्रिस्टल में आयनिक बंधन 126
अध्याय 5. अंतरआण्विक अंतःक्रिया 129
§ 5.1. वान डेर वाल्स बल. अन्य प्रकार की निरर्थक अंतःक्रियाएँ 129
§ 5.2. हाइड्रोजन बंध 136
धारा दो. अणुओं की संरचना और ऊर्जा अवस्थाओं का अध्ययन करने के लिए वर्णक्रमीय विधियाँ
अध्याय 6. आणविक स्पेक्ट्रा के बारे में सामान्य जानकारी। आणविक स्पेक्ट्रा 141 के सिद्धांत के तत्व
§ 6.1. इंट्रामोल्युलर गति और विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम। 141
§ 6.2. आणविक उत्सर्जन, अवशोषण और रमन स्पेक्ट्रा। ईपीआर और एनएमआर स्पेक्ट्रा 145
§ 6.3. एक द्विपरमाणुक अणु का घूर्णी स्पेक्ट्रम (कठोर रोटेटर सन्निकटन) 150
§ 6.4. एक द्विपरमाणुक अणु का घूर्णी-कंपन स्पेक्ट्रम। हार्मोनिक ऑसिलेटर सन्निकटन 156
§ 6.5. अणु एक अनहार्मोनिक ऑसिलेटर है। कंपन स्पेक्ट्रम की संरचना 162
§ 6.6. इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रा. द्विपरमाणुक अणुओं की पृथक्करण ऊर्जा का निर्धारण 169
§ 6.7. घूर्णी स्पेक्ट्रा और सख्त बहुपरमाणुक अणु.... 171
§ 6.8. बहुपरमाणुक अणुओं का कंपन, स्पेक्ट्रम और संरचना 175
§ 6.9. अणुओं की संरचना निर्धारित करने के लिए कंपन स्पेक्ट्रा का उपयोग करना 180
§ 6.10. कंपन स्पेक्ट्रम 183 पर माध्यम और एकत्रीकरण की स्थिति के अंतर-आणविक संपर्क का प्रभाव
धारा तीन. रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी
अध्याय 7. सामान्य अवधारणाएँ। ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम और उसका अनुप्रयोग 186
§ 7.1. रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी का विषय और कार्य 186
§ 7.2. रासायनिक ऊष्मागतिकी की मूल अवधारणाएँ और परिभाषाएँ 188
§ 7.3. ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम. गैर-परिपत्र प्रक्रियाएं 199
§ 7.4. ताप क्षमता 202
§ 7.5. ताप क्षमता पर तापमान का प्रभाव. तापमान शृंखला..208
§ 7.6. क्रिस्टलीय पदार्थ की ताप क्षमता का क्वांटम सिद्धांत 211
§ 7.7. गैसीय पदार्थ की ताप क्षमता का क्वांटम-सांख्यिकीय सिद्धांत 215
§ 7.8. ऊष्मीय प्रभाव. हेस का नियम 217
§ 7.9. थर्मल प्रभाव 220 की गणना के लिए हेस के नियम का अनुप्रयोग
§ 7.10. तापमान पर तापीय प्रभाव की निर्भरता। किरचॉफ समीकरण 227
अध्याय 8. ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम और उसका अनुप्रयोग 235
§ 8.1. सहज और गैर-सहज प्रक्रियाएं। ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम 235
§ 8.2. एन्ट्रापी 236
§ 8.3. गैर स्थैतिक प्रक्रियाओं में एन्ट्रापी परिवर्तन 239
§ 8.4. एक पृथक "सिस्टम 240" में दिशा और संतुलन की कसौटी के रूप में एन्ट्रापी में परिवर्तन
§ 8.5. चारित्रिक कार्य. थर्मोडायनामिक क्षमता 241
§ 8.6. बंद प्रणालियों में सहज प्रक्रिया और संतुलन की संभावना के लिए मानदंड 249
§ 8.7. कुछ प्रक्रियाओं में एन्ट्रापी परिवर्तन 251
§ 8.8. आदर्श गैसों के मिश्रण की गिब्स ऊर्जा। रासायनिक क्षमता 261
§ 8.9. रासायनिक संतुलन की सामान्य स्थितियाँ 265
§ 8.10. सामूहिक कार्यवाही का नियम. गैस-चरण प्रतिक्रियाओं के लिए संतुलन स्थिरांक 266
§ 8.11. प्रतिक्रिया इज़ोटेर्म समीकरण 271
§ 8.12. एक संतुलन मिश्रण 273 की संरचना की गणना करने के लिए सामूहिक क्रिया के नियम का उपयोग करना
§ 8.13. रासायनिक संतुलन पर तापमान का प्रभाव. प्रतिक्रिया समदाब रेखा समीकरण 282
§ 8.14. तापमान 284 पर गिब्स ऊर्जा और संतुलन स्थिरांक में परिवर्तन की निर्भरता का अभिन्न रूप
§ 8.15. विषमांगी प्रणालियों में रासायनिक संतुलन 286
अध्याय 9. ऊष्मागतिकी का तीसरा नियम और रासायनिक संतुलन की गणना 289
§ 9.1. नर्नस्ट का थर्मल प्रमेय. ऊष्मागतिकी का तीसरा नियम 289
§ 9.2. टेमकिन-श्वार्ट्समैन विधि 294 का उपयोग करके मानक गिब्स ऊर्जा और संतुलन स्थिरांक में परिवर्तन की गणना
§ 9.3. कम गिब्स ऊर्जा फ़ंक्शन 297 का उपयोग करके मानक गिब्स ऊर्जा और संतुलन स्थिरांक में परिवर्तन की गणना
§ 9.4. रूद्धोष्म प्रतिक्रियाएँ 299
अध्याय 10. वास्तविक प्रणालियों में रासायनिक संतुलन 303
§ 10.1. गैसों का भगोड़ापन एवं भगोड़ापन गुणांक 303
§ 10.2. उच्च दबाव 312 पर एक वास्तविक गैस प्रणाली में रासायनिक संतुलन की गणना
§ 10.3. उन प्रणालियों में रासायनिक संतुलन की गणना जिसमें कई प्रतिक्रियाएं एक साथ होती हैं 314
अध्याय 11. सांख्यिकीय थर्मोडायनामिक्स 320 का परिचय
§ 11.1. सांख्यिकीय भौतिकी और सांख्यिकीय ऊष्मप्रवैगिकी। तंत्र की स्थिति का स्थूल एवं सूक्ष्मदर्शी वर्णन 320
§ 11.2. शास्त्रीय यांत्रिकी की विधि द्वारा अवस्था का सूक्ष्मदर्शी वर्णन 323
§ 11.3. क्वांटम यांत्रिकी की विधि द्वारा किसी अवस्था का सूक्ष्मदर्शी वर्णन। क्वांटम आँकड़े 324
§ 11.4. दो प्रकार के औसत (माइक्रोकैनोनिक और कैनोनिकल औसत) 325
§ 11.5. एन्ट्रापी और सांख्यिकीय भार के बीच संबंध. ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम की सांख्यिकीय प्रकृति 326
§ 11.6. सिस्टम थर्मोस्टेट में है. कैनोनिकल गिब्स वितरण. 330
§ 11.7. सिस्टम स्थितियों का योग और ऊर्जा के साथ इसका संबंध। हेल्महोल्ट्ज़ 335
§ 11.8. कण अवस्थाओं का योग 337 है
§ 11.9. सिस्टम 340 की अवस्थाओं के योग के माध्यम से थर्मोडायनामिक कार्यों की अभिव्यक्ति
§ 11.10. एक-आयामी हार्मोनिक ऑसिलेटर्स की प्रणाली की स्थितियों का योग। आइंस्टीन के सिद्धांत 343 के अनुसार एक मोनोआटोमिक ठोस के थर्मोडायनामिक गुण
§ 11.11. क्वांटम बोल्ट्ज़मैन आँकड़े। आणविक वेग वितरण का मैक्सवेल का नियम 346
§ 11.12. फर्मी - डिराक और बोस - आइंस्टीन के आँकड़े 352
§ 11.13. आणविक डेटा 353 से थर्मोडायनामिक कार्यों की गणना के लिए सामान्य सूत्र
§ 11.14. अणुओं के कठोर घूर्णन और हार्मोनिक कंपन की धारणा के तहत एक आदर्श गैस के थर्मोडायनामिक कार्यों की गणना 357
धारा चार. समाधान
अध्याय 12. समाधान की सामान्य विशेषताएँ 365
§ 12.1. समाधानों का वर्गीकरण 365
§ 12.2. समाधानों की सांद्रता 367
5 12.3. समाधान की विशिष्टता. अंतरआण्विक और रासायनिक अंतःक्रिया की भूमिका, सॉल्वेशन की अवधारणा 368
§ 12.4. समाधान सिद्धांत 372 के विकास में मुख्य दिशाएँ
§ 12.5. समाधान 374 के निर्माण के लिए थर्मोडायनामिक स्थितियाँ
§ 12.6. आंशिक दाढ़ मात्रा 375
§ 12.7. आंशिक दाढ़ मात्रा निर्धारित करने की बुनियादी विधियाँ 379
§ 12.8. आंशिक और सापेक्ष आंशिक दाढ़ एन्थैल्पी 381
§ 12.9. विघटन और तनुकरण की ऊष्मा 382
§ 12.10. आदर्श तरल समाधानों के थर्मोडायनामिक गुण 386
§ 12.11.3 राउल्ट का नियम 390
§ 12.12. एक आदर्श घोल का क्वथनांक 392 है
§ 12.13. एक आदर्श समाधान का हिमांक 395
§ 12.14.0 एक आदर्श समाधान का स्मोटिक दबाव 397
§ 12.15. गैर-आदर्श समाधान 400
§ 12.16. अत्यंत पतला, नियमित और एथर्मल समाधान 402
§ 12.17. गतिविधि। गतिविधि गुणांक. मानक स्थिति 404
§ 12.18.0 स्मोटिक गुणांक 407
§ 12.19. गतिविधियों के निर्धारण के तरीके 409
§ 12.20। समाधान के थर्मोडायनामिक गुणों और अतिरिक्त थर्मोडायनामिक कार्यों के साथ गतिविधि गुणांक और गतिविधि के बीच संबंध 412
खंड पांच. चरण संतुलन
अध्याय 13. चरण संतुलन का थर्मोडायनामिक सिद्धांत 415
§ 13.1. बुनियादी अवधारणाएँ 415
§ 13.2. चरण संतुलन के लिए शर्तें 418
§ 13.3. गिब्स चरण नियम 419
अध्याय 14. एकल-घटक प्रणाली 421
§ 14.1. एकल-घटक प्रणालियों पर गिब्स चरण नियम का अनुप्रयोग 421
§ 14.2. पहले और दूसरे क्रम के चरण परिवर्तन 422
§ 14.3. क्लैपेरॉन-क्लॉसियस समीकरण 425
§ 14.4. संतृप्त भाप दबाव 423
§ 14.5. एकल-घटक प्रणालियों के राज्य आरेख 429
§ 14.6. कार्बन डाइऑक्साइड चरण आरेख 431
§ 14.7. जल चरण आरेख 432
§ 14.8. सल्फर चरण आरेख 433
§ 14.9. एनैन्टियोट्रोपिक और मोनोट्रोपिक चरण संक्रमण 435
अध्याय 15. दो-घटक प्रणाली 436
§ 15.1. भौतिक एवं रासायनिक विश्लेषण विधि 436
§ 15.2. दो-घटक प्रणालियों पर गिब्स चरण नियम का अनुप्रयोग 437
§ 15.3. संतुलन गैस - दो-घटक प्रणालियों में तरल समाधान 438
§ 15.4. दो-घटक प्रणालियों में तरल-तरल संतुलन 442
§ 15.5. वाष्प संतुलन - दो-घटक प्रणालियों में तरल समाधान 444
§ 15.6. विलयनों के आसवन के भौतिक-रासायनिक सिद्धांत 453
§ 15.7. संतुलन क्रिस्टल - दो-घटक प्रणालियों में तरल समाधान 457
§ 15.8. दो-घटक प्रणालियों में संतुलन तरल - गैस और क्रिस्टल - गैस (वाष्प) 476
§ 15-9. राज्य आरेखों का उपयोग करके गणना 476
अध्याय 16. तीन-घटक प्रणाली 482
§ 16.1. तीन-घटक प्रणालियों पर गिब्स चरण नियम का अनुप्रयोग 482
§ 16.2. तीन-घटक प्रणाली 482 की संरचना का ग्राफिक प्रतिनिधित्व
§ 16.3. संतुलन क्रिस्टल - तीन-घटक प्रणालियों में तरल समाधान 484
§ 16.4. तीन-घटक प्रणालियों में तरल-तरल संतुलन 489
§ 16.5. दो तरल चरणों के बीच एक विलेय का वितरण। निष्कर्षण 491
परिशिष्ट 495
विषय सूचकांक 497
सामग्री पुस्तक 2.
प्रस्तावना 3
धारा छह. इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री
अध्याय 17. समाधान, इलेक्ट्रोलाइट्स 4
§ 17.1. इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री विषय 4
§ 17.2. इलेक्ट्रोलाइट समाधानों की विशिष्टताएँ 5
§ 17.3. समाधान 6 में इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण
§ 17.4. औसत आयनिक गतिविधि और गतिविधि कारक 10
§ 17.5. डेबी और हकेल 13 द्वारा मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स के इलेक्ट्रोस्टैटिक सिद्धांत की बुनियादी अवधारणाएँ
§ 17.6. आयन एसोसिएशन सिद्धांत 22 की बुनियादी अवधारणाएँ
§ 17.7. आयनों के थर्मोडायनामिक गुण 24
§ 17.8. आयन सॉल्वेशन की ऊष्मप्रवैगिकी 28
अध्याय 18. इलेक्ट्रोलाइट्स में कोई भी संतुलन घटना नहीं। इलेक्ट्रोलाइट्स की विद्युत चालकता 30
§ 18.1. बुनियादी अवधारणाओं। फैराडे के नियम 30
§ 18.2. विद्युत क्षेत्र में आयनों की गति. आयन परिवहन संख्या. 32
§18.3. इलेक्ट्रोलाइट्स की विद्युत चालकता. विशिष्ट विद्युत चालकता 37
§18.4. इलेक्ट्रोलाइट्स की विद्युत चालकता. मोलर विद्युत चालकता 39
§18.5. हाइड्रोनियम और हाइड्रॉक्साइड आयनों की मोलर विद्युत चालकता 43
§ 18.6. गैर-जलीय घोल की विद्युत चालकता 44
§18.7. ठोस और पिघले हुए इलेक्ट्रोलाइट्स की विद्युत चालकता 46
§18.8. कंडक्टोमेट्री 47
अध्याय 19. संतुलन इलेक्ट्रोड प्रक्रियाएँ 49
§ 19.1. बुनियादी अवधारणाएँ 49
§ 19.2. एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रणाली का ईएमएफ। इलेक्ट्रोड विभव 51
§ 19.3. समाधान-धातु इंटरफ़ेस 53 पर एक संभावित छलांग की घटना
§ 19.4. प्रसार क्षमता 55
§ 19.5. समाधान-धातु इंटरफ़ेस पर विद्युत दोहरी परत की संरचना 56
§ 19.6. प्रतिवर्ती इलेक्ट्रोकेमिकल प्रणालियों के थर्मोडायनामिक्स 60
§ 19.7. प्रतिवर्ती इलेक्ट्रोड का वर्गीकरण 64
§ 19.8. गैर-जलीय घोल में इलेक्ट्रोड क्षमता 74
§ 19.9. इलेक्ट्रोकेमिकल सर्किट 75
§ 19.10. समाधान 82 में संतुलन के अध्ययन के लिए विद्युत रासायनिक प्रणालियों के सिद्धांत का अनुप्रयोग
§ 19.11. पोटेंशियोमेट्री 85
धारा सात. रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गतिकी
अध्याय 20. रासायनिक गतिकी के नियम 93
§ 20.1. सामान्य अवधारणाएँ और परिभाषाएँ 93
§ 20.2. रासायनिक प्रतिक्रिया दर 95
§ 20.3. सामूहिक क्रिया का नियम और प्रतिक्रियाओं की स्वतंत्रता का सिद्धांत 101
अध्याय 21. बंद प्रणालियों में रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गतिकी। 105
§ 21.1. एकतरफ़ा प्रथम कोटि प्रतिक्रियाएँ 105
§ 21.2. एकतरफ़ा दूसरे क्रम की प्रतिक्रियाएँ 109
§ 21.3. nवें क्रम की एकतरफ़ा प्रतिक्रियाएँ 111
§ 21.4. प्रतिक्रिया क्रम 112 निर्धारित करने की विधियाँ
§ 21.5. दोतरफा प्रथम कोटि प्रतिक्रियाएँ 113
§ 21.6. दो-तरफ़ा दूसरे क्रम की प्रतिक्रियाएँ 116
§ 21.टी. समानांतर एकतरफ़ा प्रतिक्रियाएँ 117
§ 21.8. एकपक्षीय अनुक्रमिक प्रतिक्रियाएँ 119
§ 21.9. अर्ध-स्थिर सांद्रता की विधि 125
अध्याय 22. खुली प्रणालियों में प्रतिक्रियाओं की गतिकी 127
§ 22.1. एक आदर्श मिश्रण रिएक्टर में प्रतिक्रियाओं की गतिकी 127
§ 22.2. प्लग-फ्लो रिएक्टर में प्रतिक्रियाओं की गतिकी 129
अध्याय 23. रासायनिक अंतःक्रिया के प्रारंभिक कार्य का सिद्धांत 133
§ 23.1. प्राथमिक रसायन अधिनियम 133
§ 23.2. सक्रिय टकराव का सिद्धांत 137
§ 23.3. सक्रिय जटिल सिद्धांत 141
§ 23.4. संक्रमण अवस्था 154 के सिद्धांत के अनुसार अरहेनियस समीकरण में पूर्व-घातांकीय कारक
§ 23.5. रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एमओ समरूपता और सक्रियण ऊर्जा 159
अध्याय 24. समाधानों, श्रृंखला और फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं में प्रतिक्रियाओं की गतिकी 166
§ 24.1. समाधानों में प्रतिक्रियाओं की गतिकी की विशेषताएं 166
§ 24.2. प्रतिक्रिया दर स्थिरांक 170 पर माध्यम का प्रभाव
§ 24.3. समाधानों में आयनिक प्रतिक्रियाओं की गतिकी 178
§ 24.4. शृंखला प्रतिक्रियाएँ 181
§ 24.5. प्रकाशरासायनिक अभिक्रियाएँ 189
अध्याय 25. इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं की गतिकी 196
§ 25.1. विद्युतरासायनिक प्रतिक्रिया दर. एक्सचेंज करंट 196
§ 25.2. इलेक्ट्रोड ध्रुवीकरण 197
§ 25.3. डिफ्यूजन ओवरवोल्टेज 199
§ 25.4. इलेक्ट्रोकेमिकल ओवरवोल्टेज 205
§ 25.5. अन्य प्रकार के ओवरवोल्टेज 210
5 25.6. विद्युत रासायनिक प्रक्रियाओं के दौरान ध्रुवीकरण की प्रकृति का निर्धारण करने के लिए तापमान-गतिज विधि 211
§ 25.7. इलेक्ट्रोलाइटिक हाइड्रोजन विकास के दौरान ओवरवोल्टेज 213
§ 25.8. इलेक्ट्रोलिसिस। अपघटन वोल्टेज 217
§ 25.9. विद्युत धारा 220 के रासायनिक स्रोतों में ध्रुवीकरण घटनाएँ
§ 25.10. धातुओं का विद्युत रासायनिक संक्षारण। धातुओं की निष्क्रियता. संक्षारण सुरक्षा विधियाँ 222
धारा आठ. कटैलिसीस
अध्याय 26. उत्प्रेरक क्रिया के सिद्धांत 228
§ 26.1. बुनियादी अवधारणाएँ और परिभाषाएँ 228
§ 26.2. उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं की गतिकी की विशेषताएं 232
§ 26.3. उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं की सक्रियण ऊर्जा 237
§ 26.4. उत्प्रेरक के साथ अभिकर्मकों की अंतःक्रिया और उत्प्रेरक क्रिया के सिद्धांत 241
अध्याय 27. सजातीय उत्प्रेरण 245
§ 27.1. अम्ल-क्षार उत्प्रेरण 246
§ 27.2. रेडॉक्स कटैलिसीस 255
§ 27.3. एंजाइमेटिक कटैलिसीस 260
§ 27.4. ऑटोकैटलिसिस, निषेध और आवधिक उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं 266
§ 27.5. उद्योग में अनुप्रयोग और सजातीय उत्प्रेरण के विकास की संभावनाएं 271
अध्याय 28. विषम उत्प्रेरण। 273
§ 28.1. विषमांगी उत्प्रेरकों की सतह संरचना 273
§ 28.2. विषम उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के एक चरण के रूप में सोखना 277
§ 28.3. विषम उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं का तंत्र 282
§ 28.4. समान रूप से सुलभ सतह पर विषम उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं की गतिकी 285
§ 28.5. विषम उत्प्रेरक प्रक्रियाओं की मैक्रोकाइनेटिक्स 292
§ 28.6. उद्योग में विषम उत्प्रेरण का अनुप्रयोग 300
साहित्य 303
आवेदन 305
विषय सूचकांक 312
सामग्री 316
थर्मोडायनामिक प्रणाली- एक निकाय या निकायों का समूह जो मानसिक रूप से या वास्तव में पर्यावरण से अलग होकर परस्पर क्रिया करता है।
सजातीय प्रणाली- एक प्रणाली जिसके भीतर गुणों में भिन्न सिस्टम के हिस्सों (चरणों) को अलग करने वाली कोई सतह नहीं होती है।
विषमांगी व्यवस्था- एक प्रणाली जिसके भीतर सिस्टम के हिस्सों को अलग करने वाली सतहें होती हैं जो गुणों में भिन्न होती हैं।
चरण- एक विषम प्रणाली के सजातीय भागों का एक सेट, भौतिक और रासायनिक गुणों में समान, दृश्य इंटरफेस द्वारा सिस्टम के अन्य भागों से अलग किया गया।
पृथक सिस्टम- एक ऐसी प्रणाली जो पर्यावरण के साथ पदार्थ या ऊर्जा का आदान-प्रदान नहीं करती है।
बंद व्यवस्था- एक प्रणाली जो पर्यावरण के साथ ऊर्जा का आदान-प्रदान करती है, लेकिन पदार्थ का आदान-प्रदान नहीं करती है।
खुली प्रणाली- एक प्रणाली जो पर्यावरण के साथ पदार्थ और ऊर्जा दोनों का आदान-प्रदान करती है।
स्थिति विकल्प- विचाराधीन प्रणाली की किसी भी स्थूल संपत्ति की विशेषता बताने वाली मात्राएँ।
थर्मोडायनामिक प्रक्रिया- सिस्टम की थर्मोडायनामिक स्थिति में कोई भी परिवर्तन (कम से कम एक राज्य पैरामीटर में परिवर्तन)।
प्रतिवर्ती प्रक्रिया- एक प्रक्रिया जो सिस्टम को पर्यावरण में कोई भी बदलाव किए बिना अपनी मूल स्थिति में लौटने की अनुमति देती है।
संतुलन प्रक्रिया- एक प्रक्रिया जिसमें एक प्रणाली एक संतुलन अवस्था के असीम रूप से निकट की अवस्थाओं की एक सतत श्रृंखला से गुजरती है। संतुलन प्रक्रिया की विशेषताएँ:
1) अभिनय और विरोधी ताकतों के बीच असीम अंतर: एफ पूर्व - एफ इन > 0;
2) सिस्टम अधिकतम कार्य प्रत्यक्ष प्रक्रिया में करता है | डब्ल्यू| = अधिकतम;
3) एक असीम रूप से धीमी प्रक्रिया, जो अभिनय बलों में एक असीम रूप से छोटे अंतर और एक असीम रूप से बड़ी संख्या में मध्यवर्ती अवस्थाओं से जुड़ी है टी > ?.
सहज प्रक्रिया- एक प्रक्रिया जो बाहर से काम के खर्च के बिना हो सकती है, और परिणामस्वरूप, सिस्टम की स्थिति में हुए परिवर्तन के अनुपात में काम प्राप्त किया जा सकता है। एक सहज प्रक्रिया घटित हो सकती है प्रतिवर्तीया अपरिवर्तनीय.
गैर-सहज प्रक्रिया- एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें सिस्टम की स्थिति में परिवर्तन के अनुपात में बाहर से काम के व्यय की आवश्यकता होती है।
ऊर्जा- सिस्टम की कार्य करने की क्षमता का एक माप; पदार्थ की गति और अंतःक्रिया का एक सामान्य गुणात्मक माप। ऊर्जा पदार्थ का अभिन्न गुण है। अंतर करना संभावित ऊर्जा,कुछ बलों के क्षेत्र में शरीर की स्थिति से वातानुकूलित, और गतिज ऊर्जा,अंतरिक्ष में शरीर की स्थिति में बदलाव के कारण।
सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा यू - सिस्टम को बनाने वाले सभी कणों की गतिज और स्थितिज ऊर्जा का योग। आप किसी सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा को उसकी कुल ऊर्जा घटाकर संपूर्ण सिस्टम की गतिज और स्थितिज ऊर्जा के रूप में भी परिभाषित कर सकते हैं। [ यू]= जे.
गर्मी क्यू - अणुओं की अव्यवस्थित गति के माध्यम से ऊर्जा हस्तांतरण का एक रूप, दो संपर्क निकायों के अणुओं की अराजक टकराव के माध्यम से, यानी, तापीय चालकता के माध्यम से (और एक ही समय में विकिरण के माध्यम से)। क्यू> 0 यदि सिस्टम को पर्यावरण से गर्मी प्राप्त होती है। [ क्यू]= जे.
काम डब्ल्यू - किसी भी बल के प्रभाव में कणों (स्थूल द्रव्यमान) की क्रमबद्ध गति के माध्यम से ऊर्जा हस्तांतरण का एक रूप। डब्ल्यू> 0 यदि पर्यावरण सिस्टम पर काम करता है। [डब्ल्यू] = जे.
सारा काम बांट दिया गया है विस्तार (या संपीड़न) का यांत्रिक कार्यऔर अन्य प्रकार के कार्य (उपयोगी कार्य): ? डब्ल्यू = -पीडीवी + ?डब्ल्यू?.
ठोस और तरल पदार्थ की मानक अवस्था- दबाव में किसी दिए गए तापमान पर शुद्ध पदार्थ की स्थिर अवस्था पी = 1 एटीएम.
शुद्ध गैस की मानक अवस्था- गैस की वह अवस्था जो 1 एटीएम के दबाव पर एक आदर्श गैस की अवस्था के समीकरण का पालन करती है।
मानक मान- मानक अवस्था में पदार्थों के लिए निर्धारित मान (सुपरस्क्रिप्ट 0 द्वारा दर्शाया गया)।
1.1. ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम
ऊर्जा अविनाशी और अनुत्पादित है; यह केवल समान अनुपात में एक रूप से दूसरे रूप में स्थानांतरित हो सकता है।
ऊष्मागतिकी का पहला नियम एक अभिधारणा है - इसे तार्किक रूप से सिद्ध नहीं किया जा सकता है या किसी सामान्य प्रावधान से निकाला नहीं जा सकता है।
ऊष्मागतिकी का पहला नियम ऊष्मा के बीच संबंध स्थापित करता है क्यू,काम डब्ल्यूऔर सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन? यू.
पृथक सिस्टम
किसी पृथक निकाय की आंतरिक ऊर्जा स्थिर रहती है।
यू =स्थिरांक या डीयू = 0बंद व्यवस्था
किसी बंद सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन सिस्टम को प्रदान की गई गर्मी और/या सिस्टम पर किए गए कार्य के कारण होता है।
?U =Q +Wया डीयू = ?क्यू + ? डब्ल्यूखुली प्रणाली
किसी खुले सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन सिस्टम को दी गई गर्मी और/या सिस्टम पर किए गए कार्य के साथ-साथ सिस्टम के द्रव्यमान में परिवर्तन के कारण होता है।
?यू =क्यू +डब्ल्यू + ?यू एमया डीयू = ?क्यू + ? डब्ल्यू+ मैं?यू मैंडीएन मैंआंतरिक ऊर्जा अवस्था का एक कार्य है; क्या इसका मतलब आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन है? यूराज्य 1 से राज्य 2 तक सिस्टम के संक्रमण के पथ पर निर्भर नहीं है और आंतरिक ऊर्जा मूल्यों में अंतर के बराबर है उ 2और यू 1इन राज्यों में:
?यू =यू 2 – यू 1कुछ प्रक्रिया के लिए:
?यू = ?(वी आई यू आई) एनपॉड - ?(वी आई यू आई) रेफरी1.2. समरूप एक-घटक बंद प्रणालियों के लिए थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम का अनुप्रयोग
आइसोकोरिक प्रक्रिया (वी = स्थिरांक; ?वी = 0)सरलतम मामले में, कोई उपयोगी कार्य नहीं किया जाता है।
डीयू = ?क्यू + ? डब्ल्यू = ?क्यू - पीडीवी dU = ?Q v = C V dT = nC V dTसिस्टम द्वारा प्राप्त ऊष्मा की पूरी मात्रा आंतरिक ऊर्जा को बदलने में खर्च हो जाती है।
– स्थिर आयतन पर ताप क्षमता,यानी, स्थिर आयतन पर सिस्टम का तापमान एक डिग्री बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा। [ सीवी] = जे/डिग्री.
सीवी- स्थिर आयतन पर मोलर ताप क्षमता, J/(mol? deg)। आदर्श गैसों के लिए:
सी वी = 2/3 आर- मोनोएटोमिक गैस;
सी वी = 5/2 आर– द्विपरमाणुक गैस.
समदाब रेखीय प्रक्रिया (आर = स्थिरांक) डीयू = ?क्यू + ? डब्ल्यू = ?क्यू - पीडीवी ?क्यू पी = डीयू + पीडीवी = डी(यू + पीवी) = डीएचएच = यू + पीवी - एन्थैल्पी- सिस्टम स्थिति का कार्य.
?Н = ?(? आई यू आई)उत्पाद - ?(? मैं यू मैं)संदर्भ?क्यू पी = डीयू + पीडीवी =डीएच = सी पी डीटी -एक आइसोबैरिक प्रक्रिया का थर्मल प्रभाव सिस्टम की एन्थैल्पी में परिवर्तन के बराबर होता है।
– निरंतर दबाव पर ताप क्षमता। [साथ] = जे/डिग्री.
करोड़- स्थिर दबाव पर मोलर ताप क्षमता, J/(mol? deg)।
आदर्श गैसों के लिए: सी आर = सी वी + आर; सी पी, सी वी =[जे/(मोल के)]।
किसी रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव (गर्मी)।- स्थिर तापमान पर प्रतिक्रिया के दौरान जारी या अवशोषित गर्मी की मात्रा।
क्यूवी = ?यूवी क्यूपी = ?ऊपर तापमान पर प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की निर्भरता। किरचॉफ का नियमकिसी रासायनिक प्रतिक्रिया के तापीय प्रभाव का तापमान गुणांक प्रतिक्रिया के दौरान सिस्टम की ताप क्षमता में परिवर्तन के बराबर होता है।
किरचॉफ का नियम:
एक रासायनिक प्रक्रिया के लिए, ताप क्षमता में परिवर्तन सिस्टम की संरचना में परिवर्तन द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है:
?एस पी= ?(? आई सी पी,आई) जारी - ?(? आई सी पी,आई) आउट या? सी वी =?(? i C V,i) जारी - ?(? i C V,i) बाहरकिरचॉफ के नियम का अभिन्न रूप:
?Н Т2 = ?Н Т1 + ?С р (Т 2 - टी 1) या? यू टी2 = ?यू टीआई + ?सी वी (टी 2 - टी 1)1.3. ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम. एन्ट्रापी
1) ऊष्मा स्वतः ही कम गर्म वस्तु से अधिक गर्म वस्तु में स्थानांतरित नहीं हो सकती।
2) ऐसी प्रक्रिया असंभव है जिसका एकमात्र परिणाम ऊष्मा का कार्य में रूपांतरण है।
3) कुछ सिस्टम स्टेट फ़ंक्शन कहा जाता है एन्ट्रापी,जिसका परिवर्तन सिस्टम की अवशोषित ऊष्मा और तापमान से निम्नानुसार संबंधित है:
एक असंतुलन प्रक्रिया में
एक संतुलन प्रक्रिया में
एस - एन्ट्रापी,जे/डिग्री,
– गर्मी कम हो गई.
एन्ट्रापी की सांख्यिकीय व्याख्यासिस्टम का प्रत्येक राज्य असाइन किया गया है थर्मोडायनामिक संभावना(किसी सिस्टम के दिए गए मैक्रोस्टेट को बनाने वाले माइक्रोस्टेट्स की संख्या के रूप में परिभाषित), राज्य जितना अधिक अव्यवस्थित या अनिश्चित होगा। एन्ट्रॉपी एक राज्य फ़ंक्शन है जो किसी सिस्टम की अव्यवस्था की डिग्री का वर्णन करता है।
एस = केएल.एन डब्ल्यू- बोल्ट्जमान सूत्र.
सिस्टम स्वचालित रूप से अधिकतम थर्मोडायनामिक संभावना वाली स्थिति में परिवर्तित हो जाता है।
पूर्ण एन्ट्रापी गणनाकिसी रासायनिक प्रक्रिया के दौरान एन्ट्रापी में परिवर्तन केवल प्रारंभिक पदार्थों और प्रतिक्रिया उत्पादों के प्रकार और स्थिति से निर्धारित होता है और प्रतिक्रिया पथ पर निर्भर नहीं होता है:
?S = ?(? i S i)उत्पाद - ?(? मैं एस मैं)संदर्भमानक परिस्थितियों में पूर्ण एन्ट्रापी के मान संदर्भ साहित्य में दिए गए हैं।
1.4. थर्मोडायनामिक क्षमताएँ
संभावना- एक मात्रा जिसका नुकसान सिस्टम द्वारा उत्पादित कार्य को निर्धारित करता है।
केवल वे प्रक्रियाएँ जो सिस्टम की मुक्त ऊर्जा में कमी लाती हैं, अनायास घटित हो सकती हैं; जब मुक्त ऊर्जा न्यूनतम मूल्य पर पहुंच जाती है तो सिस्टम संतुलन की स्थिति में पहुंच जाता है।
एफ = यू - टीएस - हेल्महोल्ट्ज़ मुक्त ऊर्जा - आइसोकोरिक-इज़ोटेर्मल क्षमता(जे) - आइसोकोरिक-इज़ोटेर्मल स्थितियों में स्थित एक बंद प्रणाली में प्रक्रिया की सहज घटना की दिशा और सीमा निर्धारित करता है।
डीएफ = डीयू - टीडीएसया? एफ = ?यू - टी?एसजी = एच - टीएस = यू + पीवी - टीएस - गिब्स मुक्त ऊर्जा - आइसोबैरिक-आइसोथर्मल क्षमता(जे) - आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल स्थितियों में स्थित एक बंद प्रणाली में प्रक्रिया की सहज घटना की दिशा और सीमा निर्धारित करता है।
डीजी = डीएच - टीडीएसया? जी = ?एन - टी?एस ?जी = ?(? मैं जी मैं)उत्पाद - ?(? मैं जी मैं)संदर्भ ?जी 0 = ?(? मैं ?जी गिरफ्तार 0)उत्पाद - ?(? मैं ?जी गिरफ्तार 0)संदर्भ बंद प्रणालियों में प्रक्रियाओं की सहज घटना के लिए शर्तेंआइसोबैरिक-आइसोथर्मल (पी =स्थिरांक, टी =स्थिरांक):
?जी< 0, dG < 0आइसोकोरिक-आइसोथर्मल (वी =स्थिरांक, टी =स्थिरांक):
?एफ< 0, डीएफ< 0थर्मोडायनामिक संतुलनन्यूनतम मुक्त ऊर्जा वाले सिस्टम की ऐसी थर्मोडायनामिक अवस्था कहलाती है, जो निरंतर बाहरी परिस्थितियों के साथ समय के साथ नहीं बदलती है, और यह अपरिवर्तनीयता किसी बाहरी प्रक्रिया के कारण नहीं होती है।
थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थितिएक बंद सिस्टम मेंआइसोबैरिक-आइसोथर्मल (पी =स्थिरांक, टी =स्थिरांक):
?जी = 0, डीजी = 0, डी 2 जी > 0आइसोकोरिक-आइसोथर्मल (वी =स्थिरांक, टी =स्थिरांक):
?एफ =0, डीएफ = 0, डी 2 एफ >0 रासायनिक प्रतिक्रिया इज़ोटेर्म समीकरण:प्रतिक्रिया के लिए वी 1 ए 1 + वी 2 ए 2+ … = वी? 1 बी 1 + वी? 2 बी 2 +…
यहाँ सी आई, पी आई- संतुलन अवस्था के अलावा किसी भी समय प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता, दबाव।
रासायनिक संतुलन पर बाहरी परिस्थितियों का प्रभावले चेटेलियर-ब्राउन संतुलन परिवर्तन का सिद्धांत
यदि किसी ऐसी प्रणाली पर कोई बाहरी प्रभाव डाला जाता है जो वास्तविक संतुलन की स्थिति में है, तो उस प्रणाली में एक सहज प्रक्रिया उत्पन्न होती है जो इस प्रभाव की भरपाई करती है।
संतुलन स्थिति पर तापमान का प्रभावऊष्माक्षेपी प्रतिक्रियाएँ: ?Н°< 0 (?यू° < 0). Повышение температуры уменьшает величину константы равновесия, т. е. смещает равновесие влево.
एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाएं: ?Н° > 0 (?यू°> 0). तापमान में वृद्धि से संतुलन स्थिरांक का मान बढ़ जाता है (संतुलन दाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है)।
2. चरण संतुलन
अवयव- सिस्टम का एक रासायनिक रूप से सजातीय घटक जिसे सिस्टम से अलग किया जा सकता है और इसके बाहर मौजूद हो सकता है। किसी प्रणाली के स्वतंत्र घटकों की संख्या उनके बीच संभावित रासायनिक प्रतिक्रियाओं की संख्या घटाकर घटकों की संख्या के बराबर होती है।
स्वतंत्रता की कोटियों की संख्या- सिस्टम स्थिति मापदंडों की संख्या जिन्हें सिस्टम में चरणों की संख्या और प्रकृति को बदले बिना कुछ सीमाओं के भीतर एक साथ मनमाने ढंग से बदला जा सकता है।
चरण नियमजे. गिब्स:
एक संतुलन थर्मोडायनामिक प्रणाली C की स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या प्रणाली K के स्वतंत्र घटकों की संख्या के बराबर है, चरणों की संख्या Ф प्लस संतुलन को प्रभावित करने वाले बाहरी कारकों की संख्या: सी = के - एफ + एन.
एक ऐसी प्रणाली के लिए जो केवल बाहरी कारकों से प्रभावित होती है तापमान और दबाव,लिखा जा सकता है: सी = के - एफ+ 2.
निरंतरता सिद्धांत- राज्य मापदंडों में निरंतर परिवर्तन के साथ, व्यक्तिगत चरणों के सभी गुण भी लगातार बदलते रहते हैं; संपूर्ण सिस्टम के गुण तब तक लगातार बदलते रहते हैं जब तक कि सिस्टम में चरणों की संख्या या प्रकृति नहीं बदल जाती, जिससे सिस्टम के गुणों में अचानक परिवर्तन हो जाता है।
के अनुसार अनुरूपता का सिद्धांत,सिस्टम के राज्य आरेख पर, प्रत्येक चरण विमान के एक भाग - चरण क्षेत्र से मेल खाता है। समतलों की प्रतिच्छेदन रेखाएँ दो चरणों के बीच संतुलन के अनुरूप होती हैं। राज्य आरेख पर प्रत्येक बिंदु (तथाकथित लाक्षणिक बिंदु)राज्य मापदंडों के कुछ मूल्यों के साथ सिस्टम की एक निश्चित स्थिति से मेल खाता है।
2.1. जल आरेख
के = 1. प्रणाली में तीन चरण संतुलन संभव है: तरल और गैस (रेखा OA), ठोस और गैस (रेखा OB), ठोस और तरल (रेखा OC) के बीच। तीनों वक्रों का एक प्रतिच्छेदन बिंदु O है, जिसे कहा जाता है जल का त्रिक बिंदु,- तीन चरणों और C = 0 के बीच संतुलन के अनुरूप; तीन चरण केवल तापमान और दबाव के कड़ाई से परिभाषित मूल्यों पर संतुलन में हो सकते हैं (पानी के लिए, ट्रिपल बिंदु राज्य से मेल खाता है) पी = 6.1 केपीए और टी = 273.16 के).
प्रत्येक आरेख क्षेत्र (एओबी, बीओसी, एओसी) के भीतर प्रणाली एकल-चरण है; सी = 2 (प्रणाली द्विपरिवर्ती है)।
प्रत्येक पंक्ति पर, सिस्टम में चरणों की संख्या दो है, और, चरण नियम के अनुसार, सिस्टम मोनोवेरिएंट है: सी = 1 - 2 + 2 = 1, यानी प्रत्येक तापमान मान के लिए केवल एक दबाव मान है।
चरण संक्रमण तापमान पर दबाव के प्रभाव का वर्णन किया गया है क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण:
वी 2, वी 1- चरण संक्रमण के दौरान किसी पदार्थ के मोलर आयतन में परिवर्तन।
पानी के राज्य आरेख पर संतुलन वक्र "ठोस-तरल" बाईं ओर झुका हुआ है, और अन्य पदार्थों के राज्य आरेख पर - दाईं ओर, क्योंकि पानी का घनत्व बर्फ के घनत्व से अधिक है, अर्थात पिघलना साथ है मात्रा में कमी से (ए.वी< 0). इस मामले में, दबाव में वृद्धि से ठोस-तरल चरण संक्रमण (पानी -) का तापमान कम हो जाएगा विषम पदार्थ)।अन्य सभी पदार्थों के लिए (तथाकथित)। सामान्य पदार्थ) ?V pl> 0 और, क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण के अनुसार, दबाव में वृद्धि से पिघलने के तापमान में वृद्धि होती है।
3. समाधान के गुण
3.1. समाधानों की ऊष्मप्रवैगिकी
समाधान- दो या दो से अधिक घटकों से युक्त एक सजातीय प्रणाली, जिसकी संरचना इसके गुणों में अचानक परिवर्तन किए बिना कुछ सीमाओं के भीतर लगातार बदल सकती है।
समाधानों में प्रसार
प्रसार- किसी पदार्थ के अणुओं या परमाणुओं की तापीय गति के कारण विलयन में उसकी सांद्रता को बराबर करने की एक सहज प्रक्रिया।
फ़िक्स का नियम:किसी पदार्थ की वह मात्रा जो एक इकाई सतह क्षेत्र के माध्यम से प्रति इकाई समय में फैलती है, उसकी सांद्रता प्रवणता के समानुपाती होती है:
कहाँ जे– प्रसार प्रवाह; डी- प्रसार गुणांक।
आइंस्टीन-स्मोलुचोव्स्की समीकरण:
कहाँ? - माध्यम की चिपचिपाहट; आर– विसरित कणों की त्रिज्या.
गैसों की गैसों में घुलनशीलताडाल्टन का नियम:गैस मिश्रण का कुल दबाव उसमें शामिल सभी गैसों के आंशिक दबाव के योग के बराबर है:
पोट = ? पी मैंऔर पाई = xiपी कुलहेनरी-डाल्टन का नियम:किसी तरल में गैस की घुलनशीलता तरल के ऊपर उसके दबाव के सीधे आनुपातिक होती है: सी आई = केपी आई,कहाँ सी मैं- तरल में गैस समाधान की एकाग्रता; क- गैस की प्रकृति के आधार पर आनुपातिकता गुणांक।
एक नियम के रूप में, जब कोई गैस किसी तरल में घुलती है, तो गर्मी निकलती है (को< 0), तो जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, घुलनशीलता कम हो जाती है।
सेचेनोव का सूत्र:
एक्स = एक्स 0 ई -केС एलकहाँ एक्सऔर एक्स 0- शुद्ध विलायक में गैस घुलनशीलता और एकाग्रता के साथ इलेक्ट्रोलाइट समाधान साथ।
3.2. गैर-इलेक्ट्रोलाइट समाधानों के सहसंयोजक गुण
सहयोगी (सामूहिक)विलायक के गुणों के सापेक्ष समाधान के गुण हैं, जो मुख्य रूप से विघटित कणों की संख्या पर निर्भर करते हैं।
तनु विलयनों का संतृप्त वाष्प दबाववाष्प जो किसी द्रव के साथ संतुलन में होती है, कहलाती है संतृप्त.ऐसी भाप का दबाव प 0बुलाया संतृप्त भाप का दबाव या दबावशुद्ध विलायक.
राउल्ट का प्रथम नियम.किसी घोल घटक के संतृप्त वाष्प का आंशिक दबाव घोल में उसके मोल अंश के सीधे आनुपातिक होता है, और आनुपातिकता गुणांक शुद्ध घटक के ऊपर संतृप्त वाष्प दबाव के बराबर होता है:
पी आई = पी आई 0 एक्स आईघटकों ए और बी से युक्त एक द्विआधारी समाधान के लिए: समाधान के ऊपर विलायक के वाष्प दबाव में सापेक्ष कमी विलेय के मोल अंश के बराबर होती है और विलेय की प्रकृति पर निर्भर नहीं करती है:
जिन समाधानों के लिए राउल्ट का नियम संतुष्ट होता है उन्हें आदर्श समाधान कहा जाता है।
आदर्श और वास्तविक समाधानों का वाष्प दबावयदि किसी बाइनरी (दो घटकों से युक्त) समाधान के घटक अस्थिर हैं, तो समाधान के ऊपर वाष्प में दोनों घटक शामिल होंगे। सामान्य संरचना, मोल. (x इंच) भाप दबाव में अंश:
पी = पी ए 0 एक्सए + पी बी 0 एक्सबी = पी ए 0 (1 -एक्सबी) + पी बी 0 एक्सबी = पी ए 0 -एक्सबी (पी ए 0 – पी बी 0)यदि किसी दिए गए घटक के अणु किसी अन्य घटक के अणुओं की तुलना में एक-दूसरे के साथ अधिक मजबूती से संपर्क करते हैं, तो मिश्रण के ऊपर वास्तविक आंशिक वाष्प दबाव राउल्ट के पहले नियम द्वारा गणना की गई तुलना में अधिक होगा। (सकारात्मक विचलन, ?Нटीवी > 0). यदि सजातीय कण असमान कणों की तुलना में एक-दूसरे से कम संपर्क करते हैं, तो घटकों का आंशिक वाष्प दबाव गणना से कम होगा (नकारात्मक विचलन, ?एचभंग करना< 0).
तनु विलयनों का क्रिस्टलीकरण तापमानराउल्ट का दूसरा नियम.किसी विलयन के हिमीकरण तापमान में कमी? T, विलयन की मोलल सांद्रता के सीधे आनुपातिक है: ? T है = टी 0 – टी = केएस एम,कहाँ टी 0-शुद्ध विलायक का हिमांक; टी- समाधान का ठंड तापमान; को- विलायक का क्रायोस्कोपिक स्थिरांक, डिग्री/किग्रा मोल,
टी 0 2- विलायक का हिमांक; एम– विलायक का आणविक भार, ?Н pl – विलायक के संलयन की दाढ़ ऊष्मा।
तनु विलयनों का क्वथनांकउबलने का तापमान- वह तापमान जिस पर संतृप्त वाष्प का दबाव बाहरी दबाव के बराबर हो जाता है।
अवाष्पशील पदार्थों के विलयन का क्वथनांक बढ़ाना? टी के = टी के - टी के 0संतृप्त वाष्प दबाव में कमी के आनुपातिक और समाधान की मोलल सांद्रता के सीधे आनुपातिक: ?टी किप = ईयू एम,कहाँ ई - एबुलियोस्कोपिक स्थिरांकविलायक, डिग्री/किग्रा मोल,
तनु विलयनों का आसमाटिक दबावअसमस- मुख्य रूप से अर्ध-पारगम्य झिल्ली के माध्यम से विलायक अणुओं का एक समाधान में एक तरफा मार्ग या कम सांद्रता वाले समाधान से उच्च सांद्रता वाले समाधान में विलायक अणुओं का मार्ग।
घोल और शुद्ध विलायक को अलग करने वाली झिल्ली के माध्यम से विलायक को घोल में जाने से रोकने के लिए घोल पर जो दबाव डाला जाना चाहिए वह संख्यात्मक रूप से बराबर है परासरणी दवाब?(पा).
वान्ट हॉफ सिद्धांत:एक आदर्श घोल का आसमाटिक दबाव उस दबाव के बराबर होता है जो घुले हुए पदार्थ पर पड़ेगा यदि यह, एक ही तापमान पर गैसीय अवस्था में होने के कारण, उतना ही आयतन घेरता है जितना घोल घेरता है: ? = सीआरटी.
आइसोटोनिक समाधान- समान आसमाटिक दबाव वाले दो समाधान (? 1 = ? 2)।
हाइपरटोनिक समाधान- एक समाधान जिसका आसमाटिक दबाव दूसरे (? 1 > ? 2) से अधिक है।
हाइपोटोनिक समाधान- एक समाधान जिसका आसमाटिक दबाव दूसरे से कम है (? 1< ? 2).
3.3. इलेक्ट्रोलाइट समाधान
पृथक्करण की डिग्री?– अणुओं की संख्या का अनुपात एन,अणुओं की कुल संख्या तक, आयनों में विघटित हो गया एन:
वैन हॉफ का आइसोटोनिक गुणांक i- पृथक्करण को ध्यान में रखे बिना इलेक्ट्रोलाइट समाधान में कणों की वास्तविक संख्या और इस समाधान के कणों की संख्या का अनुपात।
यदि से एनअणु अलग हो गए एन,और प्रत्येक अणु किसमें विघटित हो गया? आयन, तो
गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए मैं = 1.
इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए 1< मैं? ?.
3.4. इलेक्ट्रोलाइट समाधानों के सहसंयोजक गुण:
इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण का अरहेनियस सिद्धांत
1. विलयनों में इलेक्ट्रोलाइट्स आयनों में टूट जाते हैं - अलग हो जाते हैं।
2. पृथक्करण एक प्रतिवर्ती संतुलन प्रक्रिया है।
3. विलायक अणुओं के साथ और एक दूसरे के साथ आयनों की परस्पर क्रिया की शक्तियाँ छोटी होती हैं (अर्थात, समाधान आदर्श होते हैं)।
समाधान में इलेक्ट्रोलाइट्स का पृथक्करण ध्रुवीय विलायक अणुओं के प्रभाव में होता है; किसी विलयन में आयनों की उपस्थिति उसकी विद्युत चालकता निर्धारित करती है।
पृथक्करण की डिग्री के आधार पर, इलेक्ट्रोलाइट्स को तीन समूहों में विभाजित किया जाता है: मज़बूत(? ? 0,7), मध्यम शक्ति(0,3 < ? < 0,7) и कमज़ोर(? ? 0,3).
कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स. पृथक्करण निरंतरएक निश्चित इलेक्ट्रोलाइट के लिए जो समीकरण के अनुसार समाधान में आयनों में विघटित होता है:
ए ए बी बी - एए एक्स- + बीबी y+बाइनरी इलेक्ट्रोलाइट के लिए:
- ओस्टवाल्ड का तनुकरण नियम: घोल के तनुकरण के साथ कमजोर इलेक्ट्रोलाइट के पृथक्करण की डिग्री बढ़ जाती है।
विलेय गतिविधि- अनुभवजन्य मूल्य जो एकाग्रता को प्रतिस्थापित करता है, - गतिविधि (प्रभावी एकाग्रता) ए,गतिविधि गुणांक के माध्यम से एकाग्रता से संबंधित एफ, जो आदर्श से वास्तविक समाधान के गुणों के विचलन का एक माप है:
ए = एफसी; ए + = एफ+ सी + ; a_ = f_C_.बाइनरी इलेक्ट्रोलाइट के लिए:
- औसत इलेक्ट्रोलाइट गतिविधि;
– औसत गतिविधि गुणांक.
डेबी-हुकेल सीमा कानूनबाइनरी इलेक्ट्रोलाइट के लिए: एलजी एफ = -0.51z 2 मैं?,कहाँ जेड- आयन का आवेश जिसके लिए गतिविधि गुणांक की गणना की जाती है;
I - विलयन की आयनिक शक्ति I = 0.5? (सी आई आर आई 2).
4. इलेक्ट्रोलाइट समाधानों की विद्युत चालकता
पहली तरह के कंडक्टर- धातुएं और उनका पिघलना, जिसमें इलेक्ट्रॉनों द्वारा बिजली स्थानांतरित की जाती है।
टाइप II कंडक्टर- आयनिक चालकता वाले इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान और पिघलना।
बिजलीआवेशित कणों की क्रमबद्ध गति है।
प्रत्येक कंडक्टर जिसके माध्यम से करंट प्रवाहित होता है, एक निश्चित प्रतिनिधित्व करता है प्रतिरोध आर,जो, ओम के नियम के अनुसार, कंडक्टर की लंबाई के सीधे आनुपातिक है एलऔर अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल के व्युत्क्रमानुपाती होता है एस;आनुपातिकता कारक है प्रतिरोधकतासामग्री? - 1 सेमी लंबाई और 1 सेमी 2 के क्रॉस-सेक्शन वाले कंडक्टर का प्रतिरोध:
परिमाण डब्ल्यू,प्रतिरोध का व्युत्क्रम कहलाता है इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी- विद्युत धारा संचालित करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट समाधान की क्षमता का एक मात्रात्मक माप।
इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी?(k) 1 m2 के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र के साथ 1 मीटर लंबे प्रकार I कंडक्टर की विद्युत चालकता है या दूरी के साथ इलेक्ट्रोलाइट समाधान (प्रकार II कंडक्टर) की 1 m3 (1 सेमी 3) की विद्युत चालकता है 1 मीटर (1 सेमी) के इलेक्ट्रोड और 1 मीटर 2 (1 सेमी 2) के इलेक्ट्रोड क्षेत्र के बीच।
समाधान की दाढ़ विद्युत चालकता)?- एक घोल की विद्युत चालकता जिसमें 1 मोल विलेय होता है और एक दूसरे से 1 सेमी की दूरी पर स्थित इलेक्ट्रोड के बीच रखा जाता है।
मजबूत और कमजोर दोनों इलेक्ट्रोलाइट्स की दाढ़ विद्युत चालकता घटती एकाग्रता (यानी बढ़ने के साथ) के साथ बढ़ती है समाधान तनुकरण V= 1/सी), एक निश्चित सीमित मूल्य तक पहुँच रहा है? 0 (? ?), बुलाया अनंत तनुकरण पर मोलर विद्युत चालकता।
स्थिर तापमान और 1 V m -1 की क्षेत्र शक्ति पर एकल आवेशित आयनों वाले बाइनरी इलेक्ट्रोलाइट के लिए:
? = ?एफ(यू + + और?),कहाँ एफ– फैराडे संख्या; और + , और? – पूर्ण गतिशीलता (एम 2 वी -1 एस -1)धनायन और ऋणायन - मानक परिस्थितियों में इन आयनों की गति की गति, समाधान की लंबाई के 1 मीटर प्रति 1 वी के संभावित अंतर के साथ।
? + = फू + ; ?? = फू?,कहाँ? + , ?? - गतिशीलताधनायन और ऋणायन, ओम एम 2 मोल -1 (ओम सेमी 2 मोल -1)।
? = ?(? + + ??)मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए? ?1 और ? = ? + + ??
समाधान के अनंत तनुकरण के साथ (वी > ?, ? + > ? ? + , ?? > ? ? ?, ? > 1) मजबूत और कमजोर दोनों इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए? ? = ? ? + – ? ? ? - कोहलराउश का नियम:क्या अनंत तनुकरण पर मोलर चालकता इलेक्ट्रोलाइटिक गतिशीलता के योग के बराबर है? ? + , ? ? ? किसी दिए गए इलेक्ट्रोलाइट का धनायन और ऋणायन।
H+ और OH आयन? असामान्य रूप से उच्च गतिशीलता होती है, जो इन आयनों द्वारा चार्ज स्थानांतरण के एक विशेष तंत्र से जुड़ी होती है - रिले तंत्र.हाइड्रोनियम आयन H3O+ और पानी के अणुओं के बीच, साथ ही पानी के अणुओं और OH आयनों के बीच? प्रोटॉन विनिमय समीकरणों के अनुसार निरंतर होता रहता है:
एच 3 ओ + + एच 2 ओ > एच 2 ओ + एच 3 ओ +
एच 2 ओ + ओह? >ओह? + एच 2 ओ
5. विद्युतरासायनिक प्रक्रियाएँ
5.1. इलेक्ट्रोड क्षमता. गैल्वेनिक तत्व. ईएमएफ
जब दो रासायनिक या भौतिक रूप से भिन्न सामग्री संपर्क में आती हैं (धातु 1 (पहली तरह का कंडक्टर) - धातु 2 (पहली तरह का कंडक्टर), धातु (पहली तरह का कंडक्टर) - धातु नमक समाधान (दूसरे तरह का कंडक्टर) , इलेक्ट्रोलाइट समाधान 1 (दूसरे प्रकार का कंडक्टर) - इलेक्ट्रोलाइट समाधान 2 (प्रकार II कंडक्टर), आदि) उनके बीच उत्पन्न होता है इलेक्ट्रिक डबल लेयर (ईडीएल)।ईडीएल इंटरफ़ेस पर विपरीत आवेशित कणों के क्रमबद्ध वितरण का परिणाम है।
ईडीएल के गठन से क्षमता में उछाल आता है?, जो धातु (पहली तरह का कंडक्टर) और धातु नमक के समाधान (दूसरे तरह का कंडक्टर) के बीच संतुलन की स्थिति में कहा जाता है गैल्वनी क्षमता.
प्रणाली: धातु (Me) - इस Me के नमक का जलीय घोल - कहलाता है इलेक्ट्रोडया अर्ध-तत्वऔर योजनाबद्ध रूप से इस प्रकार दर्शाया गया है:
इलेक्ट्रोड (पी/ई) को इस प्रकार लिखा जाता है कि घोल में सभी पदार्थ बाईं ओर रखे जाते हैं, और इलेक्ट्रोड सामग्री ऊर्ध्वाधर रेखा के दाईं ओर रखी जाती है।
? > 0, यदि इलेक्ट्रोड पर Me n+ + की कमी प्रतिक्रिया होती है नहीं? -मैं 0,
? < 0, если на электроде протекает реакция окисления Ме 0 - Ме n+ + नहीं?
इलेक्ट्रोड क्षमता ई Me n+ /Me संतुलन संभावित अंतर है जो पहले प्रकार के कंडक्टर/दूसरे प्रकार के कंडक्टर की चरण सीमा पर होता है और एक मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के सापेक्ष मापा जाता है।
नर्नस्ट समीकरण,कहाँ एन– इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या; साथМе n+ – धनायनों की सांद्रता; इमैं एन+ /मैं - मानक इलेक्ट्रोड क्षमता.
संपर्क क्षमता? ?- एक संतुलन संभावित छलांग जो पहली तरह के दो कंडक्टरों के बीच इंटरफेस पर होती है।
प्रसार क्षमता?अंतर वह संतुलन संभावित अंतर है जो दूसरे प्रकार के कंडक्टर/दूसरे प्रकार के कंडक्टर की चरण सीमा पर होता है।
गैल्वेनिक सेल (जी.ई.)- एक विद्युत परिपथ जिसमें दो या दो से अधिक पी.ई. होते हैं। और इसमें होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण विद्युत ऊर्जा का उत्पादन होता है, और रासायनिक प्रतिक्रिया के ऑक्सीकरण और कमी के चरणों को स्थानिक रूप से अलग किया जाता है।
वह इलेक्ट्रोड जिस पर गैल्वेनिक सेल के संचालन के दौरान ऑक्सीकरण प्रक्रिया होती है, कहलाती है एनोड,वह इलेक्ट्रोड जिस पर कटौती की प्रक्रिया होती है कैथोड.
गैल्वेनिक कोशिकाओं और उनमें होने वाली प्रतिक्रियाओं को रिकॉर्ड करने के लिए IUPAC नियम1. जी.ई. में कार्य किया जाता है, इसलिए तत्व का ईएमएफ एक सकारात्मक मान माना जाता है।
2. गैल्वेनिक सर्किट के ईएमएफ का परिमाण इसभी चरणों के इंटरफेस पर संभावित छलांग के बीजगणितीय योग द्वारा निर्धारित किया जाता है, लेकिन चूंकि ऑक्सीकरण एनोड पर होता है, ईएमएफ की गणना कैथोड क्षमता (दाएं इलेक्ट्रोड) के संख्यात्मक मूल्य से एनोड क्षमता (बाएं) के मूल्य को घटाकर की जाती है। इलेक्ट्रोड) - दायां ध्रुव नियम.इसलिए, तत्व का सर्किट आरेख लिखा जाता है ताकि बायां इलेक्ट्रोड नकारात्मक हो (ऑक्सीकरण होता है), और दायां इलेक्ट्रोड सकारात्मक हो (कमी प्रक्रिया होती है)।
3. पहले प्रकार के कंडक्टर और दूसरे प्रकार के कंडक्टर के बीच इंटरफ़ेस को एक पंक्ति द्वारा दर्शाया गया है।
4. दूसरे प्रकार के दो चालकों के बीच की सीमा को एक बिंदीदार रेखा से दर्शाया गया है।
5. दो प्रकार II कंडक्टरों की सीमा पर इलेक्ट्रोलाइट ब्रिज को दो बिंदीदार रेखाओं द्वारा दर्शाया गया है।
6. एक चरण के घटकों को अल्पविराम से अलग करके लिखा जाता है।
7. इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया समीकरण इस प्रकार लिखा जाता है कि ऑक्सीकृत रूप (ऑक्स) में पदार्थ बाईं ओर और कम रूप (लाल) में दाईं ओर स्थित होते हैं।
गैल्वेनिक डैनियल-जैकोबी सेलइसमें ZnSO 4 और CuSO 4 के संबंधित समाधानों में डूबे हुए जस्ता और तांबे की प्लेटें होती हैं, जिन्हें KCl समाधान के साथ एक नमक पुल द्वारा अलग किया जाता है: इलेक्ट्रोलाइटिक पुल समाधानों के बीच विद्युत चालकता प्रदान करता है, लेकिन उनके पारस्परिक प्रसार को रोकता है।
(-) Zn | Zn 2+ :: Cu 2+ | Cu(+)इलेक्ट्रोड पर प्रतिक्रियाएँ:
Zn 0 > Zn 2+ + 2e? Cu 2+ + 2e? > घन0कुल रिडॉक्स प्रक्रिया:
Cu 2+ + Zn 0 > Cu 0 + Zn 2+गैल्वेनिक सेल के करंट द्वारा किया गया कार्य (और, परिणामस्वरूप, संभावित अंतर) इसके प्रतिवर्ती ऑपरेशन के दौरान अधिकतम होगा, जब इलेक्ट्रोड पर प्रक्रियाएं असीम रूप से धीरे-धीरे आगे बढ़ती हैं और सर्किट में वर्तमान ताकत असीम रूप से छोटी होती है।
गैल्वेनिक सेल के प्रतिवर्ती संचालन के दौरान उत्पन्न होने वाला अधिकतम संभावित अंतर है गैल्वेनिक सेल का इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) ई.
तत्व का EMF इ Zn/Cu = ? Cu 2+ /Cu + ? Zn 2+ /Zn + ? के + ? अंतर
छोड़कर? अंतर और? को: इ Zn/Cu = ? Cu 2+ /Cu + ? Zn 2+ /Zn = इ Cu 2+ /Cu + इ Zn 2+ /Zn गैल्वेनिक कोशिकाएं हैं जिनमें दो समान धातु इलेक्ट्रोड होते हैं जो विभिन्न सांद्रता C 1 > C 2 के साथ इस धातु के नमक के घोल में डूबे होते हैं। इस मामले में कैथोड उच्च सांद्रता वाला इलेक्ट्रोड होगा, क्योंकि दोनों इलेक्ट्रोड की मानक इलेक्ट्रोड क्षमताएं बराबर हैं।
एकाग्रता जंजीरें
सांद्रण तत्व का एकमात्र परिणाम धातु आयनों का अधिक सांद्रित विलयन से कम सांद्रित विलयन में स्थानांतरण है।
एक सांद्रण गैल्वेनिक सेल में विद्युत धारा का कार्य एक प्रसार प्रक्रिया का कार्य है, जो दिशा में दो विपरीत प्रतिवर्ती इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं में इसके स्थानिक विभाजन के परिणामस्वरूप प्रतिवर्ती रूप से किया जाता है।
5.2. इलेक्ट्रोड का वर्गीकरण
पहली तरह के इलेक्ट्रोड. एक धातु की प्लेट को उसी धातु के नमक के घोल में डुबोया जाता है। उस तत्व के प्रतिवर्ती संचालन के दौरान जिसमें इलेक्ट्रोड शामिल है, धातु से घोल में या घोल से धातु में धनायनों के संक्रमण की प्रक्रिया धातु की प्लेट पर होती है।
दूसरे प्रकार के इलेक्ट्रोड.धातु को उस धातु के थोड़ा घुलनशील नमक के साथ लेपित किया जाता है और उसी आयन के साथ एक अन्य घुलनशील नमक वाले घोल में रखा जाता है। इस प्रकार के इलेक्ट्रोड आयन के संबंध में प्रतिवर्ती होते हैं।
संदर्भ इलेक्ट्रोड- सटीक रूप से ज्ञात और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य संभावित मूल्यों वाले इलेक्ट्रोड।
हाइड्रोजन इलेक्ट्रोडयह एक प्लैटिनम प्लेट है जिसे हाइड्रोजन गैस से नहलाया जाता है और हाइड्रोजन आयन युक्त घोल में डुबोया जाता है। प्लैटिनम द्वारा अधिशोषित हाइड्रोजन गैसीय हाइड्रोजन के साथ संतुलन में है।
पीटी, एच 2 / एच +इलेक्ट्रोड पर विद्युत रासायनिक संतुलन:
2H + + 2e? -एन 2.एक मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (1 mol/l की H + आयन गतिविधि और 101.3 kPa के हाइड्रोजन दबाव के साथ) की क्षमता शून्य मानी जाती है।
गैर-मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड की इलेक्ट्रोड क्षमता:
कैलोमेल इलेक्ट्रोडइसमें एक पारा इलेक्ट्रोड होता है जिसे एक निश्चित सांद्रता के KCl घोल में रखा जाता है और कैलोमेल Hg 2 Cl 2 से संतृप्त किया जाता है:
एचजी/एचजी 2 सीएल 2, केसीएलकैलोमेल इलेक्ट्रोड क्लोरीन आयनों के संबंध में प्रतिवर्ती है
सिल्वर क्लोराइड इलेक्ट्रोड- क्लोरीन आयनों के संबंध में प्रतिवर्ती:
एजी/एजीसीएल, केसीएलयदि KCl घोल संतृप्त है, तो E AgC l = 0.2224 – 0.00065(t – 25), V.
सूचक इलेक्ट्रोड.समाधान में इन आयनों की गतिविधि को निर्धारित करने के लिए अभ्यास में हाइड्रोजन आयन प्रतिवर्ती इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है।
क्विनहाइड्रोन इलेक्ट्रोडएक प्लैटिनम तार है जिसे परीक्षण समाधान के साथ एक बर्तन में उतारा जाता है, जिसमें पहले से क्विनहाइड्रोन सी 6 एच 4 ओ 2 सी 6 एच 4 (ओएच) 2 की अतिरिक्त मात्रा रखी जाती है - क्विनोन सी 6 एच 4 ओ 2 और हाइड्रोक्विनोन का एक यौगिक सी 6 एच 4 (ओएच) 2 एक संतुलन रिडॉक्स प्रक्रिया में अंतर-रूपांतरण में सक्षम है जिसमें हाइड्रोजन आयन भाग लेते हैं:
सी 6 एच 4 ओ 2 + 2एच + + 2ई? > सी 6 एच 4 (ओएच) 2बहुधा प्रयोग किया जाता है ग्लास इलेक्ट्रोडएक पतली दीवार वाली कांच की गेंद में समाप्त होने वाली ट्यूब के रूप में। गेंद को एक निश्चित पीएच मान के साथ बफर समाधान से भर दिया जाता है, जिसमें एक सहायक इलेक्ट्रोड (आमतौर पर सिल्वर क्लोराइड) डुबोया जाता है। पीएच मापने के लिए, एक ग्लास इलेक्ट्रोड को संदर्भ इलेक्ट्रोड के साथ जोड़े में परीक्षण समाधान में डुबोया जाता है। ग्लास इलेक्ट्रोड बॉल को एसिड समाधान के साथ लंबे समय तक पूर्व-उपचार किया जाता है। इस मामले में, हाइड्रोजन आयनों को क्षार धातु धनायनों की जगह लेते हुए, गेंद की दीवारों में पेश किया जाता है। इलेक्ट्रोड प्रक्रिया दो चरणों के बीच हाइड्रोजन आयनों के आदान-प्रदान के लिए नीचे आती है - अध्ययन के तहत समाधान और ग्लास: एच समाधान - एच सेंट +।
मानक क्षमता इप्रत्येक इलेक्ट्रोड के लिए st 0 का अपना मान होता है, जो समय के साथ बदलता रहता है; इसलिए, प्रत्येक पीएच माप से पहले, ग्लास इलेक्ट्रोड को सटीक रूप से ज्ञात पीएच के साथ मानक बफर समाधान के विरुद्ध कैलिब्रेट किया जाता है।
रिडॉक्स इलेक्ट्रोडविभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं में एक तत्व वाले इलेक्ट्रोलाइट घोल में रखे गए पहली तरह के अक्रिय कंडक्टर से बने इलेक्ट्रोड को कहा जाता है रिडॉक्सया रिडॉक्स इलेक्ट्रोड।
इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया: Ох n+ + नहीं? -लाल।
इस मामले में मैं जड़ हूँइलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया में एक अप्रत्यक्ष भाग लेता है, मी (लाल) के कम रूप से ऑक्सीकृत रूप (ऑक्स) या इसके विपरीत इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण में मध्यस्थता करता है।
6. सतही घटनाएँ और सोखना
6.1. सतही तनाव और गिब्स सोखना
सतही घटनाएँऐसी प्रक्रियाएं हैं जो चरण सीमा पर होती हैं और सतह (सीमा) परत की संरचना और संरचना की विशेषताओं के कारण होती हैं।
जीएस = ?एस,कहाँ जी एस- सिस्टम की सतह गिब्स ऊर्जा, जे; ? - आनुपातिकता गुणांक, जिसे सतह तनाव कहा जाता है, जे/एम 2; एस - इंटरफेशियल सतह, एम2।
सतह तनावहेसतह परत के प्रति इकाई क्षेत्र गिब्स ऊर्जा द्वारा मापी गई एक मात्रा है। यह संख्यात्मक रूप से उस कार्य के बराबर है जो एक स्थिर तापमान पर चरण इंटरफ़ेस की एक इकाई बनाने के लिए अंतर-आणविक संपर्क की ताकतों के विरुद्ध किया जाना चाहिए।
डुप्रे मॉडल से, सतह तनावइंटरफ़ेस को कम करने की प्रवृत्ति वाले बल और सतह को सीमित करने वाले समोच्च की प्रति इकाई लंबाई के बराबर
किसी विलायक के पृष्ठ तनाव को बदलने की विलेय की क्षमता कहलाती है सतह गतिविधि जी:
विलायक के पृष्ठ तनाव पर उनके प्रभाव के अनुसार पदार्थों का वर्गीकरण1. सर्फेक्टेंट (सर्फैक्टेंट)- विलायक (? समाधान) की सतह के तनाव को कम करें< ? 0) g >0 (पानी के सापेक्ष - डिफिलिक संरचना के कार्बनिक यौगिक)।
2. सर्फेकेंट्स– विलायक (? घोल > ? 0) g का पृष्ठ तनाव थोड़ा बढ़ाएँ< 0 (неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, ?-аминокислоты и др).
3. गैर-सर्फ़ेक्टेंट (एनएसएस)- व्यावहारिक रूप से विलायक की सतह के तनाव को नहीं बदलता है (? समाधान =? 0) जी = 0 (पानी के संबंध में, पदार्थ सुक्रोज और कई अन्य हैं)।
डुक्लोस-ट्रूब नियम:कम सांद्रता पर किसी भी समजात श्रृंखला में, कार्बन श्रृंखला को एक सीएच 2 समूह तक लंबा करने से सतह की गतिविधि 3-3.5 गुना बढ़ जाती है:
फैटी एसिड के जलीय घोल के लिए (शिशकोवस्की समीकरण):
कहाँ बीऔर को– अनुभवजन्य स्थिरांक, बीसंपूर्ण सजातीय श्रृंखला के लिए समान, श्रृंखला के प्रत्येक बाद के सदस्य के लिए K 3-3.5 गुना बढ़ जाता है।
दो चरणों के बीच अंतरापृष्ठ पर किसी पदार्थ की सांद्रता में सहज परिवर्तन की प्रक्रिया कहलाती है सोखना. पी लेनेवाला पदार्थवह पदार्थ है जिसकी सतह पर किसी अन्य पदार्थ की सांद्रता में परिवर्तन होता है - सोखना
गिब्स सोखना इज़ोटेर्म:
इस परत में इसकी प्रारंभिक मात्रा की तुलना में सतह परत में अधिशोष्य की अधिकता इसकी विशेषता है अत्यधिक,या तथाकथित गिब्स, सोखना(जी)।
6.2. ठोस-गैस इंटरफ़ेस पर सोखना
भौतिक सोखनासतह के साथ अधिशोषित अणु की वैन डेर वाल्स अंतःक्रिया के कारण उत्पन्न होता है, जो उत्क्रमणीयता और बढ़ते तापमान के साथ अधिशोषण में कमी की विशेषता है, अर्थात ऊष्माक्षेपीपन (भौतिक अधिशोषण का थर्मल प्रभाव आमतौर पर अधिशोषित 10 के द्रवीकरण की गर्मी के करीब होता है) 80 केजे/मोल)।
रासायनिक अधिशोषण (रसायन अधिशोषण)अधिशोषक और अधिशोषक अणुओं की रासायनिक अंतःक्रिया के माध्यम से किया जाता है, जो आमतौर पर अपरिवर्तनीय होता है; है स्थानीययानी, अधिशोषक अणु अधिशोषक की सतह पर नहीं चल सकते। चूँकि रसायन अधिशोषण एक रासायनिक प्रक्रिया है जिसके लिए 40-120 kJ/mol के क्रम की सक्रियण ऊर्जा की आवश्यकता होती है, तापमान में वृद्धि इसकी घटना को बढ़ावा देती है।
हेनरी का समीकरण(कम दबाव या कम सांद्रता पर एक सजातीय सतह पर मोनोमोलेक्यूलर सोखना):
जी = के.एसया जी = क्र,को- अधिशोषक और अधिशोषक की प्रकृति के आधार पर अधिशोषण संतुलन स्थिरांक; एस, पी– विलेय सांद्रता या गैस का दबाव.
लैंगमुइर का मोनोमोलेक्यूलर सोखना का सिद्धांत
1. अधिशोषण स्थानीयकृत होता है और रासायनिक बलों के करीब बलों के कारण होता है।
2. अधिशोषण अधिशोषक की सजातीय सतह पर होता है।
3. सतह पर अधिशोषित अणुओं की केवल एक परत बन सकती है।
4. अधिशोषण प्रक्रिया प्रतिवर्ती एवं संतुलनात्मक होती है।
लैंगमुइर सोखना इज़ोटेर्म:
कहाँ जी 0 - मोनोलेयर क्षमता- अपेक्षाकृत उच्च संतुलन सांद्रता, mol/m2 पर देखे गए सीमित सोखना के बराबर स्थिरांक; बी- सोखना दर स्थिरांक और विशोषण दर स्थिरांक के अनुपात के बराबर स्थिरांक।
फ्रायंडलिच समीकरण(एक गैर-समान सतह पर सोखना): Г = के एफ एन के साथ,कहाँ। के एफएकता के बराबर संतुलन एकाग्रता पर सोखना के बराबर संख्यात्मक रूप से एक स्थिरांक है; एन- स्थिरांक जो सोखना इज़ोटेर्म की वक्रता निर्धारित करता है (एन= 0,1–0,6).
समाधानों से आणविक सोखना:
जहां C 0 अधिशोषक की प्रारंभिक सांद्रता है; साथ- अधिशोषक की संतुलन सांद्रता; वी- अधिशोषित घोल की मात्रा; एम– अधिशोषक का द्रव्यमान.
वर्ग एस0,संतृप्त सोखना परत में प्रति एक अणु, - लैंडिंग स्थल:
एम 2 /अणु.
सोखना परत की मोटाई:
कहाँ एम- सर्फेक्टेंट का आणविक भार; ? -सर्फैक्टेंट घनत्व.
रहबिंदर का नियम:निम्न-ध्रुवीय विलायकों से ध्रुवीय अधिशोषक ध्रुवीय अधिशोषक पर बेहतर अधिशोषित होते हैं; ध्रुवीय अधिशोषक पर - ध्रुवीय विलायकों से गैर-ध्रुवीय अधिशोषक।
अधिशोषक की सतह पर सर्फैक्टेंट अणुओं का अभिविन्यास चित्र में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है:
6.3. इलेक्ट्रोलाइट समाधानों से अवशोषण
विनिमय सोखना- एक समाधान और ठोस चरण के बीच आयन विनिमय की प्रक्रिया, जिसमें ठोस चरण समाधान से एक निश्चित चिह्न (धनायन या आयन) के आयनों को अवशोषित करता है और इसके बजाय समाधान में उसी चिह्न के अन्य आयनों के बराबर संख्या में जारी कर सकता है। . हमेशा के लिए विशिष्ट,यानी, किसी दिए गए अधिशोषक के लिए, केवल कुछ आयन ही विनिमय करने में सक्षम हैं; विनिमय अधिशोषण आमतौर पर अपरिवर्तनीय होता है।
पाकेट-पेसकोव-फ़ैन्स नियम:एक क्रिस्टलीय ठोस की सतह पर, एक आयन को विशेष रूप से इलेक्ट्रोलाइट समाधान से सोख लिया जाता है, जो इसके क्रिस्टल जाली को पूरा करने में सक्षम होता है या क्रिस्टल बनाने वाले आयनों में से एक के साथ एक खराब घुलनशील यौगिक बना सकता है।
7. कोलाइडल (फैली हुई) प्रणालियाँ
कोलाइडल (फैली हुई) प्रणालीएक विषम प्रणाली है जिसमें एक चरण को दूसरे सजातीय चरण की मात्रा में समान रूप से वितरित छोटे कणों द्वारा दर्शाया जाता है। ये कणों से युक्त अल्ट्रामाइक्रोहेटेरोजेनस सिस्टम हैं परिक्षेपित प्रावस्था- कुचले हुए कणों का एक संग्रह, जिसका आकार 10 -9 -10 -5 मीटर के भीतर होता है, और निरंतर होता है फैलाव माध्यम,जिसमें ये कण वितरित होते हैं।
लक्षण किसी पदार्थ की कोलाइडल अवस्था - फैलाव और विषमता।
फैलाव की डिग्री?- औसत व्यास का व्युत्क्रम या, गैर-गोलाकार कणों के लिए, औसत समतुल्य व्यास का व्युत्क्रम डी(एम -1):
विशिष्ट सतह क्षेत्र- परिक्षिप्त चरण एस डीएफ के कुल सतह क्षेत्र का उसके कुल आयतन या उसके द्रव्यमान से अनुपात:
7.1. फैलाव प्रणालियों के उत्पादन का वर्गीकरण और तरीके
चरणों के एकत्रीकरण की स्थिति के अनुसार वर्गीकरण
एक फैलाव प्रणाली जिसमें परिक्षिप्त चरण और परिक्षेपण माध्यम दोनों गैसें हैं, मौजूद नहीं है, क्योंकि गैसें एक दूसरे में असीम रूप से घुलनशील होती हैं।
परिक्षिप्त चरण के कण आकार के अनुसार प्रणालियों का वर्गीकरण:
1) अत्यधिक फैला हुआ, 10 -9_ 10 -7 मीटर (रूबी ग्लास);
2) मध्यम-फैलाव, 10 -7_ 10 -5 मीटर (तत्काल कॉफी);
3) मोटे, > 10 -5 मीटर (वर्षा की बूंदें)।
कोलाइडल सिस्टम प्राप्त करने की विधियाँ dispersingभौतिक फैलाव:कोलाइड मिलों का उपयोग करके यांत्रिक पीसना; पदार्थों का विद्युत छिड़काव; अल्ट्रासोनिक फैलाव और अन्य तरीके। परिणामी कणों को एक साथ चिपकने से रोकने के लिए, उपस्थिति में फैलाव किया जाता है स्टेबलाइजर- इलेक्ट्रोलाइट या इंटरफ़ेस पर अधिशोषित पदार्थ (सर्फैक्टेंट)।
रासायनिक फैलाव (पेप्टाइजेशन):पेप्टाइज़र का उपयोग करके ताज़ा तैयार तलछट को कोलाइडल अवस्था में स्थानांतरित करना।
वाष्पीकरणभौतिक संघनन: 1) विलायक प्रतिस्थापन विधि, जिसमें किसी पदार्थ के वास्तविक समाधान में विलायक के साथ मिश्रणीय तरल पदार्थ जोड़ना शामिल होता है, जिसमें पदार्थ स्वयं थोड़ा घुलनशील होता है; नए विलायक में पदार्थ की घुलनशीलता में कमी के कारण, समाधान सुपरसैचुरेटेड हो जाता है, और पदार्थ का हिस्सा संघनित हो जाता है, जिससे बिखरे हुए चरण के कण बनते हैं; 2) वाष्प से संघनन की विधि; प्रारंभिक पदार्थ वाष्प में है; जैसे-जैसे तापमान घटता है, भाप अतिसंतृप्त हो जाती है और आंशिक रूप से संघनित होकर एक परिक्षिप्त चरण का निर्माण करती है।
रासायनिक संघनन:कोई भी रासायनिक प्रतिक्रिया जिसके परिणामस्वरूप खराब घुलनशील यौगिक बनता है; कोलाइडल समाधान प्राप्त करने के लिए, प्रतिक्रिया को कम कण वृद्धि दर पर एक पतला समाधान में किया जाना चाहिए; शुरुआती पदार्थों में से एक को अधिक मात्रा में लिया जाता है और एक स्टेबलाइज़र के रूप में कार्य करता है।
7.2. फैलाव प्रणालियों के ऑप्टिकल गुण
जब प्रकाश किसी परिक्षिप्त तंत्र पर पड़ता है, तो निम्नलिखित घटनाएँ देखी जा सकती हैं:
प्रकाश का मार्गपरिक्षिप्त चरण के कण (पारदर्शी प्रणालियों के लिए देखे गए जिनमें कण आपतित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटे होते हैं (आर)<< ?);
प्रकाश अपवर्तनबिखरे हुए चरण कण (यदि ये कण पारदर्शी हैं);
प्रकाश प्रतिबिंबबिखरे हुए चरण कण (यदि कण अपारदर्शी हैं);
अपवर्तन और परावर्तनप्रकाश उन प्रणालियों के लिए देखा जाता है जिनमें कण आपतित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य (r >> ?) से अधिक लंबे होते हैं। दृष्टिगत रूप से, यह घटना इन प्रणालियों की गंदलापन में व्यक्त होती है;
प्रकाश बिखरनाउन प्रणालियों के लिए देखा गया जिनमें बिखरे हुए चरण कण छोटे होते हैं, लेकिन तुलनीयआपतित प्रकाश की तरंगदैर्घ्य के साथ (r ? 0.1 ?);
सोखनाप्रकाश ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित करने के साथ बिखरे हुए चरण द्वारा प्रकाश का (अवशोषण)।
रेले समीकरण:
जहाँ I, I 0 - प्रकीर्णित एवं आपतित प्रकाश की तीव्रता; वी– एक कण का आयतन; ? - आंशिक सांद्रता (प्रति इकाई आयतन में कणों की संख्या); ? - तरंग दैर्ध्य; एन 1, एन 0क्रमशः कणों और माध्यम के अपवर्तनांक हैं।
संचरित और प्रकीर्णित (परावर्तित) प्रकाश में कोलाइडल विलयन के विभिन्न रंगों की घटना कहलाती है ओपेलेसेंसरंगीन विलयनों के मामले में, उनके स्वयं के रंग का एक सुपरपोजिशन होता है और रंग ओपेलेसेंस (घटना) के कारण होता है प्रकाश का द्वैतवाद)।
7.3. आणविक गतिज गुण
यह कोलाइडल प्रणालियों के लिए विशिष्ट है एक प्रकार कि गति- सूक्ष्म और कोलाइडल आकार के कणों की निरंतर यादृच्छिक गति। यह गति अधिक तीव्र होती है, तापमान जितना अधिक होता है और कण का द्रव्यमान तथा परिक्षेपण माध्यम की श्यानता उतनी ही कम होती है।
प्रसार- कणों की सांद्रता को बराबर करने की एक सहज प्रक्रिया।
फ़िक्स का नियम:
कोलाइडल कणों के बड़े आकार के कारण, वास्तविक समाधानों की तुलना में कोलाइडल प्रणालियों में प्रसार धीमा होता है।
परासरणी दवाब:
जहां mtot विघटित पदार्थ का द्रव्यमान है; एम– एक कण का द्रव्यमान; वी- सिस्टम की मात्रा; एन ए- अवोगाद्रो का नंबर; टी- निरपेक्ष तापमान; ? - आंशिक एकाग्रता; क– बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक.
गोलाकार कणों के लिए:
कहाँ? मी समाधान की प्रति इकाई मात्रा में बिखरे हुए चरण का द्रव्यमान है; ? – फैलाव माध्यम का घनत्व; r कण त्रिज्या है.
7.4. मिसेल संरचना
मिसेल लियोफोबिकसिस्टम को एक विषम माइक्रोसिस्टम कहा जाता है, जिसमें सॉल्वेटेड स्टेबलाइजर आयनों से घिरा एक फैला हुआ चरण माइक्रोक्रिस्टल होता है।
संभावित-निर्धारणवे आयन कहलाते हैं जो ठोस चरण के किसी कण की सतह पर अधिशोषित होते हैं (इकाई)और इसे चार्ज दे रहे हैं. समुच्चय, क्षमता-निर्धारक आयनों के साथ मिलकर बनता है मिसेल कोर.
प्रतिवाद- आयन मिसेल कोर के पास समूहित होते हैं।
परिक्षेपण माध्यम में प्रतिरूपों का स्थान दो विरोधी कारकों द्वारा निर्धारित होता है: थर्मल मूवमेंट (प्रसार) और इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण।
काउंटरों को घने में शामिल किया गया सोखना परत,"जुड़े हुए" कहलाते हैं और केन्द्रक के साथ मिलकर बनते हैं कोलॉइडी कण या कणिका। एक कोलाइडल कण (ग्रैन्यूल) में एक आवेश होता है, जिसका चिन्ह विभव-निर्धारक आयनों के आवेश के चिन्ह से निर्धारित होता है।
प्रतिवाद बन रहे हैं फैली हुई परत,- "चल" या "मुक्त"।
एक कोलाइडल कण जिसके चारों ओर सॉल्वेटेड काउंटरों की फैली हुई परत होती है मिसेल.कोलाइडल कण के विपरीत, मिसेल विद्युत रूप से तटस्थ होता है और इसमें कड़ाई से परिभाषित आयाम नहीं होते हैं।
आयनिक स्टेबलाइजर वाले मिसेल में, चरण सीमा पर एक ईडीएल होता है; परिक्षिप्त चरण और परिक्षेपण माध्यम के बीच एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है - थर्मोडायनामिक क्षमताएफ (इंटरफ़ेशियल),जो किसी दिए गए फैलाव प्रणाली के गुणों के साथ-साथ ठोस चरण पर अधिशोषित संभावित-निर्धारण आयनों के चार्ज और एकाग्रता से निर्धारित होता है।
किसी बाहरी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में किसी स्थिर तरल में आवेशित कोलाइडल कणों का इलेक्ट्रोड में से किसी एक की ओर गति को कहा जाता है वैद्युतकणसंचलन
वह सतह जिस पर गति होती है, कहलाती है फिसलने वाली सतह.वैद्युतकणसंचलन के दौरान और ब्राउनियन गति में, यानी स्लाइडिंग सतह पर, एक दूसरे के सापेक्ष गति में रहने वाले चरणों की सीमा पर संभावित छलांग की परिमाण को कहा जाता है इलेक्ट्रोकेनेटिक या?-पोटेंशियल (जीटा पोटेंशियल)।
7.5. स्थिरता और जमाव
बिखरी हुई प्रणालियों की स्थिरतायह परिक्षेपण माध्यम के संपूर्ण आयतन में कणों के एकसमान वितरण की स्थिति को बनाए रखने के लिए परिक्षिप्त चरण की क्षमता को दर्शाता है।
बिखरी हुई प्रणालियों की सापेक्ष स्थिरता दो प्रकार की होती है: अवसादन और एकत्रीकरण.
अवसादन स्थिरता- किसी प्रणाली की गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव को झेलने की क्षमता। अवसादन गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव के तहत किसी घोल में कणों का जमना है।
स्थिति अवसादन संतुलन:कण एक स्थिर गति से चलता है, अर्थात समान रूप से,घर्षण बल गुरुत्वाकर्षण बल को संतुलित करता है:
6??आरयू = 4/3?आर 3 (? - ? 0)जी,कहाँ? – परिक्षिप्त चरण का घनत्व, ? 0 - फैलाव माध्यम का घनत्व, जी - गुरुत्वाकर्षण का त्वरण, ? - माध्यम की चिपचिपाहट.
समग्र स्थिरतायह बिखरे हुए चरण के कणों की एक दूसरे के साथ चिपकने का विरोध करने और इस प्रकार उनके आकार को बनाए रखने की क्षमता को दर्शाता है।
जब समग्र स्थिरता का उल्लंघन होता है, जमावट कणों के आपस में चिपककर बड़े समुच्चय बनाने की प्रक्रिया है।जमावट के परिणामस्वरूप, सिस्टम अपनी अवसादन स्थिरता खो देता है, क्योंकि कण बहुत बड़े हो जाते हैं और ब्राउनियन गति में भाग नहीं ले सकते हैं।
जमावट के कारण:
> तापमान परिवर्तन;
> विद्युत और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों का प्रभाव;
> दृश्य प्रकाश की क्रिया;
> प्राथमिक कणों के साथ विकिरण;
> यांत्रिक प्रभाव;
> इलेक्ट्रोलाइट आदि जोड़ना।
इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ जमाव सबसे बड़ा व्यावहारिक हित है।
इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ जमावट के प्रकारएकाग्रताप्रभाव में जमाव होता है उदासीनइलेक्ट्रोलाइट्स उदासीनएक इलेक्ट्रोलाइट कहा जाता है, जिसके आरंभ होने पर इंटरफ़ेसीय क्षमता उत्पन्न होती है<р не изменяется. Данный электролит не содержит таких ионов, которые были бы способны к специфической адсорбции на частицах по правилу Па-нета-Фаянса, т. е. не способны достраивать кристаллическую решетку агрегата:
वह अवस्था जिसमें विसरित परत गायब हो जाती है और कोलाइडल कण विद्युत रूप से तटस्थ हो जाता है, कहलाती है समविद्युतविभव– इलेक्ट्रोकेनेटिक क्षमता (?) शून्य है, जमाव होता है। इस अवस्था में मिसेल का सूत्र इस प्रकार होता है: (mnAg + nNO 3 ?) 0.
विफल करनासॉल में मिलाने पर जमाव होता है उदासीनइलेक्ट्रोलाइट उदासीनएक इलेक्ट्रोलाइट कहा जाता है जो इंटरफेशियल (?) और रैखिक रूप से संबंधित इलेक्ट्रोकेनेटिक (?) क्षमता को बदल सकता है, यानी इस इलेक्ट्रोलाइट में ऐसे आयन होते हैं जिन्हें विशेष रूप से समुच्चय की सतह पर अवशोषित किया जा सकता है, इसके क्रिस्टल जाली को पूरा किया जा सकता है, या संभावित-निर्धारक आयनों के साथ रासायनिक रूप से बातचीत की जा सकती है। .
वह प्रतिवर्ती प्रक्रिया जिसमें कोगुलम कोलाइडल अवस्था में लौट आता है, कहलाती है पेप्टाइजेशन या पृथक्करण।
जमाव नियम1. सोल में पर्याप्त मात्रा में मिलाए गए सभी मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स इसके जमाव का कारण बनते हैं। इलेक्ट्रोलाइट की वह न्यूनतम सांद्रता जो एक निश्चित अल्प अवधि में सॉल के जमाव का कारण बनती है, कहलाती है जमावट सीमा:
जहां सी एल इलेक्ट्रोलाइट-कोगुलेटर की एकाग्रता है; वीएल - अतिरिक्त इलेक्ट्रोलाइट की मात्रा; वीसोल (आमतौर पर 10 मिली) - सोल की मात्रा।
2. जमावट प्रभाव उस आयन में होता है जिसका चार्ज लियोफोबिक सॉल के मिसेल के काउंटरों के चार्ज के साथ मेल खाता है (जमावट आयन का चार्ज कोलाइडल कण के चार्ज के विपरीत होता है)। इस आयन को कहा जाता है कौयगुलांट आयन.
3. आयन का आवेश जितना अधिक होगा, कौयगुलांट आयन की स्कंदन क्षमता उतनी ही अधिक होगी:
महत्व नियम:
? 1: ? 2: ? 3 = 1/1 6: 1/2 6: 1/3 6 = 729: 11: 1समान आवेश वाले आयन की स्कंदन क्षमता जितनी अधिक होती है, उसकी क्रिस्टलीय त्रिज्या उतनी ही अधिक होती है। Ag + > Cs + > Rb + > NH 4 + > K + > Na + > Li+ – लियोट्रोपिक श्रृंखला।
कोलाइडल सुरक्षाकिसी सॉल में एचएमसी (उच्च आणविक भार यौगिक) या सर्फेक्टेंट (सर्फ़ेक्टेंट) शामिल करके उसकी समग्र स्थिरता को बढ़ाना कहा जाता है।
सुरक्षात्मक संख्याशुष्क पदार्थ की मिलीग्राम की न्यूनतम संख्या है जो 10 मिलीलीटर सॉल की सुरक्षा के लिए आवश्यक है जब इसमें जमाव सीमा के बराबर मात्रा में इलेक्ट्रोलाइट मिलाया जाता है।