Физическая химия (1) Физическая химия: цель, задачи, методы исследования. Основные понятия физической химии

(22) Химический потенциал (_i), термодинамическая функция, применяемая при описании состояния систем с переменным числом частиц. В случае системы, состоящей из i компонентов, Х. п. определяется как приращение внутренней энергии U системы при добавлении к системе бесконечно малого количества молей i-того компонента, отнесённое к этому количеству вещества, при постоянных объёме V, энтропии S и количествах молей каждого из остальных компонентов n_j (j  i). В общем случае Х. п. может быть определён как приращение любого из остальных потенциалов термодинамических системы при различных постоянных параметрах: гиббсовой энергии G — при постоянных давлении р, температуре Т и n_j; гельмгольцевой энергии А — при постоянных V, Т и n_j; энтальпии Н — при постоянных S, р и n_j. Таким образом:
(1)
(23) Термодинамика является феноменологической теорией макроскопических систем, поэтому вcе её основные понятия берутся непосредственно из эксперимента. Термодинамическая система – любая макроскопическая система. Термодинамические параметры – измеряемые макроскопические величины, связанные с системой. Например, давление p, объем V, температура T. Термодинамическое состояние определяется совокупностью значений всех термодинамических параметров, необходимых для описания системы. Термодинамическое равновесие – термодинамическое состояние системы, которое не меняется со временем. Уравнение состояния – функциональное соотношением между термодинамическими параметрами системы, находящейся в равновесии. Если p, V, T термодинамические параметры системы, то уравнение состояния имеет вид fT ( p,V,T)  0 , (1) Это подразумевает, что число независимых переменных в системе в данном случае сокращается с трех до двух. Функция fТ задается как одна из характеристик системы. Возможны другие формы записи уравнения состояния: ( , ) p  fT1 V T , ( , ) V  fT 2 p T . (2) Состояние системы задается точкой в пространстве p, V, T. Уравнение состояния задает поверхность в пространстве. Любая точка на этой поверхности представляет равновесное состояние системы. Термодинамический процесс представляет собой изменение состояния системы. Если первоначальное состояние является равновесным, то процесс может быть вызван только изменением внешних условий.
Процесс называется квазистатическим, если внешние условия изменяются так медленно, что в любой момент времени систему можно считать равновесной. Процесс называется обратимым, если при изменении внешних условий в обратном порядке система проходит в обратном порядке те же состояния, что и при прямом процессе. Линии на поверхности состояния, соответствующие обратимым процессам определенного типа, имеют определенные названия: изотерма, адиабата и т.д. Понятие работы берется из механики. Для системы с параметрами p, V, T работа W, совершаемая при увеличении объема на dV, определяется равенством W  pdV , (3) которое легко обобщается на другие случаи. Теплота – энергия, поглощаемая однородной системой при увеличении температуры, если работа при этом не совершается. Термостат – система, настолько большая, что при поглощении или выделении любого конечного количества тепла ее температура не меняется. Система называется изолированной, если она совсем не взаимодействует с окружающей средой
(24) Из понижения давления пара растворителя над раствором вытекают два других явления: повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем. Раствор кипит, когда давление насыщенного пара равно атмосферному давлению. Как видно из рис. 2.2, температура кипения чистого растворителя (Т₀) ниже, чем температура кипения растворов с увеличивающейся концентрацией (7', и Т₂).
Повышение температуры кипения раствора (Д?_КИГ|) рассчитывается по формуле

где К_эб — эбулиоскопическая константа, являющаяся характеристикой растворителя и не зависящая от природы растворенного вещества; С_т — моляльная концентрация раствора. Если растворителем является вода, температура кипения раствора (°С) рассчитывается по формуле
Определив экспериментально Д?_кип или Д?_зам и зная значения К_эб и К_кр, можно определить молярную массу растворенного веществ, используя выражение моляльной концентрации (С„,)