Л-6. Начала физической химии

учебник для медицинских вузов (с задачами и решениями). – М.:

ООО "Медицинское информационное агентство", 2008. – 295 с.
2. Семиохин, И.А. Физическая химия: учебник. — М.: МГУ, 2001. — 272 с.
3. Родин, В.В. Основы физической, коллоидной и биологической химии: курс лекций / Ставропольский ГАУ. – Ставрополь: Агрус, 2009. – 124 с.
4. Евстратова, К.И. Физическая и коллоидная химия: учебник для фарм. вузов и факультетов /К.И. Евстратова, Н.А. Купина, Е.Е. Малахова. – М.: В. шк., 1990. — 487 с.

Вопросы
1. Предмет, задачи, понятия физической химии
1.1. Объект, предмет физической химии
1.2. Методы описания предмета физической химии
2. Гетерогенные системы - I
2.1. Диаграммы состояния
2.1. Фазовые переходы
2.2. Физико-химический анализ

частицы, ядерные превращения, сверхплот-ное состояние, чёрные дыры, антивещество.
Предмет химии –

1) вещества, для которых применимо атомно-молекулярное учение (химические вещества), и их химические превращения;
2) особенности структуры, химических и физико-химических свойств таких веществ;
3) способы управления состоянием этих веществ и их превращениями.

свойства веществ в зависимости от их химического состава, строения и

внешних условий, влияние внешних условий и воздействий на протекание химических реакций и закономерности химических процессов.

Объект физической химии – вещества в макро- и микро- состояниях.
Предмет физической химии – физико-химические явления и процессы.
Задачи физической химии:
– обосновать причины физико-химических явлений и процессов; выявить роль среды в их проявлении;
выбор способов их описания;
разработка методов их исследования;
разработка рекомендаций по управлению ими.

(твёрдая, жидкая, газообразная), потоки (веществ, энергии), силы («потенциалы»), фаза (фазовые

переходы), границы фаз («слой», «поверхность»), состояние (макро-, микро-, динамическое, переходное, равновесное, неравновесное, устойчивое, стабильное, неустойчивое, нестабильное, …), физико-химические явления (физические эффекты, химические и структурные изменения веществ и среды), модель (формализованная, неформализованная).
Макро-состояние – физико-химические и термодинами-ческие характеристики вещества, среды;
Микро-состояние – структура вещества, среды (атомы, молекулы, комплексы, частицы, структурные единицы, связи химические и не химические, …).

химии
Модели формализованные
- уравнения потоков веществ и энергии (регрессионные, дифференциальные, алгебраические,

системы уравнений, термодинамические, электрохимические);
- квантово-механические (уравнения состояния электронов в атомах);
- кинетические уравнения реакций (в растворах, в газах, топохимические, уравнения катализа, …).

химии
Представление о системах (гомогенные, гетерогенные)
Представление о фазах
Представление о фазовых границах
Представление

о фазовых переходах

Гетерогенные системы – I
(фазы, межфазные границы, переходы)
Гетерогенные системы – II
(поверхностные явления + ЭХ-системы, ДЭС)
Гетерогенные системы – III
(дисперсные системы, коллоиды, золи)

фаз (д.э.с., поверхностные плёнки);
модели структуры сред (твёрдой, жидкой, газообразной);
модели физико-химических

систем (для растворов, для электролитов, для осмоса, для броуновского движения, для флуктуаций в газах, …);
диаграммы состояния (тройные точки, состав-свойство, параметр-свойство).

3. Модели неформализованные
схемы (механизмы превращений, пути процессов);
таблицы (свойства);
графики функциональных связей;
графы.

одинаковые химические, физические и термодинамические характеристики во всех своих точках.

Одно и то же вещество может образовывать несколько фаз в системе. Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое называется фазовым превращением или фазовым переходом.
Одну и ту же фазу могут образовывать несколько разных веществ (истинный раствор — это однофазная система).

Разные вещества могут образовать в системе разные фазы.
Число фаз в системе может не совпадать с числом перечня компонентов.
Фаза может быть непрерывной, а может быть дисперсной, т. е. состоять из отдельных фрагментов или частиц.

гомогенными, а из нескольких фаз (Ф ≥ 2) — гетерогенными.
Дисперсная

фаза всегда распределена в какой-либо другой — непрерывной — фазе.  
Компоненты – вещества, составляющие физико-химическую систему.

Число независимых компонентов (К) — это наименьшее количество веществ, необходимое для математического выражения состава всех фаз системы. От общего числа компонентов в системе (К0) параметр К отличается на число математических связей (х) между характеристиками компонентов:
К = К0 – х .

равновесии друг с другом относительно компонента Yi, если химические потенциалы

данного компонента в этих фазах одинаковы.

В гетерогенной системе имеется фазовое равновесие, если между фазами существуют следующие виды равновесий:
- термическое (равенство температур),
- механическое (равенство давлений)
- и химическое в отношении каждого компонента.
- другие виды равновесий — электрическое и магнитное.

равенству либо к определённому отношению концентраций вещества в фазах:  КР

– коэффициент распределения веществ по фазам

Для растворённого вещества химический потенциал зависит от его концентрации:

степеней свободы системы (С), т.е. количество параметров, которые можно менять

одновременно и произвольно, не изменяя числа и вида фаз равновесной системы, -
(для системы, содержащей Ф фаз, К компонентов и зависящей от n внешних параметров):  

Фазовая диаграмма содержит области, линии и точки, соответствующие различным фазовым состояниям данной системы.

насыщенного пара над жидкой водой от температуры;
ао — зависимость

давления насыщенного пара над льдом от температуры;
ob — зависимость температуры плавления от давления.

твёрдая ромбическая, твёрдая моноклинная (термически более устойчивая), жидкая и газообразная.

Зависимость давления насыщенного пара серы от температуры:
аa1 - ромбической, а161 –моноклинной, 616 - жидкой серы; Зависимость температуры плавления серы от давления:
cc1 – ромбической, c161 - моноклинной;
Зависимость температуры пре- превращения ромбической серы в моноклинную от давления (a1c1)

экспериментальных зависимостей свойств равновесной физико-химической системы от состава и условий

существования.

Основным приёмом ФХА является построение диаграмм состояния, т. е. графически выраженных зависимостей различных свойств системы от ее состава и внешних условий (как было показано).
Могут исследоваться и иные физико-химические свойства (теплопроводность, электрическая проводимость, показатель преломления, твёрдость, вязкость и др.).

Курнаковым.
Принцип непрерывности: при неизменном фазовом состоянии системы непрерывное изменение

состава и внешних условий приводит к непрерывному изменению свойств отдельных фаз и системы в целом.
Принцип соответствия: каждому равновесному состоянию системы соответствуют определённые геометрические образы на фазовой диаграмме.

Лишь в том случае, когда в системе изменяется число фаз или одна фаза заменяется другой, некоторые из свойств (например, плотность) изменяются скачком.

Температура системы остаётся постоянной, так как кристаллизация сопровождается выделением теплоты,

что компенсирует теплоотвод в окружающую среду. Система состоит из двух фаз: жидкости и кристаллов.
Участок s2 характеризует плавное охлаждение кристаллической фазы. В соответствии с правилом фаз при кристаллизации (участок Is) данная система нон-вариантна (означает невозможность изменения каких-либо параметров без того, чтобы фазовое состояние системы изменилось.

Конкретный вид диаграммы зависит от свойств компонентов и определяется их взаимной растворимостью, а также способностью к образованию химических соединений.

и висмута, состоит из трёх фаз (кристаллы кадмия, кристаллы висмута,

жидкость).
Жидкость, которая находится в равновесии с двумя кристаллическими фазами одновременно, называется эвтектической, ее состав — эвтектическим составом, температура, при которой существует такое равновесие, — эвтектической температурой.

Диаграмма плавкости смеси кадмия и висмута

L. На участке LL происходит охлаждение жидкого расплава. Кристаллизация начинается

в точке L. Состав выпадающих при этой температуре кристаллов характеризуется положением точки K.

Диаграмма плавкости и кривая охлаждения смеси изоморфных веществ

области существования твёрдых растворов с преимущественным содержанием компонента А (твёрдый

раствор альфа) и с преимущественным содержанием компонента В (твёрдый раствор бета).

Диаграмма плавкости системы ограниченно растворимых веществ

и В, образующих устойчивое химическое соединение М, не способное образовывать

твёрдый раствор с этими компонентами.
Она представляет собой сочетание двух диаграмм бинарных систем с нерастворимыми в твёрдом виде компонентами. В точке N на кривой ликвидуса имеется максимум, характер которого зависит от устойчивости химического соединения.
Для малоустойчивого соединения этот максимум становится широким и плоским. Чем больше диссоциирует образующееся соединение, тем положе максимум.

Диаграмма плавкости веществ, образующих устойчивое химическое соединение

и В, образующих неустойчивое химическое соединение М, не способное образовывать

твёрдый раствор с этими компонентами.
При охлаждении данного расплава фигуративная точка опускается вертикально вниз, переходя из области жидкости в область равновесия жидкости с кристаллами В, а затем жидкости с кристаллами М.

Диаграмма плавкости веществ, образующих неустойчивое химическое соединение (сплав меди со ртутью)

равностороннего треугольника: а — метод Гиббса; б — метод Розебума

поверхности, капиллярное давление
Адгезия, когезия, оклюзия
Сорбция-десорбция, хемосорбция
Коррозия электрохимическая и химическая
Электрооптические эффекты
Катализ

гетерогенный

Ленгмюра (1917 г.)
к = 1/А

поверхностью служит количественной мерой процесса смачивания

поверхностью служит количественной мерой процесса смачивания

масло, в – вода)