ઘર ત્વચારોગવિજ્ઞાન ક્રોસ વિભાગમાં, માનવ મગજ સમાવે છે: મગજ

ત્વચારોગવિજ્ઞાન

ક્રોસ વિભાગમાં, માનવ મગજ સમાવે છે: મગજ

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર

§ 1. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રનો વિષય. તેનો અર્થ

રાસાયણિક અને ભૌતિક ઘટના વચ્ચેના સંબંધનો અભ્યાસ કરે છે ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર.રસાયણશાસ્ત્રની આ શાખા રસાયણશાસ્ત્ર અને ભૌતિકશાસ્ત્ર વચ્ચેની સરહદ છે. બંને વિજ્ઞાનની સૈદ્ધાંતિક અને પ્રાયોગિક પદ્ધતિઓ, તેમજ તેની પોતાની પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને, ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અને તેની સાથેની ભૌતિક પ્રક્રિયાઓના બહુપક્ષીય અભ્યાસમાં રોકાયેલ છે. જો કે, બહુપક્ષીય અભ્યાસ પણ ક્યારેય પૂર્ણ થતો નથી અને તે ઘટનાને સંપૂર્ણ રીતે આવરી લેતો નથી, તેથી ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના નિયમો અને નિયમિતતા તેમજ અન્ય કુદરતી વિજ્ઞાન હંમેશા ઘટનાને સરળ બનાવે છે અને તેને સંપૂર્ણપણે પ્રતિબિંબિત કરતા નથી.

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રનો ઝડપી વિકાસ અને વધતું મહત્વ તેની ભૌતિકશાસ્ત્ર અને રસાયણશાસ્ત્ર વચ્ચેની સરહદની સ્થિતિ સાથે સંકળાયેલું છે. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રનું મુખ્ય સામાન્ય કાર્ય અભ્યાસ હેઠળની સિસ્ટમ બનાવે છે તે પદાર્થોની રચના અને ગુણધર્મો પરના ડેટાના આધારે વિવિધ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ પ્રક્રિયાના સમયગાળો અને અંતિમ પરિણામ (સંતુલન સ્થિતિ) ની આગાહી કરવાનું છે.

§ 2. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના વિકાસના ઇતિહાસની સંક્ષિપ્ત રૂપરેખા

"ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર" શબ્દ અને આ વિજ્ઞાનની વ્યાખ્યા સૌપ્રથમ એમ.વી. લોમોનોસોવ દ્વારા આપવામાં આવી હતી, જેમણે 1752-1754માં. તેમણે એકેડેમી ઓફ સાયન્સના વિદ્યાર્થીઓને ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રનો અભ્યાસક્રમ શીખવ્યો અને આ અભ્યાસક્રમ માટે એક હસ્તપ્રત છોડી દીધી, "સાચા ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રનો પરિચય" (1752). લોમોનોસોવે ઘણા અભ્યાસો હાથ ધર્યા, જેનાં વિષયો તેમના "ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમ માટેની યોજના" (1752) અને પ્રાયોગિક કાર્યના કાર્યક્રમ "શારીરિક રસાયણશાસ્ત્રમાં અનુભવ" (1754) ને અનુરૂપ છે. તેમના નેતૃત્વ હેઠળ, ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર પર વિદ્યાર્થીઓની વર્કશોપ પણ યોજવામાં આવી હતી.

લોમોનોસોવે ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રની નીચેની વ્યાખ્યા આપી: "ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર એ એક વિજ્ઞાન છે જે ભૌતિકશાસ્ત્રના સિદ્ધાંતો અને પ્રયોગોના આધારે, રાસાયણિક કામગીરી દરમિયાન મિશ્ર શરીરમાં શું થાય છે તે સમજાવે છે." આ વ્યાખ્યા આધુનિકની નજીક છે.

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના વિકાસ માટે, 19મી સદીના મધ્યમાં થર્મોડાયનેમિક્સના બે નિયમોની શોધ (એસ. કાર્નોટ, જે. આર. મેયર, જી. હેલ્મહોલ્ટ્ઝ, ડી. પી. જૌલ, આર. ક્લોસિયસ, ડબલ્યુ. થોમસન) ખૂબ મહત્વની હતી.

19મી સદીમાં ભૌતિકશાસ્ત્ર અને રસાયણશાસ્ત્રની સરહદે આવેલા ક્ષેત્રમાં સંશોધનની સંખ્યા અને વિવિધતામાં સતત વધારો થતો ગયો. રાસાયણિક સંતુલનનો થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંત વિકસાવવામાં આવ્યો હતો (કે.એમ. ગુલ્ડબર્ગ, પી. વેજ, ડી.ડબલ્યુ. ગિબ્સ). એલ.એફ. વિલ્હેલ્મીના સંશોધને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ (રાસાયણિક ગતિશાસ્ત્ર) ના દરના અભ્યાસની શરૂઆત કરી. ઉકેલોમાં વીજળીના સ્થાનાંતરણનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો (I.V. Gittorf, F.V.G. Kohlrausch), વરાળ સાથેના ઉકેલોના સંતુલનના નિયમોનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો (D.P. Konovalov) અને ઉકેલોનો સિદ્ધાંત વિકસાવવામાં આવ્યો હતો (D.I. મેન્ડેલીવ).

સ્વતંત્ર વિજ્ઞાન અને શૈક્ષણિક શિસ્ત તરીકે ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રની માન્યતા 1887માં યુનિવર્સિટી ઓફ લેઇપઝિગ (જર્મની)માં ડબલ્યુ. ઓસ્ટવાલ્ડના નેતૃત્વ હેઠળના ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના પ્રથમ વિભાગની સ્થાપનામાં અને ભૌતિક પર પ્રથમ વૈજ્ઞાનિક જર્નલની સ્થાપનામાં વ્યક્ત કરવામાં આવી હતી. ત્યાં રસાયણશાસ્ત્ર. 19મી સદીના અંતમાં, લીપઝિગ યુનિવર્સિટી ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના વિકાસ માટેનું કેન્દ્ર હતું, અને અગ્રણી ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રીઓ ડબલ્યુ. ઓસ્ટવાલ્ડ, જે.એચ. વેનટ હોફ, એસ. આર્હેનિયસ અને ડબલ્યુ. નર્ન્સ્ટ હતા. આ સમય સુધીમાં, ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રની ત્રણ મુખ્ય શાખાઓ વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવી હતી - રાસાયણિક થર્મોડાયનેમિક્સ, રાસાયણિક ગતિશાસ્ત્ર અને ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી.

વિજ્ઞાનના સૌથી મહત્વપૂર્ણ ક્ષેત્રો, જેનો વિકાસ તકનીકી પ્રગતિ માટે જરૂરી શરત છે, તેમાં રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ શામેલ છે; ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર આ સમસ્યાના વિકાસમાં અગ્રણી ભૂમિકા ભજવે છે.

§ 3. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના વિભાગો. સંશોધન પદ્ધતિઓ

કેમિકલ થર્મોડાયનેમિક્સ. આ વિભાગમાં, સામાન્ય થર્મોડાયનેમિક્સના નિયમોના આધારે, રાસાયણિક સંતુલનના નિયમો અને તબક્કા સંતુલનનો સિદ્ધાંત રજૂ કરવામાં આવ્યો છે.

ઉકેલોના અધ્યયનનો ઉદ્દેશ્ય દ્રાવણ બનાવે છે તે પદાર્થોના ગુણધર્મોના આધારે ઉકેલોના ગુણધર્મોને સમજાવવા અને આગાહી કરવાનો છે.

સપાટીની ઘટનાનો સિદ્ધાંત. ઘન અને પ્રવાહીના સપાટીના સ્તરોના વિવિધ ગુણધર્મો (તબક્કાઓ વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ)નો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે; સપાટીના સ્તરોમાં અભ્યાસ કરાયેલી મુખ્ય ઘટનાઓમાંની એક છે શોષણ(સપાટીના સ્તરમાં પદાર્થનું સંચય).

પ્રણાલીઓમાં જ્યાં પ્રવાહી, ઘન અને વાયુના તબક્કાઓ વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ ખૂબ વિકસિત હોય છે (ઇમલેશન, ઝાકળ, ધૂમાડો, વગેરે), સપાટીના સ્તરોના ગુણધર્મો પ્રાથમિક મહત્વના બની જાય છે અને સમગ્ર સિસ્ટમના ઘણા અનન્ય ગુણધર્મોને નિર્ધારિત કરે છે. . આવા વિખરાયેલા (સૂક્ષ્મ વિજાતીય)સિસ્ટમોનો અભ્યાસ કરવામાં આવી રહ્યો છે કોલોઇડ રસાયણશાસ્ત્ર,જે ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રની એક મોટી સ્વતંત્ર શાખા છે.

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના મુખ્ય વિભાગોની આપેલ સૂચિ આ વિજ્ઞાનના કેટલાક ક્ષેત્રો અને નાના વિભાગોને આવરી લેતી નથી, જેને મોટા વિભાગોના ભાગો અથવા ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના સ્વતંત્ર વિભાગો તરીકે ગણી શકાય. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રની વિવિધ શાખાઓ વચ્ચેના ગાઢ સંબંધ પર ફરી એકવાર ભાર મૂકવો યોગ્ય છે. કોઈપણ ઘટનાનો અભ્યાસ કરતી વખતે, વ્યક્તિએ રસાયણશાસ્ત્રની ઘણી શાખાઓ (અને ઘણીવાર અન્ય વિજ્ઞાન)માંથી વિચારો, સિદ્ધાંતો અને સંશોધન પદ્ધતિઓના શસ્ત્રાગારનો ઉપયોગ કરવો પડે છે. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર સાથે પ્રારંભિક પરિચય સાથે જ શૈક્ષણિક હેતુઓ માટે સૂચિત વિભાગોમાં સામગ્રીનું વિતરણ કરવું શક્ય છે.

ભૌતિક અને રાસાયણિક સંશોધનની પદ્ધતિઓ. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રની મૂળભૂત પદ્ધતિઓ, કુદરતી રીતે, ભૌતિકશાસ્ત્ર અને રસાયણશાસ્ત્રની પદ્ધતિઓ છે. આ, સૌ પ્રથમ, એક પ્રાયોગિક પદ્ધતિ છે - બાહ્ય પરિસ્થિતિઓ પર પદાર્થોના ગુણધર્મોની અવલંબનનો અભ્યાસ, વિવિધ પ્રક્રિયાઓના નિયમો અને રાસાયણિક સંતુલનના નિયમોનો પ્રાયોગિક અભ્યાસ.

પ્રાયોગિક ડેટાની સૈદ્ધાંતિક સમજ અને જ્ઞાનની સુસંગત સિસ્ટમની રચના સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રની પદ્ધતિઓ પર આધારિત છે.

થર્મોડાયનેમિક પદ્ધતિ, જે તેમાંથી એક છે, તે પદાર્થના વિવિધ ગુણધર્મો ("મેક્રોસ્કોપિક" ગુણધર્મો) ને માત્રાત્મક રીતે સંબંધિત કરવાની અને અન્ય ગુણધર્મોના પ્રાયોગિક મૂલ્યોના આધારે આમાંના કેટલાક ગુણધર્મોની ગણતરી કરવાની મંજૂરી આપે છે.

પ્રકરણ I.
થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ કાયદો

§ 1. ઊર્જા. ઊર્જાના સંરક્ષણ અને પરિવર્તનનો કાયદો

પદાર્થની એક અભિન્ન મિલકત (લક્ષણ) ચળવળ છે; તે અવિનાશી છે, દ્રવ્યની જેમ. દ્રવ્યની હિલચાલ વિવિધ સ્વરૂપોમાં પ્રગટ થાય છે, જે એક બીજામાં પરિવર્તિત થઈ શકે છે. પદાર્થની ગતિનું માપ છે ઊર્જાજથ્થાત્મક રીતે, ઉર્જા ચોક્કસ રીતે ચળવળના દરેક ચોક્કસ સ્વરૂપની લાક્ષણિકતા પરિમાણો દ્વારા અને આ સ્વરૂપ માટે વિશિષ્ટ એકમોમાં વ્યક્ત થાય છે.

એકમોની SI પ્રણાલીમાં, ઊર્જાનું એકમ (ગરમી અને કાર્ય) એ જ્યુલ છે ( જે), 1 માં બળના કાર્યની સમાન એન 1 ના માર્ગ પર m 1 J = 1 N m.

ઉર્જા (ગરમી) કેલરીનો વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતો એકમ હાલમાં ઉપયોગ માટે માન્ય બિન-પ્રણાલીગત એકમ છે. વર્તમાનમાં વપરાતી કેલરી વ્યાખ્યા દ્વારા ચોક્કસ સંખ્યાના જ્યુલ્સની સમકક્ષ છે: 1 મળ 4.1868 જ્યુલ્સની બરાબર. આ એકમનો ઉપયોગ થર્મલ એન્જિનિયરિંગમાં થાય છે અને તેને કહી શકાય થર્મલ ઊર્જા કેલરી.રાસાયણિક થર્મોડાયનેમિક્સમાં, સહેજ અલગ એકમનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે 4.1840 જ્યુલ્સની સમાન હોય છે અને કહેવાય છે થર્મોકેમિકલ કેલરી.તેના ઉપયોગની શક્યતા આ એકમોમાં વ્યક્ત કરાયેલ સંદર્ભ પ્રકાશનોમાં એકત્રિત કરાયેલ વ્યાપક પ્રાયોગિક થર્મોકેમિકલ સામગ્રીના ઉપયોગમાં સરળતા સાથે સંકળાયેલી છે.

જ્યારે ગતિનું એક સ્વરૂપ બીજામાં રૂપાંતરિત થાય છે, ત્યારે અદૃશ્ય થઈ ગયેલી અને દેખાતી ગતિની શક્તિઓ, વિવિધ એકમોમાં વ્યક્ત થાય છે, એકબીજાની સમકક્ષ હોય છે, એટલે કે, અદ્રશ્ય ગતિની ઊર્જા સતત જથ્થાત્મક ગુણોત્તરમાં હોય છે. ઉભરી ગતિ (સમાન ઊર્જા પરિવર્તનનો કાયદો).આ ગુણોત્તર ગતિના બે સ્વરૂપોની શક્તિઓની તીવ્રતા પર અને ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓ પર આધારિત નથી કે જેના હેઠળ ગતિના એક સ્વરૂપમાંથી બીજામાં સંક્રમણ થયું. આમ, જ્યારે વિદ્યુત પ્રવાહની ઊર્જા અસ્તવ્યસ્ત મોલેક્યુલર ગતિની ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે, ત્યારે વિદ્યુત ઊર્જાનો એક જૌલ હંમેશા 0.239 માં ફેરવાય છે. મળપરમાણુ ગતિની ઊર્જા.

આમ, દ્રવ્યની હિલચાલના માપદંડ તરીકે ઊર્જા હંમેશા ગુણાત્મક રીતે અનન્ય સ્વરૂપમાં પ્રગટ થાય છે, ચળવળના આપેલ સ્વરૂપને અનુરૂપ, અને માપનના અનુરૂપ એકમોમાં વ્યક્ત થાય છે. બીજી બાજુ, તે ચળવળના તમામ સ્વરૂપોની એકતા, તેમની પરસ્પર પરિવર્તનક્ષમતા અને ચળવળની અવિનાશીતાને માત્રાત્મક રીતે પ્રતિબિંબિત કરે છે.

ઉપર જણાવેલ સમકક્ષ ઉર્જા પરિવર્તનનો નિયમ ભૌતિક પ્રાયોગિક કાયદો છે. સમાન ઊર્જા પરિવર્તનનો કાયદોઅલગ રીતે વ્યક્ત કરી શકાય છે, એટલે કે ફોર્મમાં ઊર્જાના સંરક્ષણ અને પરિવર્તનનો કાયદો:ઊર્જાનું સર્જન કે નાશ થતું નથી; બધી પ્રક્રિયાઓ અને ઘટનાઓમાં, આપેલ પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતી એકલ સામગ્રી પ્રણાલીના તમામ ભાગોની કુલ ઊર્જા વધતી કે ઘટતી નથી, સ્થિર રહે છે.

ઊર્જાના સંરક્ષણ અને રૂપાંતરનો કાયદો એ અર્થમાં સાર્વત્રિક છે કે તે મનસ્વી રીતે મોટા શરીરમાં બનતી ઘટનાઓને લાગુ પડે છે, જે મોટી સંખ્યામાં પરમાણુઓના સંગ્રહનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને એક અથવા થોડા પરમાણુઓની ભાગીદારી સાથે બનતી ઘટનાઓને લાગુ પડે છે.

યાંત્રિક ગતિના વિવિધ સ્વરૂપો માટે, ઊર્જાના સંરક્ષણનો કાયદો લાંબા સમયથી ગુણાત્મક સ્વરૂપ (ડેસકાર્ટેસ - 1640) અને માત્રાત્મક સ્વરૂપ (લેબનીઝ - 1697) માં વ્યક્ત કરવામાં આવ્યો છે.

ઉષ્મા અને કાર્યના પરસ્પર પરિવર્તન માટે (નીચે જુઓ), 19મીના ચાલીસના દાયકામાં હાથ ધરવામાં આવેલા યુ.આર. મેયર, જી. હેલ્મહોલ્ટ્ઝ અને ડી.પી. જૌલેના સંશોધન દ્વારા ઊર્જા સંરક્ષણનો કાયદો કુદરતી વિજ્ઞાનના કાયદા તરીકે સાબિત થયો હતો. સદી

સમકક્ષ રૂપાંતરણના કાયદાનો ઉપયોગ કરીને, ગતિના વિવિધ સ્વરૂપોની ઊર્જાને એક પ્રકારની ઊર્જા (ગતિનું એક સ્વરૂપ) ની લાક્ષણિકતા ધરાવતા એકમોમાં વ્યક્ત કરી શકાય છે અને પછી સરવાળો, બાદબાકી વગેરેની ક્રિયાઓ કરી શકાય છે.

§ 2. વિષય, પદ્ધતિ અને થર્મોડાયનેમિક્સની સીમાઓ

થર્મોડાયનેમિક્સ એ સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રની મુખ્ય શાખાઓમાંની એક છે. થર્મોડાયનેમિક્સ ગરમી અને કાર્યના સ્વરૂપમાં શરીર વચ્ચે ઊર્જા સંક્રમણ સાથે સંકળાયેલ વિવિધ પ્રકારની ઊર્જાના પરસ્પર પરિવર્તનના નિયમોનો અભ્યાસ કરે છે.ઉષ્મા અને કાર્ય પર તેનું ધ્યાન કેન્દ્રિત કરીને, વિવિધ પ્રકારની પ્રક્રિયાઓમાં ઉર્જા ટ્રાન્સફરના સ્વરૂપો તરીકે, થર્મોડાયનેમિક્સ તેના વિચારણાના અવકાશમાં અસંખ્ય ઉર્જા જોડાણો અને પદાર્થના વિવિધ ગુણધર્મો વચ્ચેની અવલંબનનો સમાવેશ કરે છે અને ખૂબ જ વ્યાપકપણે લાગુ પડતા સામાન્યીકરણો આપે છે. થર્મોડાયનેમિક્સના નિયમો.

મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક નિયમો સ્થાપિત કરતી વખતે, શરીરની અંદર થતા ઊર્જા પરિવર્તન (ઘણી વખત ખૂબ જ જટિલ) સામાન્ય રીતે વિગતવાર હોતા નથી. શરીરની આપેલ સ્થિતિમાં ઉર્જાના પ્રકારો પણ અલગ નથી. આ તમામ પ્રકારની ઊર્જાની સંપૂર્ણતા એકલ તરીકે ગણવામાં આવે છે સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા .

ઉપર દર્શાવેલ થર્મોડાયનેમિક્સનો વિષય આ વિજ્ઞાનની પદ્ધતિ અને સીમાઓને વ્યાખ્યાયિત કરે છે. ઉષ્મા અને કાર્ય વચ્ચેનો તફાવત, થર્મોડાયનેમિક્સ દ્વારા પ્રારંભિક બિંદુ તરીકે સ્વીકારવામાં આવે છે, અને કામ કરવા માટે ગરમીનો વિરોધ માત્ર ઘણા પરમાણુઓ ધરાવતા શરીર માટે જ અર્થપૂર્ણ છે, કારણ કે એક પરમાણુ અથવા થોડી સંખ્યામાં પરમાણુઓના સંગ્રહ માટે ગરમીની વિભાવનાઓ છે. અને કાર્ય તેનો અર્થ ગુમાવે છે. તેથી, થર્મોડાયનેમિક્સ માત્ર એવા શરીરને જ ગણે છે જેમાં મોટી સંખ્યામાં પરમાણુઓ હોય છે, જેને કહેવાતા મેક્રોસ્કોપિક સિસ્ટમ્સ,તદુપરાંત, તેના શાસ્ત્રીય સ્વરૂપમાં થર્મોડાયનેમિક્સ વ્યક્તિગત પરમાણુઓના વર્તન અને ગુણધર્મોને ધ્યાનમાં લેતા નથી.

થર્મોડાયનેમિક પદ્ધતિ એ હકીકત દ્વારા પણ વર્ગીકૃત થયેલ છે કે અભ્યાસનો હેતુ એક શરીર અથવા શરીરનો સમૂહ છે જે ભૌતિક વિશ્વથી અલગ પડે છે. થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમ (ત્યારબાદ સરળ રીતે કહેવાય છે સિસ્ટમ).

સિસ્ટમની અમુક સીમાઓ છે જે તેને બહારની દુનિયા (પર્યાવરણ) થી અલગ કરે છે.

સિસ્ટમ છે સમાન , જો તેના દરેક પરિમાણો સિસ્ટમના તમામ ભાગોમાં સમાન મૂલ્ય ધરાવે છે અથવા બિંદુથી બિંદુ સુધી સતત બદલાતા રહે છે.

સિસ્ટમ છે વિજાતીય , જો તેમાં ઘણા મેક્રોસ્કોપિક (ઘણા અણુઓના બદલામાં સમાવિષ્ટ) ભાગોનો સમાવેશ થાય છે, જે દૃશ્યમાન ઇન્ટરફેસ દ્વારા એકબીજાથી અલગ પડે છે. આ સપાટીઓ પર, કેટલાક પરિમાણો અચાનક બદલાય છે. આ, ઉદાહરણ તરીકે, સિસ્ટમ છે "ઘન મીઠું - સંતૃપ્ત જલીય મીઠાનું દ્રાવણ - સંતૃપ્ત પાણીની વરાળ". અહીં, મીઠું - દ્રાવણ અને દ્રાવણ - વરાળની સીમાઓ પર, રચના અને ઘનતા અચાનક બદલાય છે.

દૃશ્યમાન ઇન્ટરફેસ દ્વારા અન્ય ભાગોથી અલગ પડેલા સિસ્ટમના સજાતીય ભાગો કહેવામાં આવે છે તબક્કાઓ . આ કિસ્સામાં, સમાન ભૌતિક અને થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મો ધરાવતા સિસ્ટમના વ્યક્તિગત સજાતીય ભાગોના સમૂહને એક તબક્કો ગણવામાં આવે છે (ઉદાહરણ તરીકે, એક પદાર્થના સ્ફટિકોનો સમૂહ અથવા ગેસમાં લટકેલા પ્રવાહી ટીપાઓનો સમૂહ અને ધુમ્મસ બનાવે છે. ). સિસ્ટમનો દરેક તબક્કો રાજ્યના પોતાના સમીકરણ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

એક સિસ્ટમ કે જે તેના પર્યાવરણ સાથે પદાર્થ અને ઊર્જા (ગરમી અથવા કાર્યના સ્વરૂપમાં) નું વિનિમય કરી શકતી નથી તેને કહેવામાં આવે છે અલગ .

એક સિસ્ટમ કે જે તેના પર્યાવરણ સાથે પદાર્થ અને ઊર્જા (ગરમી અથવા કાર્યના સ્વરૂપમાં) વિનિમય કરી શકે છે તેને કહેવામાં આવે છે ખુલ્લા.

એવી સિસ્ટમ કે જે તેના પર્યાવરણ સાથે દ્રવ્યનું વિનિમય કરી શકતી નથી, પરંતુ ઊર્જાનું વિનિમય કરી શકે છે (ગરમી અથવા કાર્યના સ્વરૂપમાં), તેને કહેવામાં આવે છે બંધ .

થર્મોડાયનેમિક્સ સમગ્ર ભૌતિક પ્રણાલીના આવા માપી શકાય તેવા ગુણધર્મો અને તેના મેક્રોસ્કોપિક ભાગો (તબક્કાઓ), જેમ કે તાપમાન, દબાણ, સમૂહ, ઘનતા અને સિસ્ટમમાં સમાવિષ્ટ તબક્કાઓની રાસાયણિક રચના અને કેટલાક અન્ય ગુણધર્મો વચ્ચેના પરસ્પર સંબંધનો અભ્યાસ કરે છે. તેમજ આ ગુણધર્મોમાં ફેરફાર વચ્ચેનો સંબંધ.

થર્મોડાયનેમિક્સ દ્વારા અભ્યાસ કરાયેલ ગુણધર્મોનો સમૂહ (કહેવાતા સિસ્ટમના થર્મોડાયનેમિક પરિમાણો) નક્કી કરે છે સિસ્ટમની થર્મોડાયનેમિક સ્થિતિ.કોઈપણ થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મોમાં ફેરફાર (ભલે એક જ હોય તો પણ) સિસ્ટમની થર્મોડાયનેમિક સ્થિતિમાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે.

પ્રકૃતિમાં જોવા મળતી તમામ પ્રક્રિયાઓને સ્વયંસ્ફુરિત (કુદરતી) અને બિન-સ્વયંસ્ફુરિતમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.

સ્વયંભૂ પ્રક્રિયાઓ- આ એવી પ્રક્રિયાઓ છે જેને બાહ્ય ઊર્જા ખર્ચની જરૂર નથી. ઉદાહરણ તરીકે, ઊંચા તાપમાનવાળા શરીરમાંથી નીચા તાપમાનવાળા શરીરમાં ગરમીનું ટ્રાન્સફર, પાણીમાં મીઠાનું વિસર્જન વગેરે જાતે જ થાય છે.

બિન-સ્વયંસ્ફુરિત પ્રક્રિયાઓતેમની ઘટના માટે બાહ્ય ઊર્જા ઇનપુટ્સની જરૂર પડે છે, ઉદાહરણ તરીકે, નાઇટ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં હવાનું વિભાજન.

થર્મોડાયનેમિક્સમાં, અમે મુખ્યત્વે સિસ્ટમની આવી સ્થિતિઓને ધ્યાનમાં લઈએ છીએ જેમાં તેના પરિમાણો (તાપમાન, દબાણ, ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક સંભવિત, વગેરે) સમયસર સ્વયંભૂ બદલાતા નથી અને વ્યક્તિગત તબક્કાઓના વોલ્યુમના તમામ બિંદુઓ પર સમાન મૂલ્ય ધરાવે છે. આવા રાજ્યો કહેવામાં આવે છે સંતુલન.

થર્મોડાયનેમિક્સના મૂળભૂત ધારણાઓમાંનું એક નિવેદન છે કે કોઈપણ સ્વયંસ્ફુરિત પ્રક્રિયાનો કોર્સ આખરે અલગ સિસ્ટમને સંતુલન સ્થિતિમાં લાવે છે, જ્યારે તેના ગુણધર્મો હવે બદલાશે નહીં, એટલે કે, સિસ્ટમમાં સંતુલન સ્થાપિત થાય છે.

તબક્કામાં તાપમાન, દબાણ અને રચનાના અસમાન અને સમય-વિવિધ વિતરણ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ રાજ્યો છે અસંતુલન. તેમને બિનસંતુલન (ઉલટાવી શકાય તેવી) પ્રક્રિયાઓના થર્મોડાયનેમિક્સ દ્વારા ગણવામાં આવે છે, જેમાં, મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક કાયદાઓ ઉપરાંત, વધારાની ધારણાઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

થર્મોડાયનેમિક્સ, થર્મોડાયનેમિક્સના મૂળભૂત નિયમોના આધારે બનાવવામાં આવે છે, જેને અનુભવના સામાન્યીકરણ તરીકે ગણવામાં આવે છે, તેને ઘણીવાર કહેવામાં આવે છે. શાસ્ત્રીયઅથવા અસાધારણ થર્મોડાયનેમિક્સ.થર્મોડાયનેમિક્સ હીટ એન્જિનના અભ્યાસ માટે સૈદ્ધાંતિક આધાર પૂરો પાડે છે; આ વિભાગ કહેવામાં આવે છે તકનીકી થર્મોડાયનેમિક્સ.થર્મોડાયનેમિક દૃષ્ટિકોણથી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓના અભ્યાસ સાથે વ્યવહાર કરે છે રાસાયણિક થર્મોડાયનેમિક્સ,જે ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રની મુખ્ય શાખાઓમાંની એક છે.

§ 3. ગરમી અને કામ

એક શરીરમાંથી બીજા શરીરમાં સંક્રમણ દરમિયાન ગતિના સ્વરૂપોમાં થતા ફેરફારો અને ઊર્જાના અનુરૂપ પરિવર્તનો ખૂબ જ વૈવિધ્યસભર છે. ગતિના સંક્રમણના સ્વરૂપો અને તેની સાથે સંકળાયેલ ઊર્જા સંક્રમણોને બે જૂથોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.

પ્રથમ જૂથમાં બે સંપર્ક કરતી સંસ્થાઓના પરમાણુઓની અસ્તવ્યસ્ત અથડામણ દ્વારા ગતિના સંક્રમણના માત્ર એક સ્વરૂપનો સમાવેશ થાય છે, એટલે કે. થર્મલ વહન દ્વારા (અને તે જ સમયે રેડિયેશન દ્વારા). આ રીતે પ્રસારિત ચળવળનું માપ છે ગરમી .

બીજા જૂથમાં ગતિના સંક્રમણના વિવિધ સ્વરૂપોનો સમાવેશ થાય છે, જેનું સામાન્ય લક્ષણ નિર્દેશિત પ્રકૃતિના કોઈપણ બાહ્ય દળોના પ્રભાવ હેઠળ મેક્રોસ્કોપિક જનતાની હિલચાલ છે. આ છે ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્રે શરીરનું ઉત્થાન, ઉચ્ચ ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક સંભવિતમાંથી ચોક્કસ માત્રામાં વીજળીનું સંક્રમણ, દબાણ હેઠળ ગેસનું વિસ્તરણ વગેરે. આવી પદ્ધતિઓ દ્વારા પ્રસારિત ચળવળનું સામાન્ય માપ છે જોબ .

ગરમી અને કાર્ય ભૌતિક વિશ્વના એક ભાગમાંથી બીજા ભાગમાં ગતિના સ્થાનાંતરણના ગુણાત્મક અને માત્રાત્મક રીતે બે અલગ અલગ સ્વરૂપો દર્શાવે છે.

ગતિનું સ્થાનાંતરણ એ પદાર્થની એક અનન્ય જટિલ ચળવળ છે, જેના બે મુખ્ય સ્વરૂપો આપણે અલગ પાડીએ છીએ. ગરમી અને કાર્ય એ દ્રવ્યની ગતિના આ બે જટિલ સ્વરૂપોના માપદંડ છે, અને તેને ઊર્જાના સ્વરૂપો તરીકે ગણવા જોઈએ.

ગરમી અને કાર્યની સામાન્ય મિલકત એ છે કે તે ફક્ત તે સમયગાળા દરમિયાન જ નોંધપાત્ર છે જેમાં આ પ્રક્રિયાઓ થાય છે. આવી પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન, કેટલાક શરીરમાં ચોક્કસ સ્વરૂપોમાં હલનચલન ઘટે છે અને અનુરૂપ ઊર્જા ઘટે છે, જ્યારે અન્ય સંસ્થાઓમાં સમાન અથવા અન્ય સ્વરૂપોમાં ચળવળ વધે છે અને અનુરૂપ પ્રકારની ઊર્જા વધે છે.

આપણે કોઈ શરીરમાં ઉષ્માના ભંડાર કે કાર્યની વાત નથી કરી રહ્યા, પરંતુ માત્ર ગરમી અને ચોક્કસ પ્રક્રિયાના કાર્ય વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ. તેના પૂર્ણ થયા પછી, શરીરમાં ગરમી અથવા કાર્યની હાજરી વિશે વાત કરવાની જરૂર નથી.

§ 4. ગરમી અને કાર્યની સમાનતા

તેમના પરસ્પર સંક્રમણો દરમિયાન ગરમી અને કાર્ય વચ્ચેનો સતત સમાન સંબંધ ડી.પી. જૌલ (1842-1867) ના શાસ્ત્રીય પ્રયોગોમાં સ્થાપિત થયો હતો. એક લાક્ષણિક જુલ પ્રયોગ નીચે મુજબ છે.

ગરમીના યાંત્રિક સમકક્ષ નિર્ધારણ માટે જૌલ ઉપકરણ.

જાણીતી ઉંચાઈથી આવતા વજન કેલરીમીટરમાં સ્થિત પાણીમાં ડૂબેલા સ્ટિરરને ફેરવે છે (પાણી સાથેનું વજન અને કેલરીમીટર થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમ બનાવે છે.) પાણીમાં સ્ટિરર બ્લેડના પરિભ્રમણથી કેલરીમીટરમાં પાણી ગરમ થાય છે; તાપમાનમાં અનુરૂપ વધારો માત્રાત્મક રીતે નોંધાયેલ છે.

આ પ્રક્રિયા પૂર્ણ થયા પછી, સિસ્ટમને તેની મૂળ સ્થિતિમાં પરત કરવી આવશ્યક છે. આ માનસિક અનુભવ દ્વારા કરી શકાય છે. લોડ તેમની મૂળ ઊંચાઈ સુધી વધે છે, જ્યારે બાહ્ય કાર્ય ખર્ચવામાં આવે છે, જે સિસ્ટમની ઊર્જામાં વધારો કરે છે. વધુમાં, ગરમીને તેના મૂળ તાપમાને ઠંડુ કરીને કેલરીમીટરમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે (પર્યાવરણમાં સ્થાનાંતરિત). આ ઓપરેશન્સ સિસ્ટમને તેની મૂળ સ્થિતિમાં પરત કરે છે, એટલે કે, સિસ્ટમના તમામ માપી શકાય તેવા ગુણધર્મો તે જ મૂલ્યો પ્રાપ્ત કરે છે જે તેઓ મૂળ સ્થિતિમાં હતા. પ્રક્રિયા કે જે દરમિયાન સિસ્ટમના ગુણધર્મો બદલાયા, અને જેના અંતે તે તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછી આવી, તેને કહેવામાં આવે છે ગોળાકાર (ચક્રીય) પ્રક્રિયા અથવા ચક્ર .

વર્ણવેલ ચક્રનું એકમાત્ર પરિણામ એ છે કે સિસ્ટમની આસપાસના વાતાવરણમાંથી કાર્યને દૂર કરવું, અને કેલરીમીટરથી આ વાતાવરણમાં લેવામાં આવતી ગરમીનું સ્થાનાંતરણ.

આ બે જથ્થાઓની સરખામણી, યોગ્ય એકમોમાં માપવામાં આવે છે, તેમની વચ્ચે સતત સંબંધ દર્શાવે છે, જે લોડના કદ, કેલરીમીટરના કદ અને વિવિધ પ્રયોગોમાં ગરમી અને કાર્યની ચોક્કસ માત્રાથી સ્વતંત્ર છે.

અનંત (પ્રાથમિક) ગરમીના સરવાળા (અવિભાજ્ય) તરીકે ચક્રીય પ્રક્રિયામાં ગરમી લખવા અને કાર્ય કરવાની સલાહ આપવામાં આવે છે  પ્રઅને અનંત (પ્રાથમિક) કાર્યો  ડબલ્યુ, અને એકીકરણની પ્રારંભિક અને અંતિમ મર્યાદાઓ એકરૂપ થાય છે (ચક્ર).

પછી ચક્રીય પ્રક્રિયામાં ગરમી અને કાર્યની સમાનતા નીચે પ્રમાણે લખી શકાય છે:

(હું, 1)

સમીકરણમાં (I, 1) ચિહ્ન ચક્ર પર એકીકરણ સૂચવે છે. ગુણાંકની સ્થિરતા k ગરમી અને કાર્યની સમાનતાને પ્રતિબિંબિત કરે છે ( k- ગરમીની યાંત્રિક સમકક્ષ). સમીકરણ (I, 1) કામને ગરમીમાં રૂપાંતરિત કરવાના ચોક્કસ, ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ કેસ માટે ઊર્જાના સંરક્ષણના કાયદાને વ્યક્ત કરે છે.

જૌલ, રોલેન્ડ (1880), મિક્યુલેસ્કુ (1892) અને અન્યોના અભ્યાસમાં, ધાતુઓમાં ઘર્ષણની પદ્ધતિઓ, અસર, વિદ્યુત પ્રવાહના કામનું ગરમીમાં સીધું રૂપાંતર, ઘન પદાર્થોનું ખેંચાણ વગેરેનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. ગુણાંક k પ્રાયોગિક ભૂલમાં હંમેશા સ્થિર.

નીચેની ચર્ચામાં હંમેશા એવું માનવામાં આવે છે કે ગુણાંકનો ઉપયોગ કરીને કાર્ય અને ગરમી kસમાન એકમોમાં દર્શાવવામાં આવે છે (ભલે તે કોઈપણ હોય) અને ગુણાંક kધોધ

§ 5. આંતરિક ઊર્જા

બિન-ગોળાકાર પ્રક્રિયા માટે, સમાનતા (I, 1) સંતુષ્ટ નથી, કારણ કે સિસ્ટમ તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછી આવતી નથી. તેના બદલે, બિન-ગોળાકાર પ્રક્રિયા માટેની સમાનતાઓ લખી શકાય છે (ગુણાંકને બાદ કરતાં k):

≠

એકીકરણની મર્યાદા સામાન્ય કેસમાં મનસ્વી હોવાથી, પછી પ્રાથમિક જથ્થાઓ માટે  ડબલ્યુ અને  પ્ર:

પ્ર   ડબલ્યુ,

તેથી:

પ્ર – ડબલ્યુ  0

ચાલો તફાવત દર્શાવીએ  પ્ર –  ડબલ્યુદ્વારા કોઈપણ પ્રાથમિક થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયા માટે ડીયુ:

ડીયુ   પ્ર – ડબલ્યુ (હું, 2)

અથવા અંતિમ પ્રક્રિયા માટે:

–
(I, 2a)

પરિપત્ર પ્રક્રિયા પર પાછા ફરીને, અમે (સમીકરણ I, 1 માંથી) મેળવીએ છીએ:

=
–
= 0 (I, 3)

આમ, મૂલ્ય ડીયુ સિસ્ટમની સ્થિતિના અમુક કાર્યનો કુલ તફાવત છે. જ્યારે સિસ્ટમ તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછી આવે છે (ચક્રીય ફેરફાર પછી), આ કાર્યનું મૂલ્ય તેની મૂળ કિંમત પ્રાપ્ત કરે છે.

સિસ્ટમ સ્થિતિ કાર્યયુ , સમાનતાઓ દ્વારા વ્યાખ્યાયિત (આઈ, 2) અથવા (આઈ, 2a), કહેવાય છેઆંતરિક ઊર્જા સિસ્ટમો .

દેખીતી રીતે, અભિવ્યક્તિ (I, 2a) નીચે પ્રમાણે લખી શકાય છે:

= યુ 2 – યુ 1 = ∆ યુ = – (I, 2b)

યુ 2 – યુ 1 = ∆U = Q – W

આ તર્ક પ્રાયોગિક રીતે સિસ્ટમની સ્થિતિના ચોક્કસ કાર્યની હાજરીને સાબિત કરે છે, જે સિસ્ટમની તમામ હિલચાલના કુલ માપનો અર્થ ધરાવે છે.

બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, આંતરિક ઊર્જામાં પરમાણુઓની અનુવાદાત્મક અને રોટેશનલ ઊર્જા, પરમાણુમાં અણુઓ અને અણુઓના જૂથોની સ્પંદન ઊર્જા, ઇલેક્ટ્રોન ગતિની ઊર્જા, ઇન્ટ્રાન્યુક્લિયર અને અન્ય પ્રકારની ઊર્જાનો સમાવેશ થાય છે, એટલે કે તમામ પ્રકારની ઊર્જાની સંપૂર્ણતા. સિસ્ટમની સંભવિત અને ગતિ ઊર્જાના અપવાદ સાથે સિસ્ટમમાંના કણો.

ચાલો ધારીએ કે ચક્રીય પ્રક્રિયા એવી રીતે હાથ ધરવામાં આવી હતી કે સિસ્ટમ તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછી આવી તે પછી, સિસ્ટમની આંતરિક ઉર્જા પ્રારંભિક મૂલ્ય પર ન હતી, પરંતુ વધી હતી. આ કિસ્સામાં, ચક્રાકાર પ્રક્રિયાઓનું પુનરાવર્તન સિસ્ટમમાં ઊર્જાના સંચયનું કારણ બનશે. આ ઉર્જાને કાર્યમાં રૂપાંતરિત કરવું અને આ રીતે ગરમીના ખર્ચે નહીં, પરંતુ "કંઈપણથી બહાર" કામ મેળવવું શક્ય બનશે, કારણ કે ગોળાકાર પ્રક્રિયામાં કામ અને ગરમી એકબીજાને સમકક્ષ છે, જેમ કે સીધા પ્રયોગો દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું છે.

નિર્દિષ્ટ બાંધકામ ચક્ર હાથ ધરવા માટે અસમર્થતા પ્રથમ પ્રકારનું શાશ્વત ગતિ મશીન (પરપેચ્યુઅલ મોબાઈલ),અન્ય પ્રકારની ઊર્જાની સમકક્ષ રકમનો ખર્ચ કર્યા વિના કામ આપવું, હજારો વર્ષોના માનવ અનુભવના નકારાત્મક પરિણામ દ્વારા સાબિત થયું છે. આ પરિણામ એ જ નિષ્કર્ષ તરફ દોરી જાય છે જે આપણે જૌલના પ્રયોગોનું વિશ્લેષણ કરીને ચોક્કસ, પરંતુ વધુ સખત સ્વરૂપમાં મેળવ્યું છે.

ચાલો ફરીથી મેળવેલ પરિણામ ઘડીએ. ચક્રીય પ્રક્રિયાના પરિણામે સિસ્ટમનો કુલ ઊર્જા અનામત (તેની આંતરિક ઊર્જા) તેના મૂળ મૂલ્યમાં પાછી આવે છે, એટલે કે આપેલ સ્થિતિમાં સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જાનું એક ચોક્કસ મૂલ્ય હોય છે અને તે સિસ્ટમમાં શું ફેરફારો થયા તેના પર નિર્ભર નથી. તે આ રાજ્યમાં આવે તે પહેલાં.

બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા સિસ્ટમની સ્થિતિનું એક અસ્પષ્ટ, સતત અને મર્યાદિત કાર્ય છે.

સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફાર અભિવ્યક્તિ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે (I, 2b); પરિપત્ર પ્રક્રિયા માટે, અભિવ્યક્તિ (I, 3) માન્ય છે. સિસ્ટમના કેટલાક ગુણધર્મો (પરિમાણો) માં અનંત ફેરફાર સાથે, સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા પણ અનંત નાનો બદલાય છે. આ સતત કાર્યની મિલકત છે.

થર્મોડાયનેમિક્સની અંદર આંતરિક ઊર્જાના ખ્યાલની સામાન્ય વ્યાખ્યાનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર નથી. અભિવ્યક્તિઓ (I, 2) અથવા (I, 2a) દ્વારા ઔપચારિક જથ્થાત્મક નિર્ધારણ આગળના તમામ થર્મોડાયનેમિક તર્ક અને તારણો માટે પૂરતું છે.

સિસ્ટમની આંતરિક ઉર્જા તેના રાજ્યનું કાર્ય હોવાથી, પછી, જેમ કે પહેલાથી જ કહેવામાં આવ્યું છે, સિસ્ટમના રાજ્યોના પરિમાણોમાં અનંત ફેરફારો સાથે આંતરિક ઊર્જામાં વધારો એ રાજ્યના કાર્યનો કુલ તફાવત છે. રાજ્યમાંથી પાથના વિભાગો પર સમીકરણ (I, 3) માં અવિભાજ્યને બે અભિન્ન ભાગોમાં વિભાજિત કરવું 1 સીધા મુદ્દા પર 2 (પાથ “a”) (જુઓ ફિગ. I) અને પાછળ - રાજ્યમાંથી 2

એડવાન્સ કોર્સ ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર 6 પરીક્ષા શિસ્તમાં નિપુણતા મેળવતા પહેલા “અદ્યતન અભ્યાસક્રમ ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર"જ જોઈએ... દ્વારા ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર. / વી.વી દ્વારા સંપાદિત. બુડાનોવા, એન.કે. વોરોબ્યોવા. - એલ.: રસાયણશાસ્ત્ર, 1986. - 352 પૃ. પર પ્રેક્ટિકલ વર્ક ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર ...

શિસ્તમાં કાર્ય કાર્યક્રમ: વિશેષતા 060601 મેડિકલ બાયોકેમિસ્ટ્રી માટે "ઓર્ગેનિક અને ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર", ગ્રેજ્યુએટ લાયકાત કોડ (65 નિષ્ણાત) અભ્યાસનું સ્વરૂપ (સંપૂર્ણ સમય)

વર્કિંગ પ્રોગ્રામ

વિભાગમાં પુસ્તકાલયમાં 1 ઓર્ગેનિક અને ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર(ઓર્ગેનિક રસાયણશાસ્ત્ર, ભાગ I). V.A. સ્ટાર્ટસેવા, L.E. નિકિટિના, N.P. ... વિભાગમાં પુસ્તકાલયમાં 1 ઓર્ગેનિક અને ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર(ઓર્ગેનિક રસાયણશાસ્ત્ર, ભાગ I). V.A. સ્ટાર્ટસેવા, L.E. નિકિટિના, N.P. ...

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રમાં ટેસ્ટ નંબર 2

દસ્તાવેજ

ટેસ્ટ નંબર 2 પર ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રવિકલ્પ 2 તાપમાન શું છે... ટેસ્ટ નંબર 2 પર ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રવિકલ્પ 3 ભૌતિક અને રાસાયણિક જથ્થાઓની સૂચિ બનાવો... ટેસ્ટ નંબર 2 ચાલુ ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રવિકલ્પ 12 નિર્ધારણ ઇલેક્ટ્રોડ્સ. ...

કેમિકલ ટેક્નોલોજી ફેકલ્ટી અને કન્સ્ટ્રક્શન મટિરિયલ્સ સાયન્સ ફેકલ્ટીના પૂર્ણ-સમયના વિદ્યાર્થીઓ માટે ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમ પર પ્રયોગશાળાના કાર્ય નંબર 4 માટે પદ્ધતિસરની માર્ગદર્શિકા

ટૂલકીટ

પર પ્રેક્ટિસમાં સમતુલા સ્થિરતાના મૂલ્યો ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રઘણી વખત લેબોરેટરીમાં કામ થાય છે... પી. 3. પેટ્રોવ એન.એ., ચેરેપાનોવ વી.એ. એરમિશિના યુ.એ. પર વર્કશોપ ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર. ટૂલકીટ. એકટેરિનબર્ગ: પ્રકાશન...

વિશેષતા માટે પ્રવેશ પરીક્ષા કાર્યક્રમ 02.00.04 "ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર"

કાર્યક્રમ

સંતુલન // એમ.: ધાતુશાસ્ત્ર.-1988.-560 પી. વેલ ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર/ હું અને. ગેરાસિમોવ, વી.પી. ડ્રાઇવિંગ, E.I. એર્મિન એટ અલ.: હેઠળ... .- 1980.- 180 પૃષ્ઠ. ગોર્શકોવ B.I., કુઝનેત્સોવ I.A. / મૂળભૂત ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર. 2જી આવૃત્તિ. // એમ.: મોસ્કો યુનિવર્સિટી પબ્લિશિંગ હાઉસ...

થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમ- એક શરીર અથવા સંસ્થાઓનું જૂથ જે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, માનસિક રીતે અથવા વાસ્તવમાં પર્યાવરણથી અલગ પડે છે.

સજાતીય સિસ્ટમ- એક એવી સિસ્ટમ કે જેની અંદર સિસ્ટમના ભાગો (તબક્કાઓ) ને અલગ કરતી કોઈ સપાટીઓ નથી જે ગુણધર્મોમાં ભિન્ન હોય.

વિજાતીય સિસ્ટમ- એક સિસ્ટમ કે જેમાં સિસ્ટમના ભાગોને અલગ પાડતી સપાટીઓ હોય છે જે ગુણધર્મોમાં ભિન્ન હોય છે.

તબક્કો- વિજાતીય સિસ્ટમના સજાતીય ભાગોનો સમૂહ, ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં સમાન, દૃશ્યમાન ઇન્ટરફેસ દ્વારા સિસ્ટમના અન્ય ભાગોથી અલગ.

અલગ સિસ્ટમ- એક એવી સિસ્ટમ કે જે પર્યાવરણ સાથે દ્રવ્ય અથવા ઊર્જાનું વિનિમય કરતી નથી.

બંધ સિસ્ટમ- એક સિસ્ટમ કે જે પર્યાવરણ સાથે ઊર્જાનું વિનિમય કરે છે, પરંતુ પદાર્થનું વિનિમય કરતું નથી.

ઓપન સિસ્ટમ- એક સિસ્ટમ કે જે પર્યાવરણ સાથે દ્રવ્ય અને ઊર્જા બંનેનું વિનિમય કરે છે.

સ્થિતિ વિકલ્પો- વિચારણા હેઠળની સિસ્ટમની કોઈપણ મેક્રોસ્કોપિક મિલકતને દર્શાવતી માત્રા.

થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયા- સિસ્ટમની થર્મોડાયનેમિક સ્થિતિમાં કોઈપણ ફેરફાર (ઓછામાં ઓછા એક રાજ્ય પરિમાણમાં ફેરફાર).

ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા- એક પ્રક્રિયા કે જે પર્યાવરણમાં બાકી રહેલા કોઈપણ ફેરફારો વિના સિસ્ટમને તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછા આવવા દે છે.

સંતુલન પ્રક્રિયા- એવી પ્રક્રિયા કે જેમાં સિસ્ટમ સંતુલન અવસ્થાની અનંત નજીક અવસ્થાઓની સતત શ્રેણીમાંથી પસાર થાય છે. સંતુલન પ્રક્રિયાની લાક્ષણિકતાઓ:

1) અભિનય અને વિરોધી દળો વચ્ચે અનંત તફાવત: F ભૂતપૂર્વ - F માં > 0;

2) સિસ્ટમ સીધી પ્રક્રિયામાં મહત્તમ કાર્ય કરે છે | ડબલ્યુ| = મહત્તમ

3) એક અનંત ધીમી પ્રક્રિયા, જે અભિનય દળોમાં અનંત નાના તફાવત અને અસંખ્ય મધ્યવર્તી અવસ્થાઓ સાથે સંકળાયેલ છે. t > ?.

સ્વયંભૂ પ્રક્રિયા- એક પ્રક્રિયા કે જે બહારથી કામના ખર્ચ વિના થઈ શકે છે, અને પરિણામે, જે સિસ્ટમની સ્થિતિમાં ફેરફાર થયો છે તેના પ્રમાણમાં કામ મેળવી શકાય છે. સ્વયંસ્ફુરિત પ્રક્રિયા થઈ શકે છે ઉલટાવી શકાય તેવુંઅથવા ઉલટાવી શકાય તેવું

સ્વયંસ્ફુરિત પ્રક્રિયા- એક પ્રક્રિયા કે જેમાં સિસ્ટમની સ્થિતિમાં ફેરફારના પ્રમાણસર રકમમાં બહારથી કામનો ખર્ચ જરૂરી છે.

ઉર્જા- સિસ્ટમની કાર્ય કરવાની ક્ષમતાનું માપ; પદાર્થની હિલચાલ અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું સામાન્ય ગુણાત્મક માપ. ઊર્જા એ પદાર્થની અભિન્ન મિલકત છે. ભેદ પાડવો સંભવિત ઊર્જા,ચોક્કસ દળોના ક્ષેત્રમાં શરીરની સ્થિતિ દ્વારા કન્ડિશન્ડ, અને ગતિ ઊર્જા,અવકાશમાં શરીરની સ્થિતિમાં ફેરફારને કારણે.

સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા યુ - સિસ્ટમ બનાવે છે તે તમામ કણોની ગતિ અને સંભવિત ઊર્જાનો સરવાળો. તમે સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જાને તેની કુલ ઊર્જા બાદ સમગ્ર સિસ્ટમની ગતિ અને સંભવિત ઊર્જા તરીકે પણ વ્યાખ્યાયિત કરી શકો છો. [ યુ]= જે.

ગરમી પ્ર - અણુઓની અવ્યવસ્થિત હિલચાલ દ્વારા, બે સંપર્ક કરતી સંસ્થાઓના પરમાણુઓની અસ્તવ્યસ્ત અથડામણ દ્વારા, એટલે કે, થર્મલ વાહકતા દ્વારા (અને તે જ સમયે રેડિયેશન દ્વારા) ઊર્જા સ્થાનાંતરણનું એક સ્વરૂપ. સ > 0 જો સિસ્ટમ પર્યાવરણમાંથી ગરમી મેળવે છે. [ પ્ર]= જે.

જોબ ડબલ્યુ - કોઈપણ દળોના પ્રભાવ હેઠળ કણો (મેક્રોસ્કોપિક માસ) ની ક્રમબદ્ધ હિલચાલ દ્વારા ઊર્જા ટ્રાન્સફરનું એક સ્વરૂપ. W> 0 જો પર્યાવરણ સિસ્ટમ પર કામ કરે છે. [W] = J.

બધા કામ વિભાજિત થયેલ છે વિસ્તરણનું યાંત્રિક કાર્ય (અથવા સંકોચન)અને અન્ય પ્રકારના કામ (ઉપયોગી કાર્ય): ? W = -pdV + ?W?.

ઘન અને પ્રવાહીની પ્રમાણભૂત સ્થિતિ- દબાણ હેઠળ આપેલ તાપમાન પર શુદ્ધ પદાર્થની સ્થિર સ્થિતિ p = 1 એટીએમ.

શુદ્ધ ગેસની પ્રમાણભૂત સ્થિતિ- ગેસની સ્થિતિ જે 1 એટીએમના દબાણ પર આદર્શ ગેસની સ્થિતિના સમીકરણનું પાલન કરે છે.

માનક મૂલ્યો- પ્રમાણભૂત સ્થિતિમાં પદાર્થો માટે નિર્ધારિત મૂલ્યો (સુપરસ્ક્રિપ્ટ 0 દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે).

1.1. થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ

ઊર્જા અવિનાશી અને નિર્મિત છે; તે માત્ર એક સ્વરૂપમાંથી બીજા સ્વરૂપમાં સમાન પ્રમાણમાં પસાર થઈ શકે છે.

થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ એ એક અનુમાન છે - તે તાર્કિક રીતે સાબિત કરી શકાતું નથી અથવા વધુ સામાન્ય જોગવાઈઓમાંથી અનુમાનિત કરી શકાતું નથી.

થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ ગરમી વચ્ચેનો સંબંધ સ્થાપિત કરે છે પ્ર,કામ ડબલ્યુઅને સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફાર? યુ.

અલગ સિસ્ટમ

એક અલગ સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા સતત રહે છે.

યુ = const અથવા dU = 0

બંધ સિસ્ટમ

બંધ સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફાર સિસ્ટમને અપાતી ગરમી અને/અથવા સિસ્ટમ પર કરવામાં આવેલા કામને કારણે થાય છે.

?U =Q +Wઅથવા dU = ?સ + ? ડબલ્યુ

ઓપન સિસ્ટમ

ઓપન સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફાર સિસ્ટમને અપાતી ગરમી અને/અથવા સિસ્ટમ પર કરવામાં આવેલા કાર્યને કારણે તેમજ સિસ્ટમના સમૂહમાં ફેરફારને કારણે થાય છે.

?U =Q +W + ?U mઅથવા dU = ?સ + ? W+ i?યુ i dn i

આંતરિક ઊર્જા રાજ્યનું કાર્ય છે; શું આનો અર્થ એ છે કે આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફાર? યુરાજ્ય 1 થી રાજ્ય 2 માં સિસ્ટમના સંક્રમણના માર્ગ પર નિર્ભર નથી અને આંતરિક ઊર્જા મૂલ્યોમાં તફાવત સમાન છે U 2અને યુ 1આ રાજ્યોમાં:

?U =U 2 – U 1

કેટલીક પ્રક્રિયા માટે:

?U = ?(v i U i) npod – ?(v i U i) સંદર્ભ

1.2. સજાતીય એક-ઘટક બંધ સિસ્ટમો માટે થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ કાયદાનો ઉપયોગ

આઇસોકોરિક પ્રક્રિયા (વી = const; ?વી = 0)

સરળ કિસ્સામાં, કોઈ ઉપયોગી કાર્ય કરવામાં આવતું નથી.

dU = ?સ + ? ડબલ્યુ = ?પ્ર - pdV dU = ?Q v = C V dT = nC V dT

સિસ્ટમ દ્વારા પ્રાપ્ત ગરમીનો સંપૂર્ણ જથ્થો આંતરિક ઉર્જાને બદલવામાં જાય છે.

– સ્થિર વોલ્યુમ પર ગરમીની ક્ષમતા,એટલે કે, સતત વોલ્યુમ પર સિસ્ટમના તાપમાનને એક ડિગ્રી વધારવા માટે જરૂરી ગરમીનું પ્રમાણ. [ સીવી] = જે/ડિગ્રી

સીવી- સ્થિર જથ્થા પર દાઢ ગરમી ક્ષમતા, J/(mol? deg). આદર્શ વાયુઓ માટે:

C V = 2/3 R- મોનોટોમિક ગેસ;

C V = 5/2 R- ડાયટોમિક ગેસ.

આઇસોબેરિક પ્રક્રિયા (આર = કોન્સ્ટ) dU = ?સ + ? W = ?Q – pdV ?Q p = dU + pdV = d(U + pV) = dH

H = U + pV – એન્થાલ્પી- સિસ્ટમ રાજ્યનું કાર્ય.

?Н = ?(? i U i)ઉત્પાદન - ?(? i U i)સંદર્ભ

?Q p = dU + pdV = dH = C p dT –આઇસોબેરિક પ્રક્રિયાની થર્મલ અસર સિસ્ટમના એન્થાલ્પીમાં ફેરફાર સમાન છે.

– સતત દબાણ પર ગરમીની ક્ષમતા. [સાથે] = J/deg.

સી આર- સતત દબાણ પર દાળની ગરમીની ક્ષમતા, J/(mol? deg).

આદર્શ વાયુઓ માટે: C r = C V + R; C p, C V =[J/(mol K)].

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની થર્મલ અસર (ગરમી).- સ્થિર તાપમાને પ્રતિક્રિયા દરમિયાન મુક્ત અથવા શોષાયેલી ગરમીનું પ્રમાણ.

Qv = ?UV Qp = ?ઉપર તાપમાન પર પ્રતિક્રિયાની થર્મલ અસરની અવલંબન. કિર્ચહોફનો કાયદો

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની થર્મલ અસરનું તાપમાન ગુણાંક પ્રતિક્રિયા દરમિયાન સિસ્ટમની ગરમીની ક્ષમતામાં ફેરફાર જેટલું છે.

કિર્ચહોફનો કાયદો:

રાસાયણિક પ્રક્રિયા માટે, ગરમીની ક્ષમતામાં ફેરફાર સિસ્ટમની રચનામાં ફેરફાર દ્વારા નિર્દિષ્ટ કરવામાં આવે છે:

?એસ પી= ?(? i C p,i) cont – ?(? i C p,i) આઉટ અથવા? C V =?(? i C V,i) ચાલુ – ?(? i C V,i) બહાર

કિર્ચહોફના કાયદાનું અભિન્ન સ્વરૂપ:

?Н Т2 = ?Н Т1 + ?С р (Т 2 – T 1) અથવા? U T2 = ?U Ti + ?C V (T 2 – T 1)

1.3. થર્મોડાયનેમિક્સનો બીજો નિયમ. એન્ટ્રોપી

1) ગરમી ઓછા ગરમ શરીરમાંથી વધુ ગરમ શરીરમાં સ્વયંભૂ ટ્રાન્સફર કરી શકતી નથી.

2) એવી પ્રક્રિયા અશક્ય છે જેનું એકમાત્ર પરિણામ ગરમીનું કાર્યમાં રૂપાંતર છે.

3) અમુક સિસ્ટમ સ્ટેટ ફંક્શન કહેવાય છે એન્ટ્રોપીજેનું પરિવર્તન નીચે પ્રમાણે સિસ્ટમની શોષિત ગરમી અને તાપમાન સાથે સંબંધિત છે:

અસંતુલન પ્રક્રિયામાં

સંતુલન પ્રક્રિયામાં

એસ - એન્ટ્રોપી, J/deg,

- ગરમીમાં ઘટાડો.

એન્ટ્રોપીનું આંકડાકીય અર્થઘટન

સિસ્ટમની દરેક સ્થિતિ સોંપેલ છે થર્મોડાયનેમિક સંભાવના(માઈક્રોસ્ટેટ્સની સંખ્યા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જે સિસ્ટમની આપેલ મેક્રોસ્ટેટ બનાવે છે), રાજ્ય જેટલી વધુ અવ્યવસ્થિત અથવા અનિશ્ચિત હોય છે. એન્ટ્રોપી એ એક રાજ્ય કાર્ય છે જે સિસ્ટમના ડિસઓર્ડરની ડિગ્રીનું વર્ણન કરે છે.

S = k ln ડબલ્યુ- બોલ્ટ્ઝમેન ફોર્મ્યુલા.

સિસ્ટમ મહત્તમ થર્મોડાયનેમિક સંભાવના સાથેની સ્થિતિમાં સ્વયંભૂ સંક્રમણ કરવાનું વલણ ધરાવે છે.

સંપૂર્ણ એન્ટ્રોપી ગણતરી

રાસાયણિક પ્રક્રિયા દરમિયાન એન્ટ્રોપીમાં ફેરફાર ફક્ત પ્રારંભિક પદાર્થો અને પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોના પ્રકાર અને સ્થિતિ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે અને તે પ્રતિક્રિયાના માર્ગ પર આધારિત નથી:

?S = ?(? i S i)ઉત્પાદન - ?(? i S i)સંદર્ભ

પ્રમાણભૂત શરતો હેઠળ સંપૂર્ણ એન્ટ્રોપીના મૂલ્યો સંદર્ભ સાહિત્યમાં આપવામાં આવે છે.

1.4. થર્મોડાયનેમિક સંભવિતતા

સંભવિત- એક જથ્થો જેની ખોટ સિસ્ટમ દ્વારા ઉત્પાદિત કાર્ય નક્કી કરે છે.

ફક્ત તે પ્રક્રિયાઓ જે સિસ્ટમની મુક્ત ઊર્જામાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે તે સ્વયંભૂ થઈ શકે છે; જ્યારે મુક્ત ઊર્જા ન્યૂનતમ મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે ત્યારે સિસ્ટમ સંતુલનની સ્થિતિમાં પહોંચે છે.

F = U – TS – હેલ્મહોલ્ટ્ઝ મુક્ત ઊર્જા – આઇસોકોરિક-આઇસોથર્મલ સંભવિત(J) - આઇસોકોરિક-આઇસોથર્મલ પરિસ્થિતિઓમાં સ્થિત બંધ સિસ્ટમમાં પ્રક્રિયાની સ્વયંસ્ફુરિત ઘટનાની દિશા અને મર્યાદા નક્કી કરે છે.

dF = dU – TdSઅથવા? F = ?U – T?S

G = H – TS = U + pV – TS – ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા – આઇસોબેરિક-આઇસોથર્મલ સંભવિત(J) - આઇસોબેરિક-આઇસોથર્મલ પરિસ્થિતિઓમાં સ્થિત બંધ સિસ્ટમમાં પ્રક્રિયાની સ્વયંસ્ફુરિત ઘટનાની દિશા અને મર્યાદા નક્કી કરે છે.

dG = dH – TdSઅથવા? G = ?Н – T?S ?જી = ?(? i G i)ઉત્પાદન - ?(? i G i)સંદર્ભ ?જી 0 = ?(? i ? G arr 0)ઉત્પાદન - ?(? i ? G arr 0)સંદર્ભ બંધ સિસ્ટમોમાં પ્રક્રિયાઓની સ્વયંસ્ફુરિત ઘટના માટેની શરતો

આઇસોબેરિક-આઇસોથર્મલ (P = const ટી = const):

?જી< 0, dG < 0

આઇસોકોરિક-આઇસોથર્મલ (V = const ટી = const):

?એફ< 0, dF< 0

થર્મોડાયનેમિક સંતુલનન્યૂનતમ મુક્ત ઊર્જા સાથેની સિસ્ટમની આવી થર્મોડાયનેમિક સ્થિતિ કહેવાય છે, જે સતત બાહ્ય પરિસ્થિતિઓ સાથે, સમયસર બદલાતી નથી, અને આ અવિચલતા કોઈપણ બાહ્ય પ્રક્રિયાને કારણે નથી.

થર્મોડાયનેમિક સંતુલન શરતોબંધ સિસ્ટમમાં

આઇસોબેરિક-આઇસોથર્મલ (P = const ટી = const):

?જી = 0, dG = 0, d 2 G > 0

આઇસોકોરિક-આઇસોથર્મલ (V = const ટી = const):

?એફ =0, dF = 0, d 2 F >0 રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા ઇસોથર્મ સમીકરણો:

પ્રતિક્રિયા માટે v 1 A 1 + v 2 A 2+ … = v? 1 B 1 + v? 2 B 2 + …

અહીં C i, p i- એકાગ્રતા, સંતુલન સ્થિતિ સિવાય કોઈપણ સમયે પ્રતિક્રિયા આપતા પદાર્થોના દબાણ.

રાસાયણિક સંતુલન પર બાહ્ય પરિસ્થિતિઓનો પ્રભાવ

લે ચેટેલિયર-બ્રાઉન શિફ્ટિંગ સંતુલનનો સિદ્ધાંત

જો સાચા સંતુલનની સ્થિતિમાં હોય તેવી સિસ્ટમ પર બાહ્ય પ્રભાવ નાખવામાં આવે છે, તો સિસ્ટમમાં સ્વયંસ્ફુરિત પ્રક્રિયા ઊભી થાય છે જે આ પ્રભાવને વળતર આપે છે.

સંતુલન સ્થિતિ પર તાપમાનની અસર

એક્ઝોથર્મિક પ્રતિક્રિયાઓ: ?Н°< 0 (?U° < 0). Повышение температуры уменьшает величину константы равновесия, т. е. смещает равновесие влево.

એન્ડોથર્મિક પ્રતિક્રિયાઓ: ?Н° > 0 (?U°> 0). તાપમાનમાં વધારો સંતુલન સ્થિરતાના મૂલ્યમાં વધારો કરે છે (સમતુલાને જમણી તરફ ખસેડે છે).

2. તબક્કો સંતુલન

ઘટક- સિસ્ટમનો રાસાયણિક રીતે સજાતીય ઘટક કે જે સિસ્ટમથી અલગ થઈ શકે છે અને તેની બહાર અસ્તિત્વ ધરાવે છે. સિસ્ટમના સ્વતંત્ર ઘટકોની સંખ્યા ઘટકોની સંખ્યાને બાદ કરતાં તેમની વચ્ચેની સંભવિત રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની સંખ્યા જેટલી હોય છે.

સ્વતંત્રતાની ડિગ્રીની સંખ્યા- સિસ્ટમ સ્ટેટ પેરામીટર્સની સંખ્યા જે સિસ્ટમમાં તબક્કાઓની સંખ્યા અને પ્રકૃતિને બદલ્યા વિના ચોક્કસ મર્યાદામાં એકસાથે મનસ્વી રીતે બદલી શકાય છે.

તબક્કો નિયમજે. ગિબ્સ:

સંતુલન થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમ C ની સ્વતંત્રતાના ડિગ્રીની સંખ્યા સિસ્ટમ K ના સ્વતંત્ર ઘટકોની સંખ્યાને બાદ કરતાં તબક્કાઓ Ф ની સંખ્યા વત્તા સંતુલનને પ્રભાવિત કરતા બાહ્ય પરિબળોની સંખ્યા જેટલી છે: C = K – F + n.

એવી સિસ્ટમ માટે કે જે ફક્ત બાહ્ય પરિબળોથી પ્રભાવિત હોય તાપમાન અને દબાણ,લખી શકાય છે: C = K – F+ 2.

સાતત્ય સિદ્ધાંત- રાજ્યના પરિમાણોમાં સતત ફેરફાર સાથે, વ્યક્તિગત તબક્કાઓના તમામ ગુણધર્મો પણ સતત બદલાય છે; જ્યાં સુધી સિસ્ટમમાં તબક્કાઓની સંખ્યા અથવા પ્રકૃતિ બદલાતી નથી ત્યાં સુધી સમગ્ર સિસ્ટમના ગુણધર્મો સતત બદલાતા રહે છે, જે સિસ્ટમના ગુણધર્મોમાં અચાનક ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે.

અનુસાર અનુરૂપતાનો સિદ્ધાંત,સિસ્ટમના સ્ટેટ ડાયાગ્રામ પર, દરેક તબક્કો પ્લેનના એક ભાગને અનુરૂપ છે - તબક્કો ક્ષેત્ર. વિમાનોના આંતરછેદની રેખાઓ બે તબક્કાઓ વચ્ચેના સંતુલનને અનુરૂપ છે. રાજ્ય રેખાકૃતિ પર દરેક બિંદુ (કહેવાતા અલંકારિક બિંદુ)રાજ્ય પરિમાણોના ચોક્કસ મૂલ્યો સાથે સિસ્ટમની ચોક્કસ સ્થિતિને અનુરૂપ છે.

2.1. પાણીની આકૃતિ

કે = 1. સિસ્ટમમાં ત્રણ તબક્કાની સંતુલન શક્ય છે: પ્રવાહી અને ગેસ (લાઇન OA), ઘન અને ગેસ (લાઇન OB), ઘન અને પ્રવાહી (લાઇન OC) વચ્ચે. ત્રણ વણાંકો એક આંતરછેદ બિંદુ O ધરાવે છે, જેને કહેવાય છે પાણીનું ટ્રિપલ બિંદુ,– ત્રણ તબક્કાઓ અને C = 0 વચ્ચેના સંતુલનને અનુરૂપ; તાપમાન અને દબાણના સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત મૂલ્યો પર જ ત્રણ તબક્કાઓ સંતુલનમાં હોઈ શકે છે (પાણી માટે, ત્રિવિધ બિંદુ રાજ્યને અનુરૂપ છે પી = 6.1 kPa અને ટી = 273.16 કે).

દરેક ડાયાગ્રામ વિસ્તારો (AOB, BOC, AOC) ની અંદર સિસ્ટમ સિંગલ-ફેઝ છે; C = 2 (સિસ્ટમ બાયવેરિયન્ટ છે).

દરેક લાઇન પર, સિસ્ટમમાં તબક્કાઓની સંખ્યા બે છે, અને, તબક્કાના નિયમ અનુસાર, સિસ્ટમ મોનોવેરિઅન્ટ છે: C = 1 – 2 + 2 = 1, એટલે કે દરેક તાપમાન મૂલ્ય માટે માત્ર એક દબાણ મૂલ્ય છે.

તબક્કાના સંક્રમણ તાપમાન પર દબાણની અસર દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે ક્લોસિયસ-ક્લેપીરોન સમીકરણ:

વી 2, વી 1- તબક્કાના સંક્રમણ દરમિયાન પદાર્થના દાઢના જથ્થામાં ફેરફાર.

પાણીના રાજ્ય રેખાકૃતિ પર સંતુલન વળાંક "ઘન - પ્રવાહી" ડાબી તરફ વળેલું છે, અને અન્ય પદાર્થોના રાજ્ય રેખાકૃતિ પર - જમણી તરફ, કારણ કે પાણીની ઘનતા બરફની ઘનતા કરતા વધારે છે, એટલે કે પીગળવું તેની સાથે છે. વોલ્યુમમાં ઘટાડો દ્વારા (એવી< 0). આ કિસ્સામાં, દબાણમાં વધારો ઘન-પ્રવાહી તબક્કાના સંક્રમણનું તાપમાન ઘટાડશે (પાણી - વિસંગત પદાર્થ).અન્ય તમામ પદાર્થો માટે (કહેવાતા સામાન્ય પદાર્થો) ?વી pl> 0 અને, ક્લોસિયસ-ક્લેપીરોન સમીકરણ અનુસાર, દબાણમાં વધારો ગલન તાપમાનમાં વધારો તરફ દોરી જાય છે.

3. ઉકેલોના ગુણધર્મો

3.1. ઉકેલોની થર્મોડાયનેમિક્સ

ઉકેલ- એક સજાતીય સિસ્ટમ જેમાં બે અથવા વધુ ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે, જેની રચના તેના ગુણધર્મોમાં અચાનક ફેરફાર કર્યા વિના ચોક્કસ મર્યાદામાં સતત બદલાઈ શકે છે.

ઉકેલોમાં પ્રસરણ

પ્રસરણ- તેના પરમાણુઓ અથવા અણુઓની થર્મલ હિલચાલને કારણે દ્રાવણમાં પદાર્થની સાંદ્રતાને સમાન કરવાની સ્વયંસ્ફુરિત પ્રક્રિયા.

ફિકનો કાયદો:એકમ સપાટી વિસ્તાર દ્વારા એકમ સમય દીઠ પ્રસરેલા પદાર્થની માત્રા તેના સાંદ્રતા ઢાળના પ્રમાણસર છે:

જ્યાં j- પ્રસરણ પ્રવાહ; ડી- પ્રસરણ ગુણાંક.

આઈન્સ્ટાઈન-સ્મોલુચોસ્કી સમીકરણ:

ક્યાં? - માધ્યમની સ્નિગ્ધતા; આર- વિખરતા કણોની ત્રિજ્યા.

વાયુઓમાં વાયુઓની દ્રાવ્યતા

ડાલ્ટનનો કાયદો:ગેસ મિશ્રણનું કુલ દબાણ તેમાં સમાવિષ્ટ તમામ વાયુઓના આંશિક દબાણના સરવાળા જેટલું છે:

પટોટ = ? p iઅને pi = xiપી કુલ

હેનરી-ડાલ્ટનનો કાયદો:પ્રવાહીમાં ગેસની દ્રાવ્યતા પ્રવાહીની ઉપરના તેના દબાણના સીધા પ્રમાણસર છે: C i = kp i ,જ્યાં C i- પ્રવાહીમાં ગેસ સોલ્યુશનની સાંદ્રતા; k- ગેસની પ્રકૃતિના આધારે પ્રમાણસરતા ગુણાંક.

એક નિયમ તરીકે, જ્યારે ગેસ પ્રવાહીમાં ઓગળી જાય છે, ત્યારે ગરમી છોડવામાં આવે છે (પ્રતિ< 0), તેથી જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ, દ્રાવ્યતા ઘટે છે.

સેચેનોવનું સૂત્ર:

X = X 0 e -kС el

જ્યાં એક્સઅને X 0- શુદ્ધ દ્રાવકમાં ગેસ દ્રાવ્યતા અને એકાગ્રતા સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્રાવણ સાથે.

3.2. નોન-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન્સના કોલિગેટિવ ગુણધર્મો

કોલિગેટિવ (સામૂહિક)મુખ્યત્વે ઓગળેલા કણોની સંખ્યા પર આધાર રાખીને દ્રાવકના ગુણધર્મોને સંબંધિત ઉકેલોના ગુણધર્મો છે.

મંદ દ્રાવણનું સંતૃપ્ત વરાળ દબાણ

વરાળ કે જે પ્રવાહી સાથે સમતુલામાં હોય તેને કહેવામાં આવે છે સંતૃપ્તઆવી વરાળનું દબાણ પૃષ્ઠ 0કહેવાય છે સંતૃપ્ત વરાળનું દબાણ અથવા દબાણશુદ્ધ દ્રાવક.

રાઉલ્ટનો પ્રથમ કાયદો.સોલ્યુશન ઘટકના સંતૃપ્ત વરાળનું આંશિક દબાણ દ્રાવણમાં તેના છછુંદર અપૂર્ણાંકના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે, અને પ્રમાણસરતા ગુણાંક શુદ્ધ ઘટકની ઉપરના સંતૃપ્ત વરાળના દબાણની બરાબર હોય છે:

p i = p i 0 x i

ઘટકો A અને B ધરાવતા દ્વિસંગી ઉકેલ માટે: દ્રાવકની ઉપરના દ્રાવકના વરાળના દબાણમાં સંબંધિત ઘટાડો દ્રાવ્યના છછુંદર અપૂર્ણાંક જેટલો છે અને તે દ્રાવ્યની પ્રકૃતિ પર આધાર રાખતો નથી:

સોલ્યુશન્સ કે જેના માટે રાઓલ્ટનો કાયદો સંતુષ્ટ છે તેને આદર્શ ઉકેલો કહેવામાં આવે છે.

આદર્શ અને વાસ્તવિક ઉકેલોનું બાષ્પ દબાણ

જો દ્વિસંગી (બે ઘટકોના બનેલા) દ્રાવણના ઘટકો અસ્થિર હોય, તો ઉકેલની ઉપરની વરાળમાં બંને ઘટકો હશે. સામાન્ય રચના, મોલ. વરાળ દબાણમાં (x in) અપૂર્ણાંક:

p = p A 0 x A + p B 0 x B = p A 0 (1 - એક્સ B) + p B 0 x B = p A 0 - એક્સ B (p A 0 – p B 0)

જો આપેલ ઘટકના પરમાણુઓ અન્ય ઘટકના પરમાણુઓ કરતાં એકબીજા સાથે વધુ મજબૂત રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તો મિશ્રણની ઉપરના સાચા આંશિક વરાળનું દબાણ રાઉલ્ટના પ્રથમ નિયમ દ્વારા ગણવામાં આવેલા દબાણ કરતા વધારે હશે. (સકારાત્મક વિચલનો, ?એનટીવી > 0). જો સજાતીય કણો અલગ-અલગ કરતા ઓછા એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તો ઘટકોના આંશિક વરાળનું દબાણ ગણતરી કરતા ઓછું હશે. (નકારાત્મક વિચલનો, ?એચઓગળવું< 0).

પાતળું સોલ્યુશનનું સ્ફટિકીકરણ તાપમાન

રાઉલ્ટનો બીજો કાયદો.દ્રાવણના ઠંડું તાપમાનમાં ઘટાડો? T એ દ્રાવણની મોલ સાંદ્રતાના સીધા પ્રમાણસર છે: ? T છે = T 0 – T = KS m,જ્યાં ટી 0 -શુદ્ધ દ્રાવકનું ઠંડું બિંદુ; ટી- સોલ્યુશનનું ઠંડું તાપમાન; પ્રતિ- દ્રાવકનું ક્રાયોસ્કોપિક સ્થિરાંક, deg/kg mol,

ટી 0 2- દ્રાવકનું ઠંડું બિંદુ; એમ– દ્રાવકનું મોલેક્યુલર વજન, ?Н pl – દ્રાવકના ફ્યુઝનની દાઢ ગરમી.

પાતળું ઉકેલો ઉત્કલન બિંદુ

ઉકળતા તાપમાન- તાપમાન કે જેના પર સંતૃપ્ત વરાળનું દબાણ બાહ્ય દબાણ જેટલું બને છે.

બિન-અસ્થિર પદાર્થોના ઉકેલોના ઉત્કલન બિંદુમાં વધારો? T K = T k – T k 0સંતૃપ્ત વરાળના દબાણમાં ઘટાડો અને દ્રાવણની મોલ સાંદ્રતાના સીધા પ્રમાણસર: ?T kip = EU m,જ્યાં ઇ - ઇબુલિયોસ્કોપિક કોન્સ્ટન્ટદ્રાવક, deg/kg mol,

મંદ ઉકેલોનું ઓસ્મોટિક દબાણ

અભિસરણ- મુખ્યત્વે દ્રાવક પરમાણુઓનું અર્ધ-પારગમ્ય પટલ દ્વારા દ્રાવણમાં અથવા ઓછી સાંદ્રતાવાળા દ્રાવણમાંથી દ્રાવક પરમાણુઓનું ઉચ્ચ એકાગ્રતાવાળા દ્રાવણમાં એકતરફી માર્ગ.

દ્રાવક અને શુદ્ધ દ્રાવકને અલગ કરતી પટલ દ્વારા દ્રાવકને દ્રાવણમાં ખસેડતા અટકાવવા માટે દ્રાવણ પર જે દબાણ લાગુ કરવું આવશ્યક છે તે સંખ્યાત્મક રીતે સમાન છે. ઓસ્મોટિક દબાણ?(પા).

વેન્ટ હોફ સિદ્ધાંત:આદર્શ દ્રાવણનું ઓસ્મોટિક દબાણ એ દબાણ જેટલું હોય છે જે ઓગળેલા પદાર્થને લાગુ પડે છે જો તે સમાન તાપમાને વાયુયુક્ત અવસ્થામાં હોવાથી, દ્રાવણ જે વોલ્યુમ ધરાવે છે તે જ વોલ્યુમ ધરાવે છે: ? = CRT.

આઇસોટોનિક સોલ્યુશન્સ- સમાન ઓસ્મોટિક દબાણ સાથે બે ઉકેલો (? 1 = ? 2).

હાયપરટોનિક સોલ્યુશન– એક સોલ્યુશન કે જેનું ઓસ્મોટિક દબાણ બીજા કરતા વધારે હોય (? 1 > ? 2).

હાયપોટોનિક સોલ્યુશન– એક ઉકેલ જેનું ઓસ્મોટિક દબાણ બીજા કરતા ઓછું હોય (? 1< ? 2).

3.3. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન્સ

વિયોજનની ડિગ્રી?- પરમાણુઓની સંખ્યાનો ગુણોત્તર n,અણુઓની કુલ સંખ્યા સુધી આયનોમાં વિઘટન એન:

વેન હોફનો આઇસોટોનિક ગુણાંક i- વિયોજનને ધ્યાનમાં લીધા વિના આ દ્રાવણના કણોની સંખ્યા સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશનમાં કણોની વાસ્તવિક સંખ્યાનો ગુણોત્તર.

જો થી એનઅણુઓ વિખરાયેલા n,અને દરેક પરમાણુ વિઘટન પામે છે? આયનો, પછી

બિન-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ માટે i = 1.

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ માટે 1< i? ?.

3.4. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન્સના કોલિગેટિવ ગુણધર્મો:

ઇલેક્ટ્રોલિટીક વિયોજનનો આર્હેનિયસ સિદ્ધાંત

1. સોલ્યુશનમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ આયનોમાં વિભાજીત થાય છે - અલગ પડે છે.

2. વિયોજન એ ઉલટાવી શકાય તેવી સંતુલન પ્રક્રિયા છે.

3. દ્રાવક પરમાણુઓ અને એકબીજા સાથે આયનોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના દળો નાના છે (એટલે કે, ઉકેલો આદર્શ છે).

દ્રાવણમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનું વિયોજન ધ્રુવીય દ્રાવક પરમાણુઓના પ્રભાવ હેઠળ થાય છે; દ્રાવણમાં આયનોની હાજરી તેની વિદ્યુત વાહકતા નક્કી કરે છે.

વિયોજનની ડિગ્રીના આધારે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સને ત્રણ જૂથોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે: મજબૂત(? ? 0,7), મધ્યમ તાકાત(0,3 < ? < 0,7) и નબળા(? ? 0,3).

નબળા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ. વિયોજન સતત

ચોક્કસ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ માટે જે સમીકરણ અનુસાર ઉકેલમાં આયનોમાં વિઘટન કરે છે:

A a B b - aA x- + bB y+

દ્વિસંગી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ માટે:

- ઓસ્ટવાલ્ડનો મંદનનો નિયમ: નબળા ઇલેક્ટ્રોલાઇટના વિયોજનની ડિગ્રી સોલ્યુશનના મંદન સાથે વધે છે.

સોલ્યુટ પ્રવૃત્તિ- પ્રયોગમૂલક મૂલ્ય જે એકાગ્રતાને બદલે છે, - પ્રવૃત્તિ (અસરકારક એકાગ્રતા) એ,પ્રવૃત્તિ ગુણાંક દ્વારા એકાગ્રતા સાથે સંબંધિત f, જે આદર્શમાંથી વાસ્તવિક ઉકેલના ગુણધર્મોના વિચલનનું માપ છે:

a = fC; a + = f+ સી + ; a_ = f_C_.

દ્વિસંગી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ માટે:

સરેરાશ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પ્રવૃત્તિ;

- સરેરાશ પ્રવૃત્તિ ગુણાંક.

Debye-Hückel મર્યાદા કાયદોદ્વિસંગી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ માટે: એલજી f = -0.51z 2 I?,જ્યાં z- આયનનો ચાર્જ જેના માટે પ્રવૃત્તિ ગુણાંકની ગણતરી કરવામાં આવે છે;

I – ઉકેલ I = ની આયનીય તાકાત 0.5? (C i r i 2).

4. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન્સની વિદ્યુત વાહકતા

પ્રથમ પ્રકારના વાહક- ધાતુઓ અને તેમના પીગળે છે, જેમાં વીજળી ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા સ્થાનાંતરિત થાય છે.

પ્રકાર II વાહક- આયનીય વાહકતા સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના ઉકેલો અને પીગળે છે.

વીજળીચાર્જ થયેલ કણોની ક્રમબદ્ધ હિલચાલ છે.

દરેક વાહક જેના દ્વારા પ્રવાહ વહે છે તે ચોક્કસ દર્શાવે છે પ્રતિકાર R,જે, ઓહ્મના નિયમ મુજબ, વાહકની લંબાઈના સીધા પ્રમાણસર છે lઅને ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તારના વિપરીત પ્રમાણસર એસ;પ્રમાણસરતા પરિબળ છે પ્રતિકારકતાસામગ્રી? – 1 સે.મી.ની લંબાઇ અને 1 સેમી 2નો ક્રોસ-સેક્શન ધરાવતા કંડક્ટરનો પ્રતિકાર:

તીવ્રતા ડબલ્યુ,પ્રતિકારનો વ્યસ્ત કહેવામાં આવે છે વિદ્યુત વાહકતા- ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ ચલાવવા માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશનની ક્ષમતાનું માત્રાત્મક માપ.

વિદ્યુત વાહકતા?(k) એ 1 m2 ના ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર સાથે 1 મીટર લાંબા પ્રકાર I વાહકની વિદ્યુત વાહકતા અથવા અંતર સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન (પ્રકાર II વાહક) ની 1 m3 (1 cm3) ની વિદ્યુત વાહકતા છે. 1 m (1 cm) ના ઇલેક્ટ્રોડ અને 1 m 2 (1 cm 2) ના ઇલેક્ટ્રોડ વિસ્તાર વચ્ચે.

સોલ્યુશનની દાઢ વિદ્યુત વાહકતા) ?- 1 મોલ સોલ્યુટ ધરાવતા અને એકબીજાથી 1 સે.મી.ના અંતરે સ્થિત ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે મૂકેલા સોલ્યુશનની વિદ્યુત વાહકતા.

મજબૂત અને નબળા બંને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની દાઢ વિદ્યુત વાહકતા ઘટતી સાંદ્રતા સાથે વધે છે (એટલે કે, વધતા જતા ઉકેલ મંદન V = 1/C), ચોક્કસ મર્યાદિત મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે? 0 (? ?), કહેવાય છે અનંત મંદન પર દાઢ વિદ્યુત વાહકતા.

1 V m -1 ના સતત તાપમાન અને ક્ષેત્રની તાકાત પર એકલ ચાર્જ આયનો સાથે દ્વિસંગી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ માટે:

? = ?F(u + + અને?),

જ્યાં એફ- ફેરાડે નંબર; અને + , અને? - સંપૂર્ણ ગતિશીલતા (m 2 V -1 s -1) cation અને anion - પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં આ આયનોની હિલચાલની ગતિ, સોલ્યુશન લંબાઈના 1 મીટર દીઠ 1 V ના સંભવિત તફાવત સાથે.

? + = ફુ + ; ?? = ફુ?,

ક્યાં? + , ?? - ગતિશીલતા cation અને anion, Ohm m 2 mol -1 (Ohm cm 2 mol -1).

? = ?(? + + ??)

મજબૂત ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ માટે? ?1 અને ? = ? + + ??

ઉકેલના અનંત મંદન સાથે (વી > ?, ? + > ? ? + , ?? > ? ? ?, ? > 1) બંને મજબૂત અને નબળા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ માટે? ? = ? ? + – ? ? ? - કોહલરાઉશનો કાયદો:શું અનંત મંદન પર દાઢ વાહકતા ઇલેક્ટ્રોલિટીક ગતિશીલતાના સરવાળા સમાન છે? ? + , ? ? ? આપેલ ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું કેશન અને આયન.

H+ અને OH આયનો? અસામાન્ય રીતે ઉચ્ચ ગતિશીલતા ધરાવે છે, જે આ આયનો દ્વારા ચાર્જ ટ્રાન્સફરની વિશેષ પદ્ધતિ સાથે સંકળાયેલ છે - રિલે મિકેનિઝમ.હાઇડ્રોનિયમ આયનો H 3 O + અને પાણીના અણુઓ વચ્ચે, તેમજ પાણીના અણુઓ અને OH આયનો વચ્ચે? પ્રોટોન વિનિમય સમીકરણો અનુસાર સતત થાય છે:

H 3 O + + H 2 O > H 2 O + H 3 O +

H 2 O + OH? >ઓહ? + H 2 O

5. ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓ

5.1. ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત. ગેલ્વેનિક તત્વો. EMF

જ્યારે બે રાસાયણિક અથવા ભૌતિક રીતે ભિન્ન પદાર્થો સંપર્કમાં આવે છે (મેટલ 1 (પ્રથમ પ્રકારનો વાહક) - ધાતુ 2 (પ્રથમ પ્રકારનો વાહક), ધાતુ (પ્રથમ પ્રકારનો વાહક) - ધાતુના મીઠાનું દ્રાવણ (બીજા પ્રકારનું વાહક) , ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન 1 (બીજા પ્રકારનો વાહક) - ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન 2 (પ્રકાર II વાહક), વગેરે) તેમની વચ્ચે ઉદ્ભવે છે ઇલેક્ટ્રિક ડબલ લેયર (EDL). EDL એ ઇન્ટરફેસ પર વિપરીત ચાર્જ થયેલા કણોના ઓર્ડર કરેલ વિતરણનું પરિણામ છે.

EDL ની રચના સંભવિતતામાં ઉછાળો તરફ દોરી જાય છે?, જેને ધાતુ (પ્રથમ પ્રકારનો વાહક) અને ધાતુના મીઠાના દ્રાવણ (બીજા પ્રકારનો વાહક) વચ્ચેની સંતુલન સ્થિતિમાં કહેવામાં આવે છે. ગેલવાની સંભવિત.

સિસ્ટમ: ધાતુ (Me) – આ Me ના મીઠાનું જલીય દ્રાવણ – કહેવાય છે ઇલેક્ટ્રોડઅથવા અર્ધ-તત્વઅને યોજનાકીય રીતે નીચે પ્રમાણે દર્શાવવામાં આવ્યું છે:

ઇલેક્ટ્રોડ (p/e) લખવામાં આવે છે જેથી ઉકેલમાંના તમામ પદાર્થો ડાબી બાજુએ મૂકવામાં આવે, અને ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી ઊભી રેખાની જમણી બાજુએ મૂકવામાં આવે.

? > 0, જો ઇલેક્ટ્રોડ પર Me n++ ની ઘટાડાની પ્રતિક્રિયા થાય છે ને? -હું 0,

? < 0, если на электроде протекает реакция окисления Ме 0 - Ме n+ + ને?.

ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત ઇ Me n+ /Me એ સંતુલન સંભવિત તફાવત છે જે પ્રથમ પ્રકાર/બીજા પ્રકારના વાહકની તબક્કાની સીમા પર થાય છે અને પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડની તુલનામાં માપવામાં આવે છે.

નર્ન્સ્ટ સમીકરણ,જ્યાં n- ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયામાં ભાગ લેતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા; સાથે ME n+ - કેશનની સાંદ્રતા; ઇ Me n+ /Me - પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત.

સંપર્ક સંભવિત? ?- સંતુલન સંભવિત કૂદકો જે પ્રથમ પ્રકારનાં બે વાહક વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર થાય છે.

પ્રસરણ સંભવિત? diff એ સંતુલન સંભવિત તફાવત છે જે બીજા પ્રકાર/દ્વિતીય પ્રકારના વાહકના વાહકની તબક્કાની સીમા પર થાય છે.

ગેલ્વેનિક કોષ (દા.ત.)- બે કે તેથી વધુ p.e સમાવતું વિદ્યુત સર્કિટ અને તેમાં થતી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને કારણે વિદ્યુત ઉર્જા ઉત્પન્ન થાય છે અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના ઓક્સિડેશન અને ઘટાડાના તબક્કાઓ અવકાશી રીતે અલગ પડે છે.

ગેલ્વેનિક સેલના ઓપરેશન દરમિયાન ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા થાય છે તે ઇલેક્ટ્રોડ કહેવામાં આવે છે એનોડઇલેક્ટ્રોડ કે જેના પર ઘટાડો પ્રક્રિયા થાય છે કેથોડ

ગેલ્વેનિક કોષો અને તેમાં થતી પ્રતિક્રિયાઓ રેકોર્ડ કરવા માટે IUPAC નિયમો

1. માં જી. ઇ. કાર્ય કરવામાં આવે છે, તેથી તત્વના emf ને હકારાત્મક મૂલ્ય ગણવામાં આવે છે.

2. ગેલ્વેનિક સર્કિટના EMF ની તીવ્રતા ઇતમામ તબક્કાઓના ઇન્ટરફેસ પર સંભવિત કૂદકાના બીજગણિત સરવાળા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, પરંતુ એનોડ પર ઓક્સિડેશન થતું હોવાથી, કેથોડ પોટેન્શિયલ (જમણે ઇલેક્ટ્રોડ) ના સંખ્યાત્મક મૂલ્યમાંથી બાદબાકી કરીને ઇએમએફની ગણતરી કરવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોડ) - જમણા ધ્રુવનો નિયમ.તેથી, તત્વનું સર્કિટ ડાયાગ્રામ લખવામાં આવે છે જેથી ડાબો ઇલેક્ટ્રોડ નકારાત્મક હોય (ઓક્સિડેશન થાય છે), અને જમણો ઇલેક્ટ્રોડ હકારાત્મક છે (ઘટાડો પ્રક્રિયા થાય છે).

3. પ્રથમ પ્રકારના વાહક અને બીજા પ્રકારના વાહક વચ્ચેનો ઇન્ટરફેસ એક લીટી દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે.

4. બીજા પ્રકારના બે વાહક વચ્ચેની સીમા ડોટેડ લાઇન સાથે દર્શાવવામાં આવી છે.

5. બે પ્રકારના II વાહકની સીમા પર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પુલ બે ડોટેડ રેખાઓ દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે.

6. એક તબક્કાના ઘટકો અલ્પવિરામ દ્વારા અલગ કરીને લખવામાં આવે છે.

7. ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયા સમીકરણ લખવામાં આવે છે જેથી ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપ (Ox) માં પદાર્થો ડાબી બાજુએ સ્થિત હોય, અને જમણી બાજુએ ઘટાડેલા સ્વરૂપમાં (લાલ) હોય.

ગેલ્વેનિક ડેનિયલ-જેકોબી સેલ ZnSO 4 અને CuSO 4 ના અનુરૂપ સોલ્યુશનમાં ડૂબેલી ઝીંક અને કોપર પ્લેટ્સ ધરાવે છે, જે KCl સોલ્યુશન સાથે મીઠાના પુલ દ્વારા અલગ પડે છે: ઇલેક્ટ્રોલિટીક બ્રિજ ઉકેલો વચ્ચે વિદ્યુત વાહકતા પ્રદાન કરે છે, પરંતુ તેમના પરસ્પર પ્રસારને અટકાવે છે.

(-) Zn | Zn 2+ :: Cu 2+ | Cu(+)

ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર પ્રતિક્રિયાઓ:

Zn 0 > Zn 2+ + 2e? Cu 2+ + 2e? > Cu 0

કુલ રેડોક્સ પ્રક્રિયા:

Cu 2+ + Zn 0 > Cu 0 + Zn 2+

ગેલ્વેનિક કોષના પ્રવાહ દ્વારા કરવામાં આવેલું કાર્ય (અને, પરિણામે, સંભવિત તફાવત) તેની ઉલટાવી શકાય તેવી કામગીરી દરમિયાન મહત્તમ હશે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પરની પ્રક્રિયાઓ અનંત ધીમી ગતિએ આગળ વધે છે અને સર્કિટમાં વર્તમાન શક્તિ અનંત ઓછી હોય છે.

ગેલ્વેનિક સેલના ઉલટાવી શકાય તેવા ઓપરેશન દરમિયાન ઉદ્ભવતા મહત્તમ સંભવિત તફાવત છે ગેલ્વેનિક સેલ E નું ઇલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ (EMF)

તત્વનું EMF ઇ Zn/ Cu = ? Cu 2+ /Cu + ? Zn 2+ /Zn + ? k + ? તફાવત

બાકાત? તફાવત અને? પ્રતિ: ઇ Zn/Cu = ? Cu 2+ /Cu + ? Zn 2+ /Zn = ઇ Cu 2+ /Cu + ઇ Zn 2+ /Zn એ ગેલ્વેનિક કોષો છે જેમાં વિવિધ સાંદ્રતા C 1 > C 2 સાથે આ ધાતુના મીઠાના સોલ્યુશનમાં ડૂબેલા બે સમાન મેટલ ઇલેક્ટ્રોડનો સમાવેશ થાય છે. આ કિસ્સામાં કેથોડ ઉચ્ચ એકાગ્રતા સાથે ઇલેક્ટ્રોડ હશે, કારણ કે બંને ઇલેક્ટ્રોડની પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતાઓ સમાન છે.

એકાગ્રતા સાંકળો

એકાગ્રતા તત્વનું એકમાત્ર પરિણામ એ છે કે ધાતુના આયનોનું વધુ સંકેન્દ્રિત દ્રાવણમાંથી ઓછા કેન્દ્રિત દ્રાવણમાં સ્થાનાંતરણ.

એકાગ્રતાના ગેલ્વેનિક કોષમાં વિદ્યુત પ્રવાહનું કાર્ય એ પ્રસરણ પ્રક્રિયાનું કાર્ય છે, જે તેના અવકાશી વિભાજનના પરિણામે ઉલટાવી શકાય તેવી રીતે હાથ ધરવામાં આવે છે અને તેની વિરુદ્ધ દિશામાં ઉલટાવી શકાય તેવી વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રક્રિયામાં બે વિભાજન થાય છે.

5.2. ઇલેક્ટ્રોડ્સનું વર્ગીકરણ

પ્રથમ પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોડ્સ. સમાન ધાતુના મીઠાના દ્રાવણમાં ડૂબેલી ધાતુની પ્લેટ. તત્વની ઉલટાવી શકાય તેવી કામગીરી દરમિયાન જેમાં ઇલેક્ટ્રોડનો સમાવેશ થાય છે, ધાતુમાંથી દ્રાવણમાં અથવા દ્રાવણમાંથી ધાતુમાં સંક્રમણની પ્રક્રિયા મેટલ પ્લેટ પર થાય છે.

બીજા પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોડ્સ.ધાતુને તે ધાતુના સહેજ દ્રાવ્ય મીઠાથી કોટેડ કરવામાં આવે છે અને તે જ આયન સાથે અન્ય દ્રાવ્ય મીઠું ધરાવતા દ્રાવણમાં હોય છે. આ પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોડ્સ આયનોના સંદર્ભમાં ઉલટાવી શકાય તેવું છે.

સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ્સ- ચોક્કસ જાણીતા અને પુનઃઉત્પાદનક્ષમ સંભવિત મૂલ્યો સાથે ઇલેક્ટ્રોડ્સ.

હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડપ્લેટિનમ પ્લેટ છે જે હાઇડ્રોજન ગેસમાં નહાવામાં આવે છે અને હાઇડ્રોજન આયન ધરાવતા દ્રાવણમાં ડૂબી જાય છે. પ્લેટિનમ દ્વારા શોષાયેલ હાઇડ્રોજન વાયુયુક્ત હાઇડ્રોજન સાથે સમતુલામાં છે.

Pt, H 2 / H +

ઇલેક્ટ્રોડ પર ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સંતુલન:

2H + + 2e? -એન 2.

પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતતા (1 mol/l ની H + આયન પ્રવૃત્તિ સાથે અને 101.3 kPa ના હાઇડ્રોજન દબાણ સાથે) શૂન્ય હોવાનું માનવામાં આવે છે.

બિન-માનક હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડની ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત:

કેલોમેલ ઇલેક્ટ્રોડચોક્કસ સાંદ્રતાના KCl સોલ્યુશનમાં મૂકવામાં આવેલા અને કેલોમેલ Hg 2 Cl 2 સાથે સંતૃપ્ત થયેલા પારાના ઇલેક્ટ્રોડનો સમાવેશ થાય છે:

Hg / Hg 2 Cl 2 , KCl

કેલોમેલ ઇલેક્ટ્રોડ ક્લોરિન આયનોના સંદર્ભમાં ઉલટાવી શકાય તેવું છે

સિલ્વર ક્લોરાઇડ ઇલેક્ટ્રોડ- ક્લોરિન આયનોના સંદર્ભમાં ઉલટાવી શકાય તેવું:

Ag/AgCl, KCl

જો KCl સોલ્યુશન સંતૃપ્ત હોય, તો E AgC l = 0.2224 – 0.00065(t – 25), V.

સૂચક ઇલેક્ટ્રોડ્સ.દ્રાવણમાં આ આયનોની પ્રવૃત્તિ નક્કી કરવા વ્યવહારમાં હાઇડ્રોજન આયન રિવર્સિબલ ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

ક્વિનહાઇડ્રોન ઇલેક્ટ્રોડએ પ્લેટિનમ વાયર છે જે ટેસ્ટ સોલ્યુશન સાથેના વાસણમાં નીચે ઉતારવામાં આવે છે, જેમાં ક્વિનોન C 6 H 4 O 2 અને હાઇડ્રોક્વિનોનનું સંયોજન અગાઉ ક્વિનહાઇડ્રોન C 6 H 4 O 2 C 6 H 4 (OH) 2 મૂકવામાં આવે છે. C 6 H 4 (OH ) 2 સંતુલન રેડોક્સ પ્રક્રિયામાં આંતર રૂપાંતરણ માટે સક્ષમ છે જેમાં હાઇડ્રોજન આયનો ભાગ લે છે:

C 6 H 4 O 2 + 2H + + 2e? > C 6 H 4 (OH) 2

મોટેભાગે વપરાય છે કાચ ઇલેક્ટ્રોડપાતળા-દિવાલોવાળા કાચના બોલમાં સમાપ્ત થતી નળીના સ્વરૂપમાં. બોલ ચોક્કસ pH મૂલ્ય સાથે બફર સોલ્યુશનથી ભરેલો છે, જેમાં સહાયક ઇલેક્ટ્રોડ (સામાન્ય રીતે સિલ્વર ક્લોરાઇડ) ડૂબી જાય છે. પીએચ માપવા માટે, ગ્લાસ ઇલેક્ટ્રોડને સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ સાથે જોડીમાં પરીક્ષણ સોલ્યુશનમાં ડૂબી દેવામાં આવે છે. ગ્લાસ ઇલેક્ટ્રોડ બોલને એસિડ સોલ્યુશન સાથે લાંબા સમય સુધી પૂર્વ-સારવાર કરવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, હાઇડ્રોજન આયનોને દડાની દિવાલોમાં દાખલ કરવામાં આવે છે, જે આલ્કલી મેટલ કેશનને બદલે છે. ઇલેક્ટ્રોડ પ્રક્રિયા બે તબક્કાઓ વચ્ચે હાઇડ્રોજન આયનોના વિનિમયમાં નીચે આવે છે - અભ્યાસ અને કાચ હેઠળનો ઉકેલ: H ઉકેલ - H st +.

પ્રમાણભૂત સંભવિત ઇદરેક ઇલેક્ટ્રોડ માટે st 0 તેનું પોતાનું મૂલ્ય છે, જે સમય જતાં બદલાય છે; તેથી, દરેક pH માપન પહેલાં, કાચના ઇલેક્ટ્રોડને ચોક્કસ રીતે જાણીતા pH સાથે પ્રમાણભૂત બફર સોલ્યુશન્સ સામે માપાંકિત કરવામાં આવે છે.

રેડોક્સ ઇલેક્ટ્રોડ્સ

વિવિધ ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓમાં એક તત્વ ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશનમાં પ્રથમ પ્રકારના જડ વાહક ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોડને કહેવામાં આવે છે. રેડોક્સઅથવા રેડોક્સ ઇલેક્ટ્રોડ.

ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયા: Ох n+ + ને? -લાલ.

આ બાબતે મને જડ કરોઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયામાં પરોક્ષ ભાગ લે છે, મી (રેડ) ના ઘટેલા સ્વરૂપમાંથી ઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્વરૂપ (ઓક્સ) અથવા તેનાથી વિપરીત ઇલેક્ટ્રોનનું સ્થાનાંતરણ મધ્યસ્થી કરે છે.

6. સપાટીની ઘટના અને શોષણ

6.1. સપાટી તણાવ અને ગિબ્સ શોષણ

સુપરફિસિયલ ઘટનાએ પ્રક્રિયાઓ છે જે તબક્કાની સીમા પર થાય છે અને સપાટી (સીમા) સ્તરની રચના અને બંધારણની લાક્ષણિકતાઓને કારણે થાય છે.

Gs = ?s,

જ્યાં જી એસ- સિસ્ટમની સપાટી ગિબ્સ એનર્જી, જે; ? - પ્રમાણસરતા ગુણાંક, જેને સપાટી તણાવ કહેવાય છે, J/m 2 ; s - ઇન્ટરફેસિયલ સપાટી, m2.

પૃષ્ઠતાણઓસપાટી સ્તરના એકમ વિસ્તાર દીઠ ગિબ્સ ઊર્જા દ્વારા માપવામાં આવેલ જથ્થો છે. તે સંખ્યાત્મક રીતે તે કાર્યની બરાબર છે જે સ્થિર તાપમાને તબક્કા ઇન્ટરફેસનું એકમ બનાવવા માટે આંતર-પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના દળો સામે થવું જોઈએ.

ડુપ્રે મોડેલમાંથી, પૃષ્ઠતાણઈન્ટરફેસ અને સપાટીને મર્યાદિત કરતી સમોચ્ચની પ્રતિ એકમ લંબાઈ ઘટાડવાના બળના સમાન

દ્રાવકની સપાટીના તાણને બદલવા માટે દ્રાવ્યોની ક્ષમતા કહેવામાં આવે છે સપાટીની પ્રવૃત્તિ જી:

દ્રાવકની સપાટીના તાણ પર તેમની અસર અનુસાર પદાર્થોનું વર્ગીકરણ

1. સર્ફેક્ટન્ટ્સ (સર્ફેક્ટન્ટ્સ)- દ્રાવકની સપાટીના તાણને ઘટાડે છે (? ઉકેલ< ? 0) g >0 (પાણીની તુલનામાં - ડિફિલિક રચનાના કાર્બનિક સંયોજનો).

2. સર્ફેક્ટન્ટ્સ– દ્રાવક (? ઉકેલ > ? 0) જી.ના સપાટીના તાણમાં સહેજ વધારો કરો< 0 (неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, ?-аминокислоты и др).

3. નોન-સર્ફેક્ટન્ટ્સ (NSS)- દ્રાવક (? ઉકેલ = ? 0) g = 0 (પાણીના સંબંધમાં, પદાર્થો સુક્રોઝ અને અન્ય સંખ્યાબંધ છે) ની સપાટીના તણાવને વ્યવહારીક રીતે બદલતા નથી.

ડુક્લોસ-ટ્રોબ નિયમ:ઓછી સાંદ્રતા પર કોઈપણ હોમોલોગસ શ્રેણીમાં, એક CH 2 જૂથ દ્વારા કાર્બન સાંકળને લંબાવવાથી સપાટીની પ્રવૃત્તિમાં 3-3.5 ગણો વધારો થાય છે:

ફેટી એસિડના જલીય દ્રાવણ માટે (શિશકોવ્સ્કી સમીકરણ):

જ્યાં bઅને પ્રતિ- પ્રયોગમૂલક સ્થિરાંકો, bસમગ્ર હોમોલોગસ શ્રેણી માટે સમાન, શ્રેણીના દરેક અનુગામી સભ્ય માટે K 3-3.5 ગણો વધે છે.

બે તબક્કાઓ વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર કોઈપણ પદાર્થની સાંદ્રતામાં સ્વયંભૂ ફેરફારની પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે. શોષણ શોષકસપાટી પરનો એક પદાર્થ છે જેની અન્ય પદાર્થની સાંદ્રતામાં ફેરફાર થાય છે - શોષણ

ગિબ્સ શોષણ ઇસોથર્મ:

આ સ્તરમાં તેની પ્રારંભિક માત્રાની તુલનામાં સપાટીના સ્તરમાં વધુ પડતા શોષણની લાક્ષણિકતા છે અતિશયઅથવા કહેવાતા ગિબ્સ, શોષણ(જી).

6.2. સોલિડ-ગેસ ઇન્ટરફેસ પર શોષણ

શારીરિક શોષણસપાટી સાથે શોષિત પરમાણુની વેન ડેર વાલ્સ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને કારણે ઉદ્ભવે છે, તે ઉલટાવી શકાય તેવું અને વધતા તાપમાન સાથે શોષણમાં ઘટાડો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, એટલે કે એક્ઝોથર્મિસિટી (ભૌતિક શોષણની થર્મલ અસર સામાન્ય રીતે શોષણના પ્રવાહીની ગરમીની નજીક હોય છે 10– 80 kJ/mol).

રાસાયણિક શોષણ (કેમિસોર્પ્શન)શોષક અને શોષક અણુઓની રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે, સામાન્ય રીતે બદલી ન શકાય તેવા; છે સ્થાનિકએટલે કે, શોષક અણુઓ શોષકની સપાટી સાથે આગળ વધી શકતા નથી. કેમિસોર્પ્શન એ રાસાયણિક પ્રક્રિયા છે જેને 40-120 kJ/mol ના ક્રમની સક્રિયકરણ ઊર્જાની જરૂર હોય છે, તાપમાનમાં વધારો તેની ઘટનાને પ્રોત્સાહન આપે છે.

હેનરીના સમીકરણ(ઓછા દબાણ અથવા ઓછી સાંદ્રતા પર સમાન સપાટી પર મોનોમોલેક્યુલર શોષણ):

G = Ksઅથવા G = Kr,

પ્રતિ- શોષક અને શોષકની પ્રકૃતિના આધારે શોષણ સંતુલન સ્થિરતા; એસ, પી- દ્રાવ્ય સાંદ્રતા અથવા ગેસનું દબાણ.

મોનોમોલેક્યુલર શોષણનો લેંગમુઇરનો સિદ્ધાંત

1. શોષણ સ્થાનિક છે અને તે રાસાયણિક રાશિઓની નજીકના દળોને કારણે થાય છે.

2. શોષકની સજાતીય સપાટી પર શોષણ થાય છે.

3. સપાટી પર શોષિત પરમાણુઓનો માત્ર એક જ સ્તર બની શકે છે.

4. શોષણ પ્રક્રિયા ઉલટાવી શકાય તેવી અને સંતુલન છે.

લેંગમુઇર શોષણ ઇસોથર્મ:

જ્યાં Г 0 - મોનોલેયર ક્ષમતા- પ્રમાણમાં ઉચ્ચ સંતુલન સાંદ્રતા પર અવલોકન કરાયેલ મર્યાદિત શોષણની સમાન સતત, mol/m2; b- શોષણ દર સ્થિર અને શોષણ દર સ્થિરના ગુણોત્તરની સમાન સ્થિર.

ફ્રેન્ડલિચ સમીકરણ(બિન-સમાન સપાટી પર શોષણ): Г = n સાથે K F,જ્યાં. કે એફએકતાની સમાન સંતુલન સાંદ્રતા પર સતત સંખ્યાત્મક રીતે શોષણ સમાન છે; n- અચલ જે શોષણ ઇસોથર્મની વક્રતા નક્કી કરે છે (એન= 0,1–0,6).

ઉકેલોમાંથી મોલેક્યુલર શોષણ:

જ્યાં C 0 એ શોષણની પ્રારંભિક સાંદ્રતા છે; સાથે- શોષણની સંતુલન સાંદ્રતા; વી- શોષક દ્રાવણનું પ્રમાણ; m- શોષકનો સમૂહ.

ચોરસ S0,સંતૃપ્ત શોષણ સ્તરમાં એક પરમાણુ દીઠ, - ઉતરાણ સ્થળ:

m 2 / પરમાણુ.

શોષણ સ્તરની જાડાઈ:

જ્યાં એમ- સર્ફેક્ટન્ટનું પરમાણુ વજન; ? - સરફેક્ટન્ટ ઘનતા.

રિબાઇન્ડરનો નિયમ:ઓછા ધ્રુવીય દ્રાવકમાંથી ધ્રુવીય શોષણ ધ્રુવીય શોષક પર વધુ સારી રીતે શોષાય છે; ધ્રુવીય શોષક પર - ધ્રુવીય દ્રાવકમાંથી બિન-ધ્રુવીય શોષણ.

શોષકની સપાટી પરના સર્ફેક્ટન્ટ પરમાણુઓની દિશા આકૃતિમાં યોજનાકીય રીતે બતાવવામાં આવી છે:

6.3. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન્સમાંથી શોષણ

વિનિમય શોષણ- સોલ્યુશન અને નક્કર તબક્કા વચ્ચે આયન વિનિમયની પ્રક્રિયા, જેમાં નક્કર તબક્કો દ્રાવણમાંથી ચોક્કસ ચિહ્ન (કેશન અથવા આયન) ના આયનોને શોષી લે છે અને તેના બદલે સમાન ચિહ્નના અન્ય આયનોની સમકક્ષ સંખ્યાને ઉકેલમાં મુક્ત કરી શકે છે. . કાયમ ચોક્કસએટલે કે, આપેલ શોષક માટે, માત્ર અમુક આયન વિનિમય માટે સક્ષમ છે; વિનિમય શોષણ સામાન્ય રીતે ઉલટાવી શકાય તેવું છે.

પાકેટ-પેસ્કોવ-ફેયન્સ નિયમ:સ્ફટિકીય ઘન સપાટી પર, એક આયન ખાસ કરીને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્રાવણમાંથી શોષાય છે, જે તેની સ્ફટિક જાળીને પૂર્ણ કરવામાં સક્ષમ છે અથવા સ્ફટિક બનાવે છે તે આયનોમાંના એક સાથે નબળી દ્રાવ્ય સંયોજન બનાવી શકે છે.

7. કોલોઇડલ (વિખરાયેલી) સિસ્ટમો

કોલોઇડલ (વિખરાયેલ) સિસ્ટમએ એક વિજાતીય પ્રણાલી છે જેમાં તબક્કાઓમાંથી એક નાના કણો દ્વારા રજૂ કરવામાં આવે છે જે સમાનરૂપે અન્ય સજાતીય તબક્કાના વોલ્યુમમાં વિતરિત થાય છે. આ અલ્ટ્રામાઇક્રોહેટેરોજેનિયસ સિસ્ટમ્સ છે જેમાં કણોનો સમાવેશ થાય છે વિખરાયેલો તબક્કો- કચડી કણોનો સંગ્રહ, જેનું કદ 10 -9 -10 -5 મીટરની અંદર છે અને સતત ફેલાવવાનું માધ્યમ,જેમાં આ કણોનું વિતરણ કરવામાં આવે છે.

ચિહ્નો પદાર્થની કોલોઇડલ સ્થિતિ - વિખરતા અને વિજાતીયતા.

વિખેરવાની ડિગ્રી?- સરેરાશ વ્યાસનો પારસ્પરિક અથવા, બિન-ગોળાકાર કણો માટે, સરેરાશ સમકક્ષ વ્યાસનો પારસ્પરિક ડી(m -1):

ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર- વિખરાયેલા તબક્કા S DF ના કુલ સપાટી વિસ્તારનો તેના કુલ જથ્થા સાથે અથવા તેના સમૂહનો ગુણોત્તર:

7.1. વર્ગીકરણ અને ડિસ્પર્સ સિસ્ટમ્સ બનાવવાની પદ્ધતિઓ

તબક્કાઓના એકત્રીકરણની સ્થિતિ અનુસાર વર્ગીકરણ

એક વિખરાઈ પ્રણાલી કે જેમાં વિખરાયેલો તબક્કો અને વિક્ષેપ માધ્યમ બંને વાયુઓ છે તે અસ્તિત્વમાં નથી, કારણ કે વાયુઓ એકબીજામાં અનંત રીતે દ્રાવ્ય હોય છે.

વિખરાયેલા તબક્કાના કણોના કદ અનુસાર સિસ્ટમોનું વર્ગીકરણ:

1) અત્યંત વિખરાયેલું, 10 -9_ 10 -7 મીટર (રૂબી કાચ);

2) મધ્યમ-વિખેરવું, 10 -7_ 10 -5 મીટર (ઇન્સ્ટન્ટ કોફી);

3) બરછટ, > 10 -5 મીટર (વરસાદના ટીપાં).

કોલોઇડલ સિસ્ટમ્સ મેળવવા માટેની પદ્ધતિઓ વિખેરવું

ભૌતિક વિક્ષેપ:કોલોઇડ મિલોનો ઉપયોગ કરીને યાંત્રિક ગ્રાઇન્ડીંગ; પદાર્થોનો વિદ્યુત છંટકાવ; અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપ અને અન્ય પદ્ધતિઓ. પરિણામી કણોને એકસાથે ચોંટતા અટકાવવા માટે, હાજરીમાં વિક્ષેપ હાથ ધરવામાં આવે છે સ્ટેબિલાઇઝર- ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અથવા ઇન્ટરફેસ પર શોષાયેલ પદાર્થ (સર્ફેક્ટન્ટ્સ).

રાસાયણિક વિક્ષેપ (પેપ્ટાઇઝેશન):પેપ્ટાઇઝરનો ઉપયોગ કરીને તાજા તૈયાર કાંપને કોલોઇડલ સ્થિતિમાં સ્થાનાંતરિત કરવું.

ઘનીકરણ

ભૌતિક ઘનીકરણ: 1) દ્રાવક રિપ્લેસમેન્ટ પદ્ધતિ, જેમાં દ્રાવક સાથે મિશ્રિત પ્રવાહી ઉમેરવાનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં પદાર્થ પોતે જ થોડો દ્રાવ્ય હોય છે, પદાર્થના સાચા દ્રાવણમાં; નવા દ્રાવકમાં પદાર્થની દ્રાવ્યતામાં ઘટાડો થવાને કારણે, દ્રાવણ અતિસંતૃપ્ત બને છે, અને પદાર્થનો ભાગ ઘનીકરણ થાય છે, વિખરાયેલા તબક્કાના કણો બનાવે છે; 2) વરાળમાંથી ઘનીકરણની પદ્ધતિ; પ્રારંભિક પદાર્થ વરાળમાં છે; જેમ જેમ તાપમાન ઘટે છે તેમ, વરાળ અતિસંતૃપ્ત બને છે અને આંશિક રીતે ઘટ્ટ બને છે, જે વિખરાયેલો તબક્કો બનાવે છે.

રાસાયણિક ઘનીકરણ:કોઈપણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા જે નબળી દ્રાવ્ય સંયોજનની રચનામાં પરિણમે છે; કોલોઇડલ સોલ્યુશન મેળવવા માટે, પ્રતિક્રિયા ઓછી કણોની વૃદ્ધિ દરે પાતળા દ્રાવણમાં થવી જોઈએ; પ્રારંભિક પદાર્થોમાંથી એક વધુ લેવામાં આવે છે અને સ્ટેબિલાઇઝર તરીકે સેવા આપે છે.

7.2. ડિસ્પર્સ સિસ્ટમ્સના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો

જ્યારે પ્રકાશ વિખરાયેલી સિસ્ટમ પર પડે છે, ત્યારે નીચેની ઘટનાઓ અવલોકન કરી શકાય છે:

પ્રકાશનો માર્ગવિખરાયેલા તબક્કાના કણો (પારદર્શક પ્રણાલીઓ માટે અવલોકન કરવામાં આવે છે જેમાં કણો ઘટના પ્રકાશની તરંગલંબાઇ કરતા ઘણા નાના હોય છે (r<< ?);

પ્રકાશ રીફ્રેક્શનવિખરાયેલા તબક્કાના કણો (જો આ કણો પારદર્શક હોય તો);

પ્રકાશ પ્રતિબિંબવિખરાયેલા તબક્કાના કણો (જો કણો અપારદર્શક હોય તો);

પ્રત્યાવર્તન અને પ્રતિબિંબપ્રણાલીઓ માટે પ્રકાશ અવલોકન કરવામાં આવે છે જેમાં કણો ઘટના પ્રકાશની તરંગલંબાઇ કરતા ઘણા લાંબા હોય છે (r >>?). દૃષ્ટિની રીતે, આ ઘટના આ સિસ્ટમોની અસ્પષ્ટતામાં વ્યક્ત થાય છે;

પ્રકાશ સ્કેટરિંગસિસ્ટમો માટે અવલોકન કરવામાં આવે છે જેમાં વિખરાયેલા તબક્કાના કણો નાના હોય છે, પરંતુ તુલનાત્મકઘટના પ્રકાશની તરંગલંબાઇ સાથે (r ? 0.1?);

શોષણપ્રકાશ ઊર્જાના થર્મલ ઊર્જામાં રૂપાંતર સાથે વિખરાયેલા તબક્કા દ્વારા પ્રકાશનું (શોષણ).

રેલે સમીકરણ:

જ્યાં I, I 0 - છૂટાછવાયા અને ઘટના પ્રકાશની તીવ્રતા; વી- એક કણની માત્રા; ? - આંશિક સાંદ્રતા (એકમ વોલ્યુમ દીઠ કણોની સંખ્યા); ? - તરંગલંબાઇ; n 1, n 0અનુક્રમે કણો અને માધ્યમના રીફ્રેક્ટિવ સૂચકાંકો છે.

પ્રસારિત અને છૂટાછવાયા (પ્રતિબિંબિત) પ્રકાશમાં કોલોઇડલ દ્રાવણના વિવિધ રંગોની ઘટના કહેવામાં આવે છે. અસ્પષ્ટતારંગીન સોલ્યુશનના કિસ્સામાં, તેમના પોતાના રંગની સુપરપોઝિશન હોય છે અને અસ્પષ્ટતાને કારણે થતા રંગ (ઘટના પ્રકાશનું ડિક્રોઇઝમ).

7.3. મોલેક્યુલર ગતિ ગુણધર્મો

તે કોલોઇડલ સિસ્ટમ્સ માટે લાક્ષણિક છે બ્રાઉનિયન ગતિ- માઇક્રોસ્કોપિક અને કોલોઇડલ કદના કણોની સતત રેન્ડમ હિલચાલ. આ હિલચાલ વધુ તીવ્ર હોય છે જેટલો ઉષ્ણતામાન વધારે હોય છે અને કણનું દળ અને વિક્ષેપ માધ્યમની સ્નિગ્ધતા ઓછી હોય છે.

પ્રસરણ- કણોની સાંદ્રતાને સમાન કરવાની સ્વયંસ્ફુરિત પ્રક્રિયા.

ફિકનો કાયદો:

કોલોઇડલ કણોના મોટા કદને કારણે, સાચા ઉકેલોની તુલનામાં કોલોઇડલ સિસ્ટમ્સમાં ફેલાવો ધીમો છે.

ઓસ્મોટિક દબાણ:

જ્યાં mtot એ ઓગળેલા પદાર્થનો સમૂહ છે; m- એક કણનો સમૂહ; વી- સિસ્ટમની માત્રા; એન એ- એવોગાડ્રોનો નંબર; ટી- સંપૂર્ણ તાપમાન; ? - આંશિક એકાગ્રતા; k- બોલ્ટ્ઝમેન સતત.

ગોળાકાર કણો માટે:

ક્યાં? m એ દ્રાવણના એકમ જથ્થા દીઠ વિખરાયેલા તબક્કાનો સમૂહ છે; ? - વિક્ષેપ માધ્યમની ઘનતા; r એ કણ ત્રિજ્યા છે.

7.4. મિશેલ માળખું

મિશેલ લિઓફોબિકસિસ્ટમને વિજાતીય માઇક્રોસિસ્ટમ કહેવામાં આવે છે, જેમાં સોલ્વેટેડ સ્ટેબિલાઇઝર આયનોથી ઘેરાયેલા વિખરાયેલા તબક્કાના માઇક્રોક્રિસ્ટલનો સમાવેશ થાય છે.

સંભવિત-નિર્ધારણઘન તબક્કાના કણની સપાટી પર શોષાય તેવા આયનોને કહેવામાં આવે છે (એકમ)અને તેને ચાર્જ આપવો. સંભવિત-નિર્ધારિત આયનો સાથે એકંદર, બને છે માઈકલ કોર.

કાઉન્ટરિયન્સ- આયનો માઈકલ કોર નજીક જૂથ થયેલ છે.

વિક્ષેપ માધ્યમમાં કાઉન્ટરિયન્સનું સ્થાન બે વિરોધી પરિબળો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે: થર્મલ ચળવળ (પ્રસરણ) અને ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણ.

કાઉન્ટરિયન્સ ગાઢ સમાવેશ થાય છે શોષણ સ્તર,"જોડાયેલ" કહેવાય છે અને ન્યુક્લિયસ મેક અપ સાથે કોલોઇડલ કણ અથવા ગ્રાન્યુલ. કોલોઇડલ કણ (ગ્રાન્યુલ) માં ચાર્જ હોય છે, જેનું ચિહ્ન સંભવિત-નિર્ધારિત આયનોના ચાર્જની નિશાની દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

કાઉન્ટરિયન્સ રચાય છે પ્રસરેલું સ્તર,- "જંગમ" અથવા "મફત".

સોલ્વેટેડ કાઉન્ટરિયન્સના આસપાસના વિખરાયેલા સ્તર સાથે કોલોઇડલ કણ બને છે માઈકલકોલોઇડલ કણોથી વિપરીત, માઇસેલ ઇલેક્ટ્રિકલી ન્યુટ્રલ હોય છે અને તેમાં કડક રીતે વ્યાખ્યાયિત પરિમાણો હોતા નથી.

આયનીય સ્ટેબિલાઇઝર સાથેના માઇકલમાં, તબક્કાની સીમા પર EDL હોય છે; વિખેરાયેલા તબક્કા અને વિખેરવાના માધ્યમ વચ્ચે સંભવિત તફાવત ઉદ્ભવે છે - થર્મોડાયનેમિક સંભવિત f (ઇન્ટરફેસિયલ),જે આપેલ વિખેરાઈ પ્રણાલીના ગુણધર્મો તેમજ ઘન તબક્કા પર શોષાયેલા સંભવિત-નિર્ધારિત આયનોના ચાર્જ અને સાંદ્રતા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ સ્થિર પ્રવાહીમાં ચાર્જ થયેલ કોલોઇડલ કણોની એક ઇલેક્ટ્રોડમાં હિલચાલ કહેવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોફોરેસિસ.

જે સપાટી પર ચળવળ થાય છે તેને કહેવામાં આવે છે સ્લાઇડિંગ સપાટી.ઇલેક્ટ્રોફોરેસીસ દરમિયાન અને બ્રાઉનીયન ગતિમાં, એટલે કે, સરકતી સપાટી પર, એકબીજાની સાપેક્ષ ગતિમાં હોય તેવા તબક્કાઓની સીમા પર સંભવિત કૂદકાની તીવ્રતા કહેવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોકાઇનેટિક અથવા?-સંભવિત (ઝેટા સંભવિત).

7.5. સ્થિરતા અને કોગ્યુલેશન

વિખરાયેલી સિસ્ટમોની સ્થિરતાવિખેરાયેલા માધ્યમના સમગ્ર વોલ્યુમમાં કણોના સમાન વિતરણની સ્થિતિ જાળવવા માટે વિખરાયેલા તબક્કાની ક્ષમતાને લાક્ષણિકતા આપે છે.

વિખેરાયેલી સિસ્ટમોની સંબંધિત સ્થિરતાના બે પ્રકાર છે: અવક્ષેપ અને એકત્રીકરણ.

સેડિમેન્ટેશન સ્થિરતા- ગુરુત્વાકર્ષણની અસરોનો સામનો કરવાની સિસ્ટમની ક્ષમતા. સેડિમેન્ટેશન એ ગુરુત્વાકર્ષણના પ્રભાવ હેઠળ દ્રાવણમાં કણોનું પતાવટ છે.

શરત સેડિમેન્ટેશન સંતુલન:કણ સતત ગતિએ ફરે છે, એટલે કે. સમાનરૂપે,ઘર્ષણ બળ ગુરુત્વાકર્ષણ બળને સંતુલિત કરે છે:

6??rU = 4/3?r 3 (? – ? 0) ગ્રામ,

ક્યાં? - વિખરાયેલા તબક્કાની ઘનતા, ? 0 – વિક્ષેપ માધ્યમની ઘનતા, g – ગુરુત્વાકર્ષણનું પ્રવેગક, ? - માધ્યમની સ્નિગ્ધતા.

એકંદર સ્થિરતાવિખરાયેલા તબક્કાના કણોની એકબીજા સાથે તેમના સંલગ્નતાનો પ્રતિકાર કરવા અને ત્યાં તેમના કદને જાળવી રાખવાની ક્ષમતાને દર્શાવે છે.

જ્યારે એકંદર સ્થિરતાનું ઉલ્લંઘન થાય છે, કોગ્યુલેશન એ કણોની એકસાથે ચોંટી જવાની પ્રક્રિયા છે જે મોટા એકંદર બનાવે છે.કોગ્યુલેશનના પરિણામે, સિસ્ટમ તેની સેડિમેન્ટેશન સ્થિરતા ગુમાવે છે, કારણ કે કણો ખૂબ મોટા થઈ જાય છે અને બ્રાઉનિયન ગતિમાં ભાગ લઈ શકતા નથી.

કોગ્યુલેશનના કારણો:

> તાપમાનમાં ફેરફાર;

> ઇલેક્ટ્રિક અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રોની અસર;

> દૃશ્યમાન પ્રકાશની ક્રિયા;

> પ્રાથમિક કણો સાથે ઇરેડિયેશન;

> યાંત્રિક અસર;

> ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઉમેરવું, વગેરે.

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ સાથે કોગ્યુલેશન એ સૌથી વધુ વ્યવહારુ રસ છે.

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ સાથે કોગ્યુલેશનના પ્રકાર

એકાગ્રતાકોગ્યુલેશન પ્રભાવ હેઠળ થાય છે ઉદાસીનઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ ઉદાસીનઇલેક્ટ્રોલાઇટ કહેવાય છે, જેની રજૂઆત પર ઇન્ટરફેસિયલ સંભવિત<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:

જે અવસ્થામાં પ્રસરેલું સ્તર અદૃશ્ય થઈ જાય છે અને કોલોઇડલ કણ વિદ્યુત રીતે તટસ્થ બને છે તેને કહેવાય છે. આઇસોઇલેક્ટ્રિક- ઇલેક્ટ્રોકાઇનેટિક સંભવિત (?) શૂન્ય છે, કોગ્યુલેશન થાય છે. આ સ્થિતિમાં મિસેલનું સૂત્ર આ સ્વરૂપ લે છે: (mnAg + nNO 3?) 0.

તટસ્થીકરણજ્યારે સોલમાં ઉમેરવામાં આવે ત્યારે કોગ્યુલેશન થાય છે ઉદાસીનઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઉદાસીનઇલેક્ટ્રોલાઇટ કહેવાય છે જે ઇન્ટરફેસિયલ (?) અને રેખીય રીતે સંકળાયેલ ઇલેક્ટ્રોકાઇનેટિક (?) પોટેન્શિયલ્સને બદલી શકે છે, એટલે કે આ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં આયનો હોય છે જે ખાસ કરીને એકંદરની સપાટી પર શોષી શકાય છે, તેની સ્ફટિક જાળી પૂર્ણ કરી શકે છે અથવા સંભવિત-નિર્ધારિત આયનો સાથે રાસાયણિક રીતે સંપર્ક કરી શકે છે. .

ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા કે જેમાં કોગ્યુલમ કોલોઇડલ સ્થિતિમાં પરત આવે છે તેને કહેવામાં આવે છે પેપ્ટાઇઝેશન અથવા ડિસગ્રિગેશન.

કોગ્યુલેશન નિયમો

1. પર્યાપ્ત માત્રામાં સોલમાં ઉમેરવામાં આવેલા તમામ મજબૂત ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ તેના કોગ્યુલેશનનું કારણ બને છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટની લઘુત્તમ સાંદ્રતા જે ચોક્કસ ટૂંકા ગાળામાં સોલના કોગ્યુલેશનનું કારણ બને છે તેને કહેવાય છે. કોગ્યુલેશન થ્રેશોલ્ડ:

જ્યાં C el એ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ-કોગ્યુલેટરની સાંદ્રતા છે; વી el - ઉમેરાયેલ ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું પ્રમાણ; વીસોલ (સામાન્ય રીતે 10 મિલી) - સોલનું પ્રમાણ.

2. કોગ્યુલેટીંગ અસર આયન દ્વારા કબજે કરવામાં આવે છે જેનો ચાર્જ લિઓફોબિક સોલના મિકેલના કાઉન્ટરિયન્સના ચાર્જ સાથે એકરુપ હોય છે (કોગ્યુલેટીંગ આયનનો ચાર્જ કોલોઇડલ કણના ચાર્જની વિરુદ્ધ છે). આ આયન કહેવાય છે કોગ્યુલન્ટ આયન.

3. આયનનો ચાર્જ જેટલો વધારે છે, તેટલી જ કોગ્યુલન્ટ આયનની કોગ્યુલેટીંગ ક્ષમતા વધારે છે:

મહત્વનો નિયમ:

? 1: ? 2: ? 3 = 1/1 6: 1/2 6: 1/3 6 = 729: 11: 1

સમાન ચાર્જ સાથે આયનની કોગ્યુલેટીંગ ક્ષમતા વધારે છે, તેની સ્ફટિકીય ત્રિજ્યા જેટલી મોટી છે. Ag + > Cs + > Rb + > NH 4 + > K + > Na + > Li+ – લ્યોટ્રોપિક શ્રેણી.

કોલોઇડલ સંરક્ષણસોલ માં HMC (ઉચ્ચ પરમાણુ વજન સંયોજન) અથવા સર્ફેક્ટન્ટ (સર્ફેક્ટન્ટ) દાખલ કરીને તેની એકંદર સ્થિરતા વધારવાને કહેવામાં આવે છે.

રક્ષણાત્મક નંબરજ્યારે કોગ્યુલેશન થ્રેશોલ્ડ જેટલી માત્રામાં તેમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઉમેરવામાં આવે ત્યારે 10 મિલી સોલને સુરક્ષિત રાખવા માટે જરૂરી શુષ્ક પદાર્થના મિલિગ્રામની ન્યૂનતમ સંખ્યા છે.

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર વિષય. તેનો અર્થ

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના વિકાસના ઇતિહાસની સંક્ષિપ્ત રૂપરેખા

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના વિભાગો. સંશોધન પદ્ધતિઓ

પ્રકરણ I.
થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ કાયદો

ગરમી અને કામ

આંતરિક ઊર્જા

એકીકરણની મર્યાદા સામાન્ય કેસમાં મનસ્વી હોવાથી, પછી પ્રાથમિક જથ્થાઓ માટે dWઅને dQ:

ડી પ્ર¹ ડી ડબલ્યુ,

તેથી:

ડી પ્ર-ડી ડબલ્યુ ¹ 0

ચાલો તફાવત દર્શાવીએ dQ - dWદ્વારા કોઈપણ પ્રાથમિક થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયા માટે ડીયુ:

ડીયુº ડી પ્ર-ડી ડબલ્યુ(હું, 2)

અથવા અંતિમ પ્રક્રિયા માટે:

– (I, 2a)

પરિપત્ર પ્રક્રિયા પર પાછા ફરીને, અમે (સમીકરણ I, 1 માંથી) મેળવીએ છીએ:

= – = 0 (I, 3)

આમ, મૂલ્ય ડીયુસિસ્ટમની સ્થિતિના અમુક કાર્યનો કુલ તફાવત છે. જ્યારે સિસ્ટમ તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછી આવે છે (ચક્રીય ફેરફાર પછી), આ કાર્યનું મૂલ્ય તેની મૂળ કિંમત પ્રાપ્ત કરે છે.

સિસ્ટમ સ્થિતિ કાર્ય યુ,સમાનતા દ્વારા વ્યાખ્યાયિત (I, 2) અથવા (I, 2a) કહેવાય છે આંતરિક ઊર્જા સિસ્ટમો .

દેખીતી રીતે, અભિવ્યક્તિ (I, 2a) નીચે પ્રમાણે લખી શકાય છે:

= U 2 – U 1 = ∆U = –(I, 2b)

U 2 – U 1 = ∆U = Q – W

બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા એ સિસ્ટમની સ્થિતિનું એક અસ્પષ્ટ, સતત અને મર્યાદિત કાર્ય છે.

(I, 4)

(I, 5)

આપણે “a” અને “c” અથવા “b” અને “c”, વગેરે પાથની સરખામણી કરીને સમાન પરિણામ પર પહોંચીશું.

ચોખા. I. ગોળાકાર (ચક્રીય) પ્રક્રિયાની યોજના.

અભિવ્યક્તિ (I, 5) તે દર્શાવે છે એક રાજ્યમાંથી બીજા રાજ્યમાં સંક્રમણ દરમિયાન સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જામાં વધારો પ્રક્રિયાના માર્ગ પર આધારિત નથી, પરંતુ તે ફક્ત સિસ્ટમની પ્રારંભિક અને અંતિમ સ્થિતિ પર આધારિત છે.

થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ

થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ ઊર્જાના સંરક્ષણના કાયદા સાથે સીધો સંબંધ ધરાવે છે. તે તમને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ સહિત વિવિધ પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન ઊર્જા સંતુલનની ગણતરી કરવાની મંજૂરી આપે છે.

ઊર્જા સંરક્ષણના કાયદામાંથી તે નીચે મુજબ છે:

Q = ∆U + W

બંધ સિસ્ટમ માટે પરિણામી અભિવ્યક્તિ નીચે પ્રમાણે વાંચી શકાય છે: સિસ્ટમને પુરી પાડવામાં આવતી ગરમી તેની આંતરિક ઉર્જા બદલવા અને કામ કરવા માટે જ ખર્ચવામાં આવે છે.

ઉપરોક્ત વિધાન સમીકરણો (I, 3) અને (I, 5) સાથે સંકળાયેલું છે થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ કાયદાની રચના(આંતરિક ઉર્જાની માત્રાત્મક વ્યાખ્યા આપતા સમીકરણ (I, 2) સાથે સંયોજનમાં.

થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ એ ઉર્જા સંરક્ષણના કાયદાની માત્રાત્મક રચના છે જે ગરમી અને કાર્યના રૂપાંતર સાથે સંકળાયેલી પ્રક્રિયાઓને લાગુ પડે છે.

થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ કાયદાની બીજી રચના અભિવ્યક્તિ (I, 2a) માંથી મેળવી શકાય છે. એક અલગ સિસ્ટમમાં dQ = 0અને dW = 0, પછી dU = 0; તેથી, એક અલગ સિસ્ટમમાં થતી કોઈપણ પ્રક્રિયાઓ માટે:

(I,6)

એટલે કે એક અલગ સિસ્ટમની આંતરિક ઉર્જા સતત છે . થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ નિયમની આ રચના, ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓ અને મર્યાદિત પ્રણાલીઓ પર લાગુ થાય છે, ઊર્જાના સંરક્ષણના સામાન્ય કાયદાની માત્રાત્મક અભિવ્યક્તિ છે, જે મુજબ ઊર્જાનું નિર્માણ અથવા નાશ થતું નથી.

એ નોંધવું જોઇએ કે થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ કાયદો કોઈપણ રાજ્યમાં સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જાનું સંપૂર્ણ મૂલ્ય શોધવાનું શક્ય બનાવતું નથી, કારણ કે પ્રથમ કાયદાને વ્યક્ત કરતા સમીકરણો માત્ર ઊર્જામાં થતા ફેરફારોની ગણતરી તરફ દોરી જાય છે. વિવિધ પ્રક્રિયાઓમાં સિસ્ટમ. તેવી જ રીતે, મેક્રોસ્કોપિક પ્રક્રિયાઓમાં આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફારને સીધો માપી શકાતો નથી; માપી શકાય તેવા જથ્થાઓ - ગરમી અને આ પ્રક્રિયાના કાર્યને ધ્યાનમાં લઈને સમીકરણ (I, 2b) નો ઉપયોગ કરીને જ આ ફેરફારની ગણતરી કરી શકાય છે.

નોંધ કરો કે ગરમી અને કાર્ય (દરેક અલગથી) પાસે સમીકરણ (I, 3) અથવા (I, 5) દ્વારા વ્યક્ત કરાયેલ રાજ્ય કાર્યની મિલકત નથી અને આંતરિક ઊર્જામાં સહજ છે. પ્રક્રિયાની ગરમી અને કાર્ય જે સિસ્ટમને રાજ્ય 1 થી રાજ્ય 2 માં સ્થાનાંતરિત કરે છે, સામાન્ય કિસ્સામાં, પ્રક્રિયાના માર્ગ અને તીવ્રતા પર આધાર રાખે છે. δ પ્રઅને δWસ્ટેટ ફંક્શનના ભિન્નતા નથી, પરંતુ તે ફક્ત અનંત જથ્થાઓ છે, જેને આપણે કહીશું મૂળભૂત ગરમીઅને મૂળભૂત કામ.

આમ, આંતરિક ઊર્જા વિભેદક ડીયુપ્રાથમિક ગરમી કરતાં અલગ ગાણિતિક ગુણધર્મો ધરાવે છે dQઅને કામ dW. થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમનું નિર્માણ કરતી વખતે આ મહત્વપૂર્ણ છે.

રાજ્યના સમીકરણો

સંતુલનમાં સિસ્ટમના ઘણા ગુણધર્મો અને તેના ઘટક તબક્કાઓ એકબીજા પર આધારિત છે. તેમાંથી એકમાં ફેરફાર અન્યમાં ફેરફારનું કારણ બને છે. સિસ્ટમના ગુણધર્મો (તબક્કો) વચ્ચેની માત્રાત્મક કાર્યાત્મક અવલંબન વિવિધ પ્રકારના સમીકરણો દ્વારા પ્રતિબિંબિત થઈ શકે છે.

આ સમીકરણોમાંથી, સૌથી મહત્વપૂર્ણ છે રાજ્યનું સમીકરણતબક્કો, સંતુલનમાં હોય તેવી સિસ્ટમના દરેક તબક્કાના અભિન્ન સ્વરૂપમાં દબાણ, તાપમાન, ઘનતા (અથવા વોલ્યુમ), રચના અને અન્ય ગુણધર્મો સાથે જોડાણ.

રાજ્યનું સમીકરણ સિસ્ટમના થર્મોડાયનેમિક સમીકરણો અને તેના સજાતીય ભાગો (તબક્કાઓ) સાથે ગાઢ રીતે સંકળાયેલું છે, પરંતુ તે થર્મોડાયનેમિક્સના મૂળભૂત સમીકરણોમાંથી ચોક્કસ સ્વરૂપમાં મેળવી શકાતું નથી અને તે પ્રાયોગિક રીતે અથવા આંકડાકીય ભૌતિકશાસ્ત્રની પદ્ધતિઓ દ્વારા મેળવવામાં આવવું જોઈએ. પરમાણુ પરિમાણો પર (એટલે કે જથ્થાઓ, વ્યક્તિગત અણુઓની રચના અને ગુણધર્મોનું લક્ષણ). રાજ્યના સૌથી સરળ સમીકરણો નીચા દબાણ પરના વાયુઓ માટેના સમીકરણો છે: ક્લેપીરોન-મેન્ડેલીવ સમીકરણ, વેન ડેર વાલ્સ સમીકરણ, વગેરે.

તબક્કાના વિવિધ ગુણધર્મોને જોડતા રાજ્યના સમીકરણો અને અન્ય સમીકરણોની હાજરી એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે સિસ્ટમની સ્થિતિની અસ્પષ્ટ લાક્ષણિકતા માટે, માત્ર થોડા સ્વતંત્ર ગુણધર્મોનું જ્ઞાન પૂરતું છે. આ ગુણધર્મો કહેવામાં આવે છે સ્વતંત્ર ચલોઅથવા રાજ્ય પરિમાણોસિસ્ટમો બાકીના પ્રોપર્ટીઝ સ્ટેટ પેરામીટર્સના ફંક્શન છે અને જો બાદના મૂલ્યો આપવામાં આવે તો તે અનન્ય રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે. તદુપરાંત, ઘણી સમસ્યાઓ માટે આપણે અભ્યાસ હેઠળના તબક્કાઓની સ્થિતિના ચોક્કસ સમીકરણો જાણીએ છીએ કે કેમ તે વાંધો નથી; એકમાત્ર મહત્વની બાબત એ છે કે અનુરૂપ નિર્ભરતા હંમેશા અસ્તિત્વમાં છે.

આમ, સિસ્ટમની સ્થિતિ સ્વતંત્ર ચલો (રાજ્ય પરિમાણો) દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, જેની સંખ્યા ચોક્કસ સિસ્ટમની પ્રકૃતિ પર આધારિત છે, અને તેમની પસંદગી, સૈદ્ધાંતિક રીતે, મનસ્વી અને યોગ્યતાના વિચારણાઓ સાથે સંબંધિત છે. સૌથી સરળ પ્રણાલીઓની સ્થિતિ નક્કી કરવા માટે - સમૂહ અને રચનામાં સમયાંતરે એકરૂપ અને સતત (એક તબક્કાનો સમાવેશ થાય છે અને રાસાયણિક રીતે બદલાતો નથી) - ત્રણમાંથી બે સ્વતંત્ર ચલોને જાણવું પૂરતું છે (વોલ્યુમ વી,દબાણ પીઅને તાપમાન ટી).વધુ જટિલ સિસ્ટમોમાં, સ્વતંત્ર ચલોમાં સાંદ્રતા, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ, ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક સંભવિત, ચુંબકીય ક્ષેત્રની શક્તિ અને અન્યનો સમાવેશ થઈ શકે છે.

કેલરી ગુણાંક

સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા, રાજ્યનું કાર્ય હોવાને કારણે, તે સિસ્ટમના સ્વતંત્ર ચલો (રાજ્ય પરિમાણો) નું કાર્ય છે.

સરળ સિસ્ટમોમાં

યુ = f (વી, ટી) (હું, 7)

કુલ વિભેદક U ક્યાંથી આવે છે? :

dU = dV + dT (1,8)

મૂલ્યની અવેજીમાં ડીયુસમીકરણ (I, 8) થી સમીકરણ (I, 2) સુધી, આપણે શોધીએ છીએ:

δQ = dV + dT + δW(I, 9)

જો અભ્યાસ હેઠળની સિસ્ટમમાં માત્ર વિસ્તરણ કાર્ય હોય અને કોઈ વિદ્યુત કાર્ય, ગુરુત્વાકર્ષણ બળ, સપાટી બળ વગેરે ન હોય, તો d ડબલ્યુ = પીડીવી.પછી

δQ = + પી ડીવી + ડીટી(I, 9a)

ચિહ્નો સાથે સમીકરણ (I, 9a) માં સ્વતંત્ર ચલોના ભિન્નતાના ગુણાંકને દર્શાવવું lઅને સીવી,અમને મળે છે:

δQ = ldV + C V dT(1,10)

સમીકરણોમાંથી (I, 9a) અને (I, 10) તે નીચે મુજબ છે:

= l = + P(I,11)

= C V =

જથ્થો અને કોઈપણ કાર્યના ડેરિવેટિવ્ઝનું પ્રતિનિધિત્વ કરતા નથી. પ્રથમ એક છે ઇસોથર્મલ વિસ્તરણની ગરમીશરીરો. આ જથ્થા, જેનું પરિમાણ દબાણના પરિમાણ સાથે સુસંગત છે, તેમાં બાહ્ય દબાણ અને શબ્દનો સમાવેશ થાય છે. ; જે પરમાણુઓના પરસ્પર આકર્ષણને પ્રતિબિંબિત કરે છે. આ શબ્દ વાસ્તવિક વાયુઓ માટે નાનો છે અને પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થો માટે ખૂબ મોટો (બાહ્ય દબાણના સામાન્ય મૂલ્યોની તુલનામાં) છે.

તીવ્રતા સીવી, સમીકરણ (I, 11) અનુસાર, ત્યાં છે સ્થિર વોલ્યુમ પર ગરમી ક્ષમતા. સ્થિર જથ્થામાં સિસ્ટમ દ્વારા શોષાયેલી ગરમી સંપૂર્ણપણે આંતરિક ઊર્જા વધારવા માટે ખર્ચવામાં આવે છે (જો કે વિસ્તરણ કાર્ય સહિત તમામ પ્રકારના કામ ગેરહાજર હોય).

ચલો માટે આંતરિક ઊર્જાના કુલ વિભેદકના ગુણાંક વીઅને ટીઉપર બતાવ્યા પ્રમાણે, સરળ ભૌતિક અર્થ છે.

સ્વતંત્ર ચલો તરીકે પસંદ કરી રહ્યા છીએ પીઅને ટીઅથવા વીઅને પીઅને આંતરિક ઊર્જાને ચલોની આ જોડીના કાર્ય તરીકે ધ્યાનમાં લેતા, આપણે ઉપરની જેમ જ મેળવી શકીએ છીએ:

ડી પ્ર = એચડીપી + C P dT(I, 10a)

ડી પ્ર=c ડીવી+l ડીપી(I, 10b)

જથ્થો ક્યાં છે h, C P, c અને l આંતરિક ઊર્જાના ડેરિવેટિવ્ઝ સાથે સંબંધિત છે જે સમીકરણમાં રજૂ કરેલા કરતાં વધુ જટિલ સંબંધો દ્વારા છે (I, 11). તેની નોંધ લો C p =ત્યાં છે સતત દબાણમાં ગરમીની ક્ષમતા,એ h = – ઇસોથર્મલ દબાણ વધારો ગરમી.છેલ્લું મૂલ્ય નોંધપાત્ર રીતે નકારાત્મક છે.

મતભેદ l, h, Cવી , સી પી , c અને λ કહેવાય છે કેલરી ગુણાંક.સ્વતંત્ર ભૌતિક અર્થ ધરાવતો (ખાસ કરીને સી પી,સીવી અને l), તે થર્મોડાયનેમિક વ્યુત્પત્તિ અને ગણતરીઓમાં પણ ઉપયોગી સહાયક માત્રા છે.

વિવિધ પ્રક્રિયાઓનું સંચાલન

કામના નામ હેઠળ ઘણી ઊર્જા પ્રક્રિયાઓ એક થઈ જાય છે; આ પ્રક્રિયાઓની સામાન્ય મિલકત એ છે કે બહારથી કામ કરતા બળને દૂર કરવા માટે સિસ્ટમ દ્વારા ઊર્જાનો ખર્ચ. આવી પ્રક્રિયાઓમાં, ઉદાહરણ તરીકે, સંભવિત ક્ષેત્રમાં જનતાની હિલચાલનો સમાવેશ થાય છે. જો બળના ઢાળ સામે ચળવળ થાય છે, તો સિસ્ટમ કામના સ્વરૂપમાં ઊર્જાનો ખર્ચ કરે છે; કામની માત્રા હકારાત્મક છે. બળના ઢાળ સાથે આગળ વધતી વખતે, સિસ્ટમ બહારથી કામના સ્વરૂપમાં ઊર્જા મેળવે છે; કામની રકમ નકારાત્મક છે. ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્રમાં જાણીતા સમૂહને વધારવાનું આ કાર્ય છે. આ કિસ્સામાં પ્રાથમિક કાર્ય:

ડી ડબલ્યુ = – એમજીડીએચ

જ્યાં m- બોડી માસ; એચ- પ્રારંભિક શૂન્ય સ્તરથી ઉપરની ઊંચાઈ. જ્યારે સિસ્ટમ બાહ્ય દબાણ હેઠળ વિસ્તરે છે પી,સિસ્ટમ કામ કરે છે , આ કિસ્સામાં પ્રાથમિક કાર્ય સમાન છે PdV(V 1અને વી 2 -સિસ્ટમના પ્રારંભિક અને અંતિમ વોલ્યુમો, અનુક્રમે).

જ્યારે વિદ્યુત ચાર્જ ફરે છે qસંભવિત ડ્રોપની દિશાની વિરુદ્ધ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રમાં jઅને તે ક્ષેત્રમાં જ્યાં સંભવિત ફેરફાર સમાન છે ડીજે,તેમજ ક્ષમતા ધરાવતા શરીરના ચાર્જમાં વધારા સાથે j, રકમ દ્વારા dqસિસ્ટમ પર કામ કરવામાં આવે છે, તેનું મૂલ્ય પ્રથમ કિસ્સામાં સમાન છે - qdj, અને બીજા કિસ્સામાં - jdq.

એ જ રીતે, આપણે ઇન્ટરફેસની સપાટીને વધારવાના કાર્યને વ્યક્ત કરી શકીએ છીએ એસસિસ્ટમના સજાતીય ભાગો વચ્ચે (તબક્કા): ડી ડબલ્યુ= -ઓ ડીએસ,
જ્યાં s સપાટી તણાવ છે.

સામાન્ય રીતે, પ્રાથમિક નોકરી dWગુણાત્મક રીતે વિવિધ પ્રાથમિક કાર્યોનો સરવાળો છે:

ડી ડબલ્યુ = પીડીવી - એમજીડીએચ-ઓ ડીએસ- જે ડી q + … (1.12)

અહીં P, -mg, -σ, -j - સામાન્ય અર્થમાં દળો (સામાન્યીકૃત દળો)અથવા તીવ્રતા પરિબળો; વી, એચ, એસ, q – સામાન્યકૃત કોઓર્ડિનેટ્સઅથવા ક્ષમતા પરિબળો.

દરેક ચોક્કસ કિસ્સામાં, અભ્યાસ હેઠળની સિસ્ટમમાં કયા પ્રકારનાં કાર્ય શક્ય છે તે નિર્ધારિત કરવું જરૂરી છે, અને, તેના માટે યોગ્ય અભિવ્યક્તિઓ દોર્યા પછી dW, તેમને સમીકરણમાં વાપરો (I, 2a). એકીકૃત સમીકરણ (I, 12) અને ચોક્કસ પ્રક્રિયા માટે કાર્યની ગણતરી માત્ર એવા કિસ્સાઓમાં જ શક્ય છે જ્યાં પ્રક્રિયા સંતુલનમાં હોય અને સ્થિતિનું સમીકરણ જાણીતું હોય.

ઘણી સિસ્ટમો માટે, સમીકરણ (I, 12) ની શ્રેણીને એક શબ્દ સુધી મર્યાદિત કરવી શક્ય છે - વિસ્તરણનું કાર્ય.

સંતુલન પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન વિસ્તરણનું કાર્ય રાજ્યના સમીકરણમાંથી ઉદ્ભવતા વિવિધ સમીકરણો દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે. અહીં તેમાંથી કેટલાક છે:

1) સતત વોલ્યુમ પર થતી પ્રક્રિયા (isochoric પ્રક્રિયા; V = const):

W = ∫δW = ∫PdV = 0(હું, 13)

2) સતત દબાણ પર થતી પ્રક્રિયા (આઇસોબેરિક પ્રક્રિયા; P = const):

W= = P(V 2 – V 1) = PDV(હું, 14)

3) સતત તાપમાને થતી પ્રક્રિયા (ઇસોથર્મલ પ્રક્રિયા, T = const). એક આદર્શ ગેસના વિસ્તરણનું કાર્ય, જેના માટે PV = nRT:

W = dV = nRT ln(હું, 15)

એન્થાલ્પી

પ્રક્રિયાઓ માટે થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ કાયદાનું સમીકરણ જ્યાં માત્ર વિસ્તરણ કાર્ય કરવામાં આવે છે તે સ્વરૂપ લે છે:

δQ = dU + PdV(હું, 19)

જો પ્રક્રિયા સતત દબાણ પર થાય છે, તો પછી, એકીકરણ કરીને, અમે મેળવીએ છીએ:

Q P = U 2 – U 1 + P(V 2 – V 1)(હું, 20)

Q P = (U 2 + PV 2) – (U 1 + PV 1)(હું, 21)

કારણ કે પીઅને વી- રાજ્ય પરિમાણો, એક યુરાજ્ય કાર્ય છે, પછી સરવાળો U+PVરાજ્યનું કાર્ય પણ છે અને પ્રક્રિયામાં તેનો ફેરફાર પ્રક્રિયાના માર્ગ પર આધારિત નથી, પરંતુ માત્ર પ્રારંભિક અને અંતિમ સ્થિતિઓ પર આધારિત છે. આ કાર્ય કહેવામાં આવે છે એન્થાલ્પીઅને પ્રતીક દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે એચ. મૂલ્ય નક્કી કરવું એચઓળખ છે:

HU+PV(હું, 22)

સમીકરણ (I, 21) પરથી તે અનુસરે છે કે સતત દબાણ પર શોષાયેલી ગરમી એન્થાલ્પી ડીમાં વધારાની બરાબર છે. એચઅને પ્રક્રિયાના માર્ગ પર આધારિત નથી:

(I,21a)

થર્મોડાયનેમિક્સનો બીજો નિયમ

સૌથી સામાન્ય અને ચોક્કસપણે સ્વયંસ્ફુરિત પ્રક્રિયાઓ ગરમ શરીરમાંથી ઠંડામાં ગરમીનું સ્થાનાંતરણ (થર્મલ વહન) અને કામનું ગરમી (ઘર્ષણ) માં સંક્રમણ છે. માનવજાતની સદીઓ જૂની રોજિંદી, તકનીકી અને વૈજ્ઞાનિક પ્રથાએ આ પ્રક્રિયાઓની રોજિંદી વાસ્તવિકતા તેમજ વિપરીત પ્રક્રિયાઓની સ્વયંસ્ફુરિત ઘટનાની અશક્યતા દર્શાવી છે, જે વ્યવહારિક દૃષ્ટિકોણથી ખૂબ જ આકર્ષક છે. કાર્યકારી શરીરની આસપાસના શરીરમાંથી ગરમી). આ ભારપૂર્વક જણાવવા માટેનું કારણ આપે છે કે કોઈપણ પ્રક્રિયાના સમૂહનું એકમાત્ર પરિણામ ઓછા ગરમ શરીરમાંથી વધુ ગરમ શરીરમાં ગરમીનું ટ્રાન્સફર હોઈ શકતું નથી. (ક્લોસિયસની ધારણા).

વધુ ગરમ શરીરથી ઓછા ગરમ શરીરમાં ગરમીનું વિપરીત સંક્રમણ એ થર્મલ વાહકતા દ્વારા ગરમીના સ્થાનાંતરણની સામાન્ય અસંતુલન પ્રક્રિયા છે. તે ઉલટાવી શકાતું નથી, એટલે કે, અવસ્થાઓના સમાન ક્રમ દ્વારા વિરુદ્ધ દિશામાં લઈ જવામાં આવે છે. પરંતુ આ પૂરતું નથી: જો સિસ્ટમ સીધી હીટ ટ્રાન્સફરની પ્રક્રિયામાંથી પસાર થઈ હોય, તો પછી કોઈપણ પ્રક્રિયાઓના આવા ક્રમને હાથ ધરવાનું કોઈ પણ રીતે શક્ય નથી જેના પરિણામે ગરમીના સ્થાનાંતરણમાં સામેલ તમામ સંસ્થાઓ પાછા ફરશે. તેમની મૂળ સ્થિતિમાં અને અન્ય સંસ્થાઓમાં કોઈ ફેરફાર થશે નહીં. થર્મલ વહનની પ્રક્રિયા ઉલટાવી શકાય તેવું છે.

અન્ય સામાન્ય સ્થિતિ, જે સમાન પ્રાયોગિક આધાર ધરાવે છે, તે નીચે મુજબ જણાવે છે: કોઈપણ પ્રક્રિયાના સમૂહનું એકમાત્ર પરિણામ ગરમીનું કાર્યમાં રૂપાંતર હોઈ શકતું નથી (એટલે કે, પર્યાવરણમાંથી સિસ્ટમ દ્વારા ગરમીનું શોષણ અને કાર્યને સમકક્ષ છોડવું. આ ગરમી માટે). આમ, કાર્યને ગરમીમાં (ઘર્ષણ દ્વારા) રૂપાંતરિત કરવાની સ્વયંસ્ફુરિત પ્રક્રિયા ઉલટાવી ન શકાય તેવી છે (થર્મલ વાહકતાની જેમ).

છેલ્લું વિધાન અલગ રીતે કહી શકાય: પ્રક્રિયામાં ભાગ લેનાર સૌથી ઠંડા શરીરની ગરમી કામના સ્ત્રોત તરીકે સેવા આપી શકતી નથી. (થોમસનની ધારણા).

બંને જોગવાઈઓ (ક્લોસિયસ અને થોમસનની ધારણાઓ) થર્મોડાયનેમિક્સના બીજા કાયદાની રચના છે અને એકબીજાની સમકક્ષ છે, એટલે કે, તેમાંથી દરેક અન્યના આધારે સાબિત થઈ શકે છે.

કારણ કે ગરમીનું સંક્રમણ અથવા તેના કાર્યમાં રૂપાંતર એ પ્રક્રિયાના એકમાત્ર પરિણામ તરીકે ગણવામાં આવે છે, તે સ્પષ્ટપણે જરૂરી છે કે ગરમીના વિનિમયમાં ભાગ લેતી સિસ્ટમ પ્રક્રિયાના પરિણામે અથવા પ્રક્રિયાઓના સમૂહને તેની મૂળ સ્થિતિમાં પરત કરે. આવી ચક્રીય પ્રક્રિયા સાથે, સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા બદલાશે નહીં.

ચાલો આપણે માની લઈએ કે ઉપરોક્ત ફોર્મ્યુલેશનમાંથી બીજું (ખાસ કરીને તેના છેલ્લા સ્વરૂપમાં) ખોટું છે. પછી ચક્રમાં કાર્યરત મશીન બનાવવું શક્ય બનશે, જેમાંથી "કાર્યકારી પ્રવાહી" સમયાંતરે તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછા આવશે, અને આ મશીન સિસ્ટમ કરતાં વધુ ગરમ ન હોય તેવા શરીરમાંથી બહારથી શોષાયેલી ગરમીને કારણે કાર્ય ઉત્પન્ન કરશે. પોતે અને સિસ્ટમની આસપાસના અન્ય તમામ સંસ્થાઓ. આવી પ્રક્રિયા થર્મોડાયનેમિક્સ (ગરમીને કારણે કામ)ના પ્રથમ નિયમનું ઉલ્લંઘન કર્યા વિના આગળ વધશે, પરંતુ પ્રેક્ટિસ માટે તે કંઈપણમાંથી કામ મેળવવા સમાન છે, કારણ કે દરેક મશીનમાં પર્યાવરણમાં ગરમીનો વ્યવહારીક રીતે અખૂટ સ્ત્રોત હશે. આ રીતે સ્ટીમશિપ આગળ વધી શકે છે, સમુદ્રના પાણીની ગરમી દૂર કરી શકે છે અને બળતણની જરૂર નથી. આ મશીન કહેવાય છે બીજા પ્રકારનું પરપેટ્યુમ મોબાઈલ (શાશ્વત ગતિ મશીન).આ વ્યાખ્યાના આધારે, અમે થર્મોડાયનેમિક્સનો બીજો કાયદો ઘડી શકીએ છીએ, થોમસનના અનુમાનને એક અલગ સ્વરૂપ આપીને: બીજા પ્રકારનો કાયમી મોબાઇલ અશક્ય છે.

એ વાત પર ભાર મૂકવો જોઈએ કે ક્લોસિયસ અને થોમસનની બંને જોગવાઈઓ અને બીજા પ્રકારના કાયમી મોબાઈલની અશક્યતા વિશેનું નિવેદન, અન્ય કાયદાઓ અથવા જોગવાઈઓના આધારે સાબિત થતું નથી. તે એવી ધારણાઓ છે જે તેમાંથી આવતા તમામ પરિણામો દ્વારા વાજબી છે, પરંતુ તમામ સંભવિત કેસો માટે સાબિત થઈ શકતી નથી.

ચાલો થર્મોડાયનેમિક્સના બીજા નિયમનું બીજું સૂત્ર આપીએ, જે, અલબત્ત, એકદમ સચોટ અને સંક્ષિપ્ત છે. આ ફોર્મ્યુલેશનમાં નવા રાજ્ય કાર્યના અસ્તિત્વની ધારણા છે, જેના દ્વારા ઉલટાવી શકાય તેવી અને બદલી ન શકાય તેવી પ્રક્રિયાઓ વચ્ચેનો તફાવત વ્યક્ત કરવામાં આવે છે:

એન્ટ્રોપીની ગણતરી માટેની પદ્ધતિઓ

સમીકરણો (II, 1) અને (II, 1a), જે એન્ટ્રોપી નક્કી કરે છે, તે સિસ્ટમની એન્ટ્રોપીમાં ફેરફારની થર્મોડાયનેમિક ગણતરી માટે માત્ર પ્રારંભિક સમીકરણો છે. સમીકરણ (II, 1a) માં પ્રાથમિક ગરમીને કેલરી ગુણાંક દ્વારા તેના અભિવ્યક્તિઓ સાથે બદલીને (જુઓ સમીકરણો (I, 10) અને (I, 10a)), અમે સંતુલન પ્રક્રિયાઓ માટે મેળવીએ છીએ:

કેજે/મોલ; ગલન તાપમાન t pl = 5.5°C ( ટી= 278,5 પ્રતિ). તેથી, એન્ટ્રોપી ફેરફાર 1 છે છછુંદરબેન્ઝીન જ્યારે ગલન થાય છે (ગલનની એન્ટ્રોપી) બરાબર છે:

ડીએસ પી.એલ. = 35,06જે/મોલ

2. સતત દબાણ પર ગરમી (આઇસોબેરિક પ્રક્રિયા; P = const). સમીકરણો (I, 18a) અને (II, 1a) થી આપણે મેળવીએ છીએ:

DS=(II, 6)

ચાલો 25 થી 600 °C સુધી ગરમ થાય ત્યારે એલ્યુમિનિયમના એક મોલની એન્ટ્રોપીમાં ફેરફાર શોધીએ. એલ્યુમિનિયમની સાચી દાઢ ગરમી ક્ષમતા સમીકરણ દ્વારા વ્યક્ત કરી શકાય છે:

C p = 565.5 + 0.290 ટી.સમીકરણ (II, 6) મુજબ, એન્ટ્રોપીમાં ફેરફાર સમાન હશે:

DS = = 565.5 + 0.290(873 – 298) = 607.8 + 166.8 = 774.6 J/molK

પ્લાન્કની ધારણા. સંપૂર્ણ એન્ટ્રોપી મૂલ્યો

સમીકરણ (II, 3) નો ઉપયોગ કરીને, સિસ્ટમની એન્ટ્રોપીના સંપૂર્ણ મૂલ્યની ગણતરી કરવી અશક્ય છે. આ શક્યતા નવી, અપ્રુવેબલ પોઝિશન દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવે છે જે થર્મોડાયનેમિક્સના બે નિયમોનું પાલન કરતી નથી, જે એમ. પ્લાન્ક (1912) દ્વારા ઘડવામાં આવી હતી. આ જોગવાઈ અનુસાર, કહેવાય છે પ્લાન્કની ધારણા, ચોક્કસ શૂન્ય પર વ્યક્તિગત સ્ફટિકીય પદાર્થની એન્ટ્રોપી શૂન્ય છે:

કડક શબ્દોમાં કહીએ તો, પ્લાન્કનું અનુમાન ફક્ત એવા વ્યક્તિગત પદાર્થો માટે જ માન્ય છે કે જેમના સ્ફટિકો આદર્શ રીતે બાંધવામાં આવે છે (ક્રિસ્ટલ જાળીમાં, તમામ ગાંઠો પરમાણુઓ અથવા અણુઓ દ્વારા કબજે કરવામાં આવે છે, નિયમિતપણે વૈકલ્પિક અને નિયમિત રીતે લક્ષી હોય છે). આવા સ્ફટિકો કહેવામાં આવે છે આદર્શ ઘન.વાસ્તવિક સ્ફટિકો આવા નથી, કારણ કે તેમની સ્ફટિક જાળી આદર્શ રીતે બાંધવામાં આવતી નથી.

કંઈક અંશે અવ્યવસ્થિત રીતે બાંધવામાં આવેલી સ્ફટિક જાળીની એન્ટ્રોપી સંપૂર્ણ રીતે બાંધવામાં આવેલી સ્ફટિક જાળીની એન્ટ્રોપી કરતાં વધારે છે. તેથી, 0 K પર પણ વાસ્તવિક સ્ફટિકો શૂન્ય કરતા વધારે એન્ટ્રોપી ધરાવે છે. જો કે, સંપૂર્ણ શૂન્ય પર વ્યક્તિગત પદાર્થોના વાસ્તવિક સારી રીતે રચાયેલા સ્ફટિકોની એન્ટ્રોપી નાની છે.

પ્લાન્કની ધારણા અનુસાર, આદર્શ નક્કર શરીર માટે સમીકરણ (II, 6) આ સ્વરૂપ લેશે:

રાસાયણિક સંયોજનોની એન્ટ્રોપીના સંપૂર્ણ મૂલ્યોની ગણતરી કરવા માટે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓના થર્મોડાયનેમિક અભ્યાસમાં પ્લાન્કના પોસ્ટ્યુલેટનો ઉપયોગ થાય છે - રાસાયણિક સંતુલનની ગણતરીમાં ખૂબ મહત્વ ધરાવતા જથ્થાઓ.

એન્ટ્રોપીનો વ્યાપકપણે ટેકનિકલ થર્મોડાયનેમિક્સ (હીટ એન્જિનિયરિંગ)માં ઉપયોગ થાય છે, જેમ કે હીટ એન્જિનમાં કામ કરતા પ્રવાહીના મહત્વના પરિમાણોમાંના એક તરીકે, ઉદાહરણ તરીકે, પાણીની વરાળ. આપેલ રાજ્યમાં પાણીની વરાળના એન્ટ્રોપી મૂલ્યોની ગણતરી કેટલીક પ્રમાણભૂત સ્થિતિની સરખામણીમાં કરવામાં આવે છે - સામાન્ય રીતે 0 ° સે અને 1 ammઆ એન્ટ્રોપી મૂલ્યોનો ઉપયોગ કહેવાતા નિર્માણ માટે થાય છે એન્ટ્રોપી સ્ટેટ ડાયાગ્રામકોઓર્ડિનેટ્સમાં પાણીની વરાળ એસ-ટીઅથવા એસ. એચ(મોલીયર ડાયાગ્રામ). આવા આકૃતિઓમાં, આકૃતિઓ જેવું જ વી-પીતમે હીટ એન્જિનના કાર્યકારી પ્રવાહીમાં થતી વિવિધ પ્રક્રિયાઓ અને મશીનના ઓપરેટિંગ ચક્રનું નિરૂપણ કરી શકો છો.

નિષ્કર્ષમાં, એ નોંધવું જોઈએ કે આપણે થર્મોડાયનેમિક્સના ક્ષેત્રમાં તપાસ કરવાની જરૂર નથી. અમારો ધ્યેય ફક્ત આ વિજ્ઞાનના મુખ્ય વિચારોને સમજાવવાનો અને તેની દલીલો પર શા માટે શક્ય છે તે કારણો સમજાવવાનો છે.

છેવટે, થર્મોડાયનેમિક્સના બે નિયમો નીચે પ્રમાણે ઘડવામાં આવે છે:

પ્રથમ નિયમ: બ્રહ્માંડની ઉર્જા હંમેશા સ્થિર છે.

બીજો નિયમ: બ્રહ્માંડની એન્ટ્રોપી હંમેશા વધે છે.

ક્રોસ વિભાગમાં, માનવ મગજ સમાવે છે: મગજ

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર

§ 1. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રનો વિષય. તેનો અર્થ

§ 2. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના વિકાસના ઇતિહાસની સંક્ષિપ્ત રૂપરેખા

§ 3. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના વિભાગો. સંશોધન પદ્ધતિઓ

પ્રકરણ I.
થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ કાયદો

§ 1. ઊર્જા. ઊર્જાના સંરક્ષણ અને પરિવર્તનનો કાયદો

§ 2. વિષય, પદ્ધતિ અને થર્મોડાયનેમિક્સની સીમાઓ

§ 3. ગરમી અને કામ

§ 4. ગરમી અને કાર્યની સમાનતા

§ 5. આંતરિક ઊર્જા

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રમાં ટેસ્ટ નંબર 2

વિશેષતા માટે પ્રવેશ પરીક્ષા કાર્યક્રમ 02.00.04 "ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર"

સાઇટ પર નવું

શાળામાં વેલેન્ટાઇન ડે કેવી રીતે માણવો?

ઉદ્યોગના પોતાના વૈજ્ઞાનિક આધાર અને ટેકનોલોજીનો વિકાસ

રાજ્યના રહસ્યોના રક્ષણ અને ગતિશીલતાની તૈયારી માટે વિભાગના કાર્યો અને કાર્યો

મરઘાં: બતક બતકનું સંક્ષિપ્ત વર્ણન

બાફેલા ઇંડામાંથી કાચા ઇંડાને કેવી રીતે અલગ પાડવું?

સૌથી વધુ લોકપ્રિય

ગોય તમે છો. ગોય તમે. અન્ય શબ્દકોશોમાં "ગોય યુ આર" શું છે તે જુઓ

લેવ નિકોલાઇવિચ ટોલ્સટોયના જીવનની સર્જનાત્મકતા અને રસપ્રદ તથ્યો

રશિયાએ "બુશ લેગ્સ" ની આયાત પર પ્રતિબંધ મૂક્યો

ખાવા માટેના નિયમો "ફિલોસોફી" વિષય પરના પાઠ અને અહેવાલો માટે કાર્યનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.

વિષય પર સેન્ટ ઓગસ્ટિન પ્રેઝન્ટેશનની રજૂઆત

લોકપ્રિય વિભાગો

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર

§ 1. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રનો વિષય. તેનો અર્થ

§ 2. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના વિકાસના ઇતિહાસની સંક્ષિપ્ત રૂપરેખા

§ 3. ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રના વિભાગો. સંશોધન પદ્ધતિઓ

પ્રકરણ I. થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ કાયદો

§ 1. ઊર્જા. ઊર્જાના સંરક્ષણ અને પરિવર્તનનો કાયદો

§ 2. વિષય, પદ્ધતિ અને થર્મોડાયનેમિક્સની સીમાઓ

§ 3. ગરમી અને કામ

§ 4. ગરમી અને કાર્યની સમાનતા

§ 5. આંતરિક ઊર્જા

ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રમાં ટેસ્ટ નંબર 2

વિશેષતા માટે પ્રવેશ પરીક્ષા કાર્યક્રમ 02.00.04 "ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર"

સાઇટ પર નવું

સૌથી વધુ લોકપ્રિય

લોકપ્રિય વિભાગો

પ્રકરણ I.
થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ કાયદો