A to ni edina znanost, s katero si razvijalci danes prizadevajo popularizirati. In seveda njihova pozornost ni minila mimo kemije - najbolj zanimive znanosti o zgradbi snovi, zaradi katere se otroci običajno bojijo nerazumljivih elementov in formul. A kot vedno se zdi, da gre za pristop. Morda, če popestrite preučevanje periodične tabele z različnimi igrami in otroke seznanite s konceptom kemične valence z barvito in razumljivo aplikacijo, se jim tema sama ne bo zdela dolgočasna ali nedostopna. Zato vam predstavljamo izbor aplikacij in iger za učenje kemije.

Aplikacija za raziskovanje kemičnih elementov, o kateri je angleški pisatelj in igralec Stephen Fry nekoč komentiral takole: "Zaradi te aplikacije bi moral kupiti iPad!". Elementi so nekakšna baza podatkov o glavnih kemičnih elementih, predstavljenih v obliki visokokakovostnih 3D modelov. Aplikacija temelji na The Elements avtorja Theodoreja Graya, avtorja stolpca Grey Matter v reviji Popular Science Magazine, vendar funkcije Elements daleč presegajo tisk.

Za vsak element je bil izbran primer, ki je predstavljen v obliki vrtljivega 3D modela (na primer kositrni vojak za kositer, zlati ingot za zlato itd.), ki ga je mogoče samostojno sprožiti, obrniti, povečan - na splošno raziskan z vseh strani . Poleg vsakega elementa je stolpec s podatki in dejstvi, ki podrobno opisujejo njegove značilnosti. Razvijalci svoj izdelek označujejo na naslednji način:

Elements ni aplikacija za pomoč; je bogata in navdušujoča ljubezenska zgodba periodnega sistema, pripovedana z besedami in slikami, ki vam omogoča, da doživite lepoto in veličastnost gradnikov našega vesolja kot še nikoli doslej.

Večkrat priznan kot eden najboljših programov za učenje kemije, The Elements stane le 4,99 $. Aplikacijo lahko prenesete iz iTunes. Žal je video pregled na voljo samo v angleščini, vendar je celo vizualno dovolj, da razumete, kako dober je ta program.

V tej brezplačni aplikaciji boste našli 3D modele različnih snovi. Molecules ima več načinov vizualizacije, ki uporabnikom omogočajo vrtenje modelov, spreminjanje velikosti molekule, povečavo/pomanjšanje in še več. Sama aplikacija ima zelo spodobno bazo molekularnih modelov, hkrati pa ima uporabnik možnost prenesti primere s specializiranih spletnih mest mednarodnih skladišč bioloških molekul in njihovih tridimenzionalnih modelov. Če želite to narediti, v iskalno vrstico vnesite ime snovi (Voda, Zlato, Inzulin itd.). Seveda so tukaj predstavljene izčrpne informacije o vsaki molekuli in molekularni spojini: polno ime molekularne strukture (in se spomnite, da so snovi najpogosteje skrajšane, polno ime pa je običajno znano le strokovnjakom?), številka in vrste aminokislin v primeru beljakovin, nukleotidna zaporedja za DNK in RNA, imena raziskovalcev spojin in drugo. Aplikacija je na voljo na iTunes.

Ta aplikacija, ki jo je ustvaril profesor kemije iz Michigana, uporabnikom pomaga razumeti, kako se molekule povezujejo. Igranje je sestavljeno iz petih stopenj, od katerih vsaka od igralca zahteva, da sestavi 2D Lewisove točkovne strukture. Tisti, ki bo opravil nalogo, bo nagrajen s preoblikovanjem 2D strukture v 3D model. Poleg tega vam bo aplikacija na koncu vsake stopnje postavila filozofsko retorično vprašanje o strukturi vesolja in njegovih snoveh, tako da vam bo filozofija kemije, tudi če ne boste razumeli valence, postala nekoliko bližja. Chemical Valence lahko prenesete iz App Store za 0,99 $.

To je neke vrste virtualni kemični laboratorij v vaši mobilni napravi. Tukaj lahko izvajate poskuse z različnimi snovmi in opazujete najbolj nepričakovane reakcije. Kot razumete, lahko v virtualnem prostoru celo eksperimentirate z eksplozivi in ​​radioaktivnimi snovmi. Rezultati poskusov se simulirajo v realnem času, program pa upošteva kopico parametrov: sestavo zraka, temperaturo okolice, maso in prostornino mešanih snovi itd. Za lažjo nalogo kemiku začetniku je v aplikaciji na voljo baza glavnih reakcij za vsako snov iz periodnega sistema. Lahko pa "kemizirate" in odkrijete lastne reakcije. Chemist Lab je na voljo na iTunes za 4,99 $. Obstaja pa tudi brezplačna preizkusna različica.

Pomislite na drug kemijski laboratorij? Nisem uganila! Chem Lab je zabaven kviz, ki bo preizkusil vaše znanje osnovnih kemičnih formul. Uporabnik mora zaporedoma izvesti 5 nalog (povleči potrebne elemente v epruveto za pridobitev plina ali združiti ustrezne snovi itd.). Na koncu poskusov se prikažejo zahtevani rezultati za vsako nalogo in primerjajo z vašimi dosežki. Bodite previdni – če je reakcija neuspešna, lahko nekaj eksplodira ali se vname. Seveda je delo v aplikaciji varno, a eksplozija vsaj nakazuje, da v resnici takšne izkušnje ni vredno ponoviti. Aplikacija je na voljo v App Store in stane samo 0,99 $.

Talking Ben the Dog je igra za najmlajše. Govoreči pes Ben je upokojeni profesor kemije, ki je utrujen od življenja. Vse, kar počne, je, da je, pije in bere časopise. Lahko ga poskusite premešati ali pa preprosto pritisnete gumb "Kemija" in pošljete starega profesorja v laboratorij, da z njim izvede preproste kemijske poskuse (zmešaj dve tekočini in opazuj reakcijo). Nič posebno poučnega, a vsaj otrok se nauči, da lahko mešanje dveh snovi povzroči nepričakovano reakcijo. Zdi se kot dober začetek, da otroku pripovedujete o kemiji kot znanosti. Aplikacija je na voljo brezplačno na iTunes in Google Play.

Drugo orodje za študij kemije, ki vam omogoča seznanitev z aktivnostjo elementov, preučevanje redoks reakcij, reševanje problemov v kemiji, pridobivanje končnih reakcijskih produktov in izenačevanje koeficientov. Aplikacija vsebuje opis reakcij več kot tisoč in pol kemičnih spojin. Aplikacijski vmesnik pa je izjemno preprost, pa tudi delo v njem: za reakcijo je dovolj, da iz tabele izberete potrebne elemente in jih povežete. Aplikacijo lahko brezplačno prenesete iz Google Play.

Igralna aplikacija za učenje kemije. Zdaj vam ni treba siliti svojega otroka, da stiska kemične elemente, samo namestite Elements Quiz zanj, kjer se periodni sistem preučuje v preprosti igralni obliki. Osnovna pravila igre so, da v tabeli poiščemo kemične elemente, ki jih ponuja program. Kaj bi lahko bilo lažje? Toda otrok v procesu takšnega iskanja postopoma zapomni ime elementa, njegov simbol in mesto v tabeli - osnove, ki so potrebne za nadaljnji uspešen študij predmeta. Za naprednejše uporabnike ima aplikacija vgrajene kvize, ki jih ni tako enostavno obravnavati. Poleg tega je aplikacija povezana z Wikipedijo, tako da lahko vedno dobite dodatne informacije o tem ali onem elementu v brezplačni enciklopediji.

To je aplikacija, ki vam omogoča enostavno risanje formul organskih spojin. Toda, kot ugotavljajo uporabniki, je v programu nemogoče opisati in prikazati popolne reakcije, zato se MolPrime + še vedno lahko uporablja samo kot urejevalnik formul. Mimogrede, svoje dosežke v aplikaciji je enostavno deliti s prijatelji prek twitterja in e-pošte, tako da lahko tekmujete v spretnosti. MolPrime+ je enostaven za prenos

Splošni recept za pripravo na kemijske olimpijade je zelo preprost: preberite dobro literaturo in trdo delajte - rešite probleme, analizirajte že pripravljene rešitve, preučite kemijske lastnosti snovi. Dali vam bomo seznam knjig s kratkimi komentarji in povezavami do elektronskih virov. Seveda ta seznam še zdaleč ni izčrpen in ni univerzalen, vendar je vse na njem zagotovljeno visoko kakovostno. Večino knjig je mogoče kupiti v knjigarnah, nekaj rabljenih knjig pa je mogoče prenesti s spleta.

Če govorimo o posebnih olimpijadah, potem je najboljši način priprave reševanje problemov preteklih let. Na internetu lahko najdete popolne naloge in rešitve za skoraj vsako resno kemijsko olimpijado v zadnjih 5-7 letih. Vendar taka obilica informacij ne pomaga vedno, morda ni dovolj izkušenj s samostojnim delom. Tukaj je nekaj nasvetov za učinkovito delo s težavami in rešitvami:

1. Vzemite si celoten sklop nalog, namenite dovolj časa (na primer prost dan) in poskusite rešiti čim več nalog. Pri kateri koli nalogi, tudi če ne deluje popolnoma, se poskusite premakniti čim dlje in popraviti vprašanje, na katerega niste mogli odgovoriti.
2. Po tem se lahko obrnete na rešitve. Ko analizirate vsako nalogo, si zapišite v ločen zvezek:
1. Nove reakcijske enačbe, ki ste se jih naučili;
2. Nove kemijske ideje, ki ste jih razumeli iz rešitve;
3. Nove tehnične rešitve (na primer reakcijska enačba v splošni obliki, način izbire spremenljivk, utemeljen izbor itd.);
4. Napake, ki ste jih naredili med reševanjem.

Takšna priprava bo vzela veliko časa, vendar je ona najučinkovitejša. Nato lahko z brskanjem po dokončanih zvezkih enostavno osvežite potrebne informacije v spominu. In ne bo šlo le za površno seznanjanje s pravimi odločitvami, temveč za globoko obvladovanje novega gradiva.

Ostaja samo vprašanje: kje dobiti toliko časa? Odgovor na to je lahko naslednji: vedno je čas, le ne porabimo ga vedno pravilno.

Uspehi pri pripravi in ​​delu z literaturo!

Kje začeti:

Anorganska kemija

1. B. V. Nekrasov "Osnove splošne kemije" (v 2 zvezkih, M .: Kemija, 1973). Ena najboljših domačih knjig o kemiji, absolutna klasika. Enciklopedija zanimive anorganske kemije, najboljša knjiga o kemiji elementov. Knjiga ima dve ravni. Za kemika začetnika je bolje, da bere samo velike tiske. Najbolj zanimivo pa je natisnjeno z drobnim tiskom. V nekaterih delih je knjiga s sodobnega vidika nekoliko naivna, vendar to ne zmanjša njene vrednosti za kemike začetnike. Knjigo lahko najdete v knjigarnah ali jo naložite z interneta.
2. E. A. Eremina, O. N. Ryzhova "Priročnik za šolarje v kemiji" (M.: Založba Moskovske državne univerze, 2014). Knjiga je bila napisana po programu "Moskovska državna univerza - šola". Sprva je bilo načrtovano pomagati kandidatom za vstop v Moskovsko državno univerzo, vendar se je izkazalo za zelo koristno za priprave na olimpijade. V tej knjigi so skrbno izbrane najpomembnejše reakcije organskih in anorganskih snovi ter preprost opis osnovnih fizikalnih in kemijskih pojmov.
3. I. A. Leenson "Kemični elementi" (Moskva: AST, 2017). Podroben vodnik po periodnem sistemu, nekakšna enciklopedija elementov, ki ga je sestavil eden najboljših popularizatorjev kemije. Knjiga je zanimiva tako za začetnike kot za profesionalne kemike.

Organska kemija

1. I. I. Grandberg. "Organska kemija" (4. izd., M.: Drofa, 2001). Število edicij govori zase. To je učbenik za študente, vendar je napisan tako preprosto in razumljivo, da tudi šolarjem ne bo povzročal težav.
2. V. M. Potapov. "Problemi in vaje v organski kemiji" (3. izd., popravljeno in dopolnjeno, M.: Khimiya, 1989). Precej preprosta, a zelo kompetentna problemska knjiga, ki vsebuje veliko nalog. Lahko se brezplačno prenese na spletu.

Fizikalna kemija

1. V. V. Eremin. "Teoretična in matematična kemija za šolarje" (2. izd., M.: MTsNMO, 2014). Ena redkih knjig fizikalne kemije, ki je na voljo za šolarje. To je problemska knjiga, vendar ima vsak odsek teoretični uvod. Obstaja tudi uvodno poglavje o matematiki. Velika prednost knjige je, da so naloge razdeljene na tri nivoje, zato se lahko z njo pripravimo ne le na mednarodno, ampak tudi na šolsko olimpijado.

problemske knjige

1. V. V. Eremin, N. E. Kuzmenko "Zbirka nalog in vaj iz kemije. Šolski tečaj "(M .: Izpit, 2008). Dobra zbirka nalog, po katerih se lahko pripravite na začetne olimpijade. Uspešna kombinacija računskih, kvalitativnih nalog in verig transformacij. Vsak odsek ima kratek teoretični uvod, ki ga je mogoče uporabitikot obris. Knjiga ni naprodaj.
2. N. E. Kuzmenko, V. V. Eremin, V. A. Popkov "Začetki kemije" (1-15. izd., M .: Izpit, 2000-2013; 16. izd., popravljeno in dopolnjeno, M. : Laboratorij znanja, 2016). Čeprav na naslovnici piše "Učbenik", je to vodnik za prijavitelje na univerze. Doživela je več kot 15 izdaj in postala zelo priljubljena. Knjiga vsebuje veliko problemov in dobro raziskanih primerov.
3. A. N. Levkin, N. E. Kuznetsova "Problemska knjiga iz kemije" (ločena knjiga za 9., 10. in 11. razrede, M .: Ventana-Graf). Dobre zbirke problemov na šolski ravni. Številne naloge so poučne narave. Stopnja zahtevnosti nekaterih nalog ustreza šolski ali občinski fazi vseruske olimpijade za šolarje.

Kako nadaljevati:

Anorganska kemija

1. Pod uredništvom Yu. D. Tretyakova "Anorganska kemija" (v 3 zvezkih, M .: Akademija, 2004-2007). Univerzitetni učbenik, ki so ga napisali profesorji Moskovske državne univerze. Številni razdelki so dostopni in uporabni za šolarje, na splošno pa so precej zapleteni in je bolje, da se nanje sklicujejo za reševanje posameznih vprašanj in ne za sistematično delo.
2. N. Ya. Turova "Tabele-sheme o anorganski kemiji" (M.: MTsNMO, 2009). Legendarni vodnik po anorganski kemiji. Je v omrežju.
3. N. N. Greenwood, A. M. Earnshaw "Kemija elementov" (v 2 zvezkih, Moskva: Binom. Laboratorij znanja, 2015). Eden najboljših tujih učbenikov anorganske kemije. Odličen dodatek k tridelni izdaji, ur. Tretjakov.

Organska kemija

1. J. March "Organska kemija: reakcije, mehanizmi in struktura" (v 4 zvezkih, M.: Mir, 1987). Klasična knjiga o organski kemiji, primerna za napredne študente. Lahko kupite v knjigarnah ali brezplačno prenesete na spletu. Leta 2019 je pri založbi Knowledge Lab izšla 4-zvezna izdaja "Marčeva organska kemija. Reakcije, mehanizmi, struktura".
2. N. A. Tyukavkina, Yu. I. Baukov "Bioorganska kemija" (3. izd., Moskva, Drofa, 2004). Splošno sprejet učbenik za medicinske fakultete. Za napredne študente - ena najboljših publikacij o biokemiji.

problemske knjige

1. A. Z. Lisitsyn, A. A. Zeifman "Zelo nestandardne naloge v kemiji" (Moskva: MTSNMO, 2015). Zbirka vsebuje več kot 500 nestandardnih problemov iz anorganske, organske in fizikalne kemije. Naloge so razdeljene na več stopenj zahtevnosti, za vse naloge so podani odgovori in/ali navodila. Zbirka je namenjena predvsem dodatnemu pouku kemije v šoli: priprava na olimpijade, šolske krožke, zanimiva bo za vse, ki so povezani s kemijo in jih zanimajo lepe in nenavadne kemijske strukture in transformacije.

Priljubljene in poljudnoznanstvene knjige o kemiji

1. Enciklopedija za otroke. Letnik 17. Kemija (Moskva: Avanta+, 2000, 2007, 2010). Čudovita knjiga o kemiji za otroke in odrasle. Zelo zanimivi članki, ki pokrivajo vse glavne oddelke kemije, odlične ilustracije, odlična ruščina. Knjiga je dobra tako za začetnike kot za tiste, ki že nekaj vedo. Vsak kemik bi moral imeti to knjigo na polici.
2. M. G. Voronkov, A. Yu. Rulev "O kemiji in kemikih tako v šali kot resno" (M.: Mnemozina, 2011). Zbirka zanimivih in smešnih zgodb o kemijskih odkritjih in kemikih v resničnem življenju. To ni zbirka znanstvenih anekdot, ampak dober učbenik o zgodovini kemije, v katerem so predstavljena le skrbno preverjena dejstva. Ta knjiga bo zanimiva za branje – tako študentom kot njihovim staršem.
3. Kratek trenutek zmagoslavja (M.: Nauka, 1989). Knjiga o tem, kako so bila narejena velika odkritja – v kemiji, fiziki, biologiji. Za tiste, ki se bodo profesionalno ukvarjali z znanostjo in koristili človeštvu. Knjiga je rabljena, ni je v trgovinah, vendar jo je mogoče prenesti iz omrežja.

še 4 knjige

1. I. S. Dmitriev, K. M. Nikitin "Dmitrij Mendeljejev. Avtor velikega zakona« (M.: Ast-Press, 2013). Knjiga iz serije "Vodnik po zgodovini Rusije". Kratka, a zelo informativna in zanesljiva biografija najbolj znanega ruskega znanstvenika na svetu - D. I. Mendelejeva. Opisani so ne le izjemni dosežki znanstvenika, ampak tudi njegova iskanja in neuspehi v znanosti, javnem in osebnem življenju.
2. Preprosta znanost. Komplet knjig, ki vsebujejo opise preprostih in zelo zabavnih eksperimentov iz fizike in kemije. Odlične knjige, ki otroke zanimajo za znanost.
3. I. M. Titova "Kemija in umetnost. 10-11 razredi« (učbenik, M.: Ventana-Graf, 2007). Knjiga za ljudi, ki želijo pridobiti široko izobrazbo. Zelo zanimivo je prikazana interakcija znanosti in umetnosti – dveh bistveno različnih načinov spoznavanja sveta. Odličen primer, kako se kemija kaže na področjih, ki so daleč od znanosti.
4. V. V. Eremin "Matematika v kemiji" (Moskva: MTsNMO, 2011). Knjiga za šolarje s fizično in matematično miselnostjo. Pripoveduje o tem, kako se matematika uporablja za reševanje kemičnih problemov. Obravnavane so omejitve, ki jih za matematične enačbe nalagajo zakoni kemije.

Olimpijade in mesta za pripravo

1. pri vseh predmetih.
2. http://www.chem.msu.ru/rus/olimp/ - informativni materiali o olimpijadah: moskovska, vseruska, Mendelejev, mednarodna. Podani so problemi teoretičnih in eksperimentalnih krogov, podrobne rešitve, seznami zmagovalcev in fotografije.

Še 4 mesta

1. Olimpijada "Lomonosov" iz vseh predmetov. Zahteva registracijo.
2. Materiali vsesibirske odprte kemijske olimpijade.
3. http://chem.dist.mosolymp.ru/ je sistem učenja na daljavo, namenjen predvsem pripravi na olimpijade vseh stopenj - od šolskih do mednarodnih. Vsebuje ogromno nalog, razvrščenih tako po temah kot po olimpijadah. Za vse pomembnejše oddelke kemije je podana teoretična snov in analizirane rešitve tipičnih problemov. Sistem je brezplačen, vendar zahteva minimalno registracijo.

Internetni viri

1. Poljubnoznanstveni projekt "Elementi velike znanosti" (fizika, kemija, matematika, astronomija, vede o življenju, znanosti o Zemlji). Znanstvene novice, knjige, poljudnoznanstveni članki, predavanja, enciklopedije.
2. Poljubnoznanstvena revija "Potential". Revija izhaja od leta 2005, rubrika "Kemija" - od leta 2011. Vsebuje učbenike splošne in anorganske kemije, organske kemije, multimedijska gradiva, probleme kemijskih olimpijad z rešitvami, probleme sprejemnih izpitov za prijavitelje, gradivo za učitelje psihologije in pedagogike, svetle tematske zbirke videov in interaktivne 3D ilustracije.

Zvezna agencija za izobraževanje

USTU - UPI

Katedra za teorijo metalurških procesov

L.A. Žukova, A.A. Žukov

FIZIKALNA KEMIJA

Izobraževalna elektronska besedilna izdaja Pripravil oddelek "Teorija metalurških procesov"

Povzetek predavanj iz discipline "Fizikalna kemija" za študente smeri 150100 - Metalurgija, 150600 - Materialna znanost in tehnologija materialov

Ekaterinburg

Razdelek 1. Uvod in osnovni pogoji

Iz samega imena discipline izhaja, da je znanost na meji med kemijo in fiziko. Glavna naloga fizikalne kemije je proučevanje razmerja med različnimi fizikalnimi in kemijskimi pojavi. Ker je vsak resnični pojav kompleksen, je izbira posameznih vidikov v njem – fizikalnih ali kemičnih – precej poljubna. Zato je včasih težko potegniti mejo med problematiko, ki jo preučuje fizikalna kemija, ter posameznimi oddelki fizike in kemije. Kot znanost se je fizikalna kemija začela oblikovati v drugi polovici 19. stoletja, čeprav je ime in splošno opredelitev vsebine fizikalne kemije prvi dal M.V. Lomonosov (1752): "Fizikalna kemija je znanost, ki mora na podlagi določil in eksperimentov fizikalnih znanstvenikov pojasniti razlog za to, kar se dogaja s kemičnimi operacijami v kompleksnih telesih."

Fizikalna kemija se ukvarja z večstranskim preučevanjem kemijskih procesov

in spremljajočih fizikalnih pojavov, z uporabo teoretičnih in eksperimentalnih metod obeh ved, pa tudi lastnih. To omogoča napovedovanje poteka kemičnega procesa in njegovega rezultata ter ga posledično nadzorovati, da bi dosegli optimalen rezultat. Področje uporabe fizikalne kemije zajema vsa vprašanja kemijskih in faznih transformacij, vpliv fizikalnih parametrov na kemijske procese in vpliv kemične sestave na fizikalne lastnosti. Na podlagi večstranskega preučevanja različnih lastnosti snovi in ​​značilnosti različnih procesov z njihovo udeležbo fizikalna kemija rešuje dve najpomembnejši nalogi - ugotavlja možnost procesa in njegovo hitrost, določa dejavnike, ki mu omogočajo, da se nadzorovano.

Metalurgija že dolgo temelji na dosežkih fizikalne kemije, ki je omogočila razvoj teorije procesov, ki se pojavljajo v metalurških enotah. Znanstveni pristop, ki utemeljuje možnost različnih procesov v danih pogojih, omogoča ugotavljanje pogojev za njihov najpopolnejši pojav, izračunavanje hitrosti teh procesov, upoštevanje količine toplote, ki se absorbira ali sprošča med njihovim potekom, in kot posledično optimizirati tehnološke režime za pridobivanje visokokakovostne kovine.

Proizvodnja kovin in zlitin je zapleten in večstopenjski proces, pri katerem se na vsaki stopnji, vključno s tekočim stanjem, oblikuje potrebna struktura in zahtevane lastnosti prihodnjega konstrukcijskega materiala. Metode fizikalne kemije se uporabljajo za utemeljitev kemične sestave zlitine z danimi lastnostmi in določitev načinov za njeno pridobivanje, optimizacijo procesov, ki se pojavljajo med njeno kristalizacijo, določitev hitrosti hlajenja ingota, ki prispeva k tvorbi dane fazne sestave. in strukturo ter pri analizi mnogih drugih procesov v metalurgiji. Tako je fizikalna kemija teoretična osnova za pridobivanje kovin, zlitin in drugih materialov z želenimi lastnostmi.

IN Trenutno je fizikalna kemija samostojna disciplina z lastnimi raziskovalnimi metodami in je teoretična osnova za številne uporabne discipline.

Fizikalna kemija ima vodilno vlogo pri oblikovanju znanstvenega pogleda specialista metalurga, saj omogoča analizo in napovedovanje poteka procesov pridobivanja in predelave kovin in zlitin z najsplošnejših stališč.

Namen študija fizikalne kemije je študente seznaniti z osnovnimi zakonitostmi te znanstvene discipline in njihovimi posledicami, nekaj teoretičnih

in eksperimentalne metode za preučevanje parametrov ravnotežnega stanja sistemov in kinetike tekočih procesov, razvijanje spretnosti in sposobnosti fizikalne in kemijske analize, potrebne za poglobljen študij metalurških procesov in tehnologij v posebnih predmetih.

Raznolikost pojavov, ki jih preučuje fizikalna kemija, je privedla do izolacije znotraj

Ima več razdelkov, med katerimi so glavni naslednji.

Kemijska termodinamika ukvarja se z obravnavanjem energetskih bilanc, vprašanji kemijskih in faznih ravnotežij ter razjasnitvijo smeri procesov v sistemih, kjer ravnotežja ni.

Struktura snovi vključuje preučevanje strukture atomov, molekul in njihove interakcije v različnih agregatnih stanjih snovi.

Teorija rešitev Cilj je razložiti in napovedati lastnosti raztopin in njihovih sestavin glede na lastnosti čistih snovi, ki sestavljajo raztopino.

Kemična kinetika preučuje hitrost in mehanizem kemičnih reakcij, njihovo odvisnost od pogojev pretoka.

Površinski pojavi upoštevati posebne lastnosti površinskih plasti tekočin in trdnih snovi ter njihov vpliv na značilnosti sistema kot celote.

Elektrokemija je študij kemijskih procesov, ki vključujejo nabite delce – ione.

Med temi odseki ni jasnih meja. Pri preučevanju katerega koli pojava je treba uporabiti predstave iz različnih odsekov.

Raziskave na področju fizikalne kemije temeljijo na treh glavnih metodah, od katerih ima vsaka svojo paleto konceptov, zakonitosti in eksperimentalnih metod raziskovanja.

Metode fizikalne kemije

Termodinamična metoda. Vsi koncepti in zakoni, pridobljeni z njegovo pomočjo, so oblikovani kot rezultat opisa izkušenj, brez prodiranja v molekularni mehanizem procesov. Zaradi tega je ta metoda formalna, kar nekoliko omejuje obseg njene uporabe. Vendar pa to olajša tudi praktične izračune.

statistična metoda. Temelji na obravnavanju teles kot velikih ansamblov delcev, kar omogoča utemeljitev konceptov in zakonov termodinamike ter razširitev spektra opisanih pojavov. Ta metoda povezuje makroskopske lastnosti snovi z mikroskopskimi lastnostmi molekul.

Molekularna kinetika metoda. Omogoča vam, da opišete lastnosti snovi in ​​značilnosti procesov z njihovo udeležbo, vključno s hitrostjo, na podlagi zakonov gibanja in interakcije delcev, ki sestavljajo te snovi.

Narava pojavov, ki jih preučuje fizikalna kemija, je kompleksna, zato njihovega teoretičnega opisa, kljub nenehnemu izboljševanju teoretičnih in eksperimentalnih raziskovalnih metod, ni mogoče šteti za izčrpnega. Celovito razumevanje bistva pojavov gre po poti ustvarjanja modelne predstavitve z njihovim postopnim zapletanjem in detajliranjem, ko se kopičijo nova eksperimentalna dejstva. Vsak model je bolj ali manj poenostavljena, namerno idealizirana podoba realnosti. Najbolj znane preproste abstrakcije, ki se pogosto uporabljajo v fizikalni kemiji, so modeli idealnega plina, idealnega kristala, idealne raztopine itd. Matematični izrazi, ki opisujejo pojave in procese na podlagi najpreprostejših modelov, ne vsebujejo težko določljivih veličin, ki bi jih poenostavlja izračune. Izračuni, ki temeljijo na njih, praviloma ne dajejo zadovoljivega ujemanja z eksperimentalno izmerjenimi vrednostmi lastnosti realnih sistemov. Vendar je tudi takšna primerjava koristna. Na podlagi narave in velikosti odstopanj teoretičnih napovedi od eksperimentalnih podatkov omogoča odkrivanje značilnosti resničnega predmeta, ki v idealiziranem modelu niso upoštevane, in uvedbo dodatnih parametrov v naprednejše različice teorije modelov.

Osnovni pojmi in definicije

Osnovni del fizikalne kemije je kemična termodinamika. Pojmovni aparat, ki je bil uveden v njegove okvire, se uporablja tudi v drugih oddelkih fizikalne kemije.

Termodinamični sistem- to je telo ali skupek teles, ločenih od okoliškega prostora s pomočjo namišljenega ali resničnega vmesnika. Masa termodinamičnega sistema je nespremenjena, njegova interakcija z okoljem pa se izvaja le z izmenjavo energije v obliki toplote in dela. V primeru izmenjave sistema z medijem s snovjo se imenuje odprta. Upoštevali bomo samo takšne termodinamične sisteme, ki izmenjujejo energijo z okoljem, vendar ne izmenjujejo snovi (zaprte), imenujemo jih preprosto "sistem".

Energija je značilnost gibanja snovi, tako kvantitativno kot kvalitativno, t.j. merilo tega gibanja. Vsak sistem ima energijo in njegove oblike so raznolike, prav tako oblike gibanja snovi.

Sistem imenujemo zaprt ali izoliran, če ne izmenjuje energije z okoljem niti v obliki toplote niti v obliki dela. Če izmenjava energije poteka samo v obliki dela, se sistem imenuje adiabatno zaprto. Sistem imenujemo homogen, če ima vsaka njegova lastnost enako vrednost v različnih delih sistema ali se nenehno spreminja od točke do točke. Sistem je heterogen, če je sestavljen iz več delov, ki so med seboj ločeni s fizičnimi vmesniki, pri prehodu skozi katere se lahko lastnosti in struktura nenadoma spremenijo. Homogeni del sistema, ki je od ostalih delov ločen s fizičnim vmesnikom, se imenuje faza. Primer heterogenega sistema je tekočina s hlapi nad njo, v zaprti posodi. Ta sistem je sestavljen iz dveh delov (faz), pri prehodu skozi mejo med katerima se na primer gostota nenadoma spremeni.

Celota vseh fizikalnih in kemijskih lastnosti sistema označuje njegovo stanje. Sprememba katere koli lastnosti vodi v spremembo njegovega stanja. Vendar pa niso vse lastnosti sistema neodvisne. Nekatere od njih je mogoče izraziti skozi druge. Na primer, stanje idealnega plina lahko določimo z njegovimi tremi lastnostmi: temperaturo T, prostornino V in tlakom P. Dovolj je, da izberete dva od njih, da določite tretjo od dobro znane enačbe stanja idealnega plina - enačbe Mendeleev-Clapeyron:

kjer je R univerzalna plinska konstanta (R = 8,314 J / (mol × K)), n število molov plina.

Vendar pa so za večino realnih sistemov splošne enačbe stanja f(P,V,T) = 0 neznane ali preveč zapletene in premalo natančne, kar nas sili v uporabo določenih razmerij posameznih lastnosti, medtem ko so druge konstantne.

Običajno so za neodvisne spremenljivke tiste, katerih vrednosti je v danih pogojih lažje določiti in spremeniti. Zelo pogosto sta to temperatura in tlak. V večkomponentnih sistemih se jim dodajo koncentracije komponent.

Obstajajo obsežne lastnosti, tj. odvisno od količine snovi ali mase sistema (na primer prostornine) in intenzivno, ni odvisno od mase (na primer temperature). Številne intenzivne lastnosti se zlahka pridobijo iz ekstenzivnih lastnosti. Tako lahko molsko (ali molsko) prostornino V m, ki je intenzivna lastnost, dobimo tako, da celotno prostornino sistema (ekstenzivna lastnost) delimo s številom molov njegovih sestavnih snovi. Intenzivna lastnost je tudi gostota - masa enote prostornine snovi. V termodinamiki delujejo predvsem z molarnimi lastnostmi, ker njihove vrednosti v ravnotežnem stanju so enake za celoten sistem in za kateri koli njegov del.

Neodvisne intenzivne lastnosti sistema se imenujejo parametrov stanja. Druge lastnosti se obravnavajo kot funkcije teh parametrov.

Vrednost katere koli lastnosti sistema ni odvisna od stanj, v katerih je bila prej, t.j. ni odvisna od termodinamične poti, po kateri je sistem prišel v dano stanje. Vsaka sprememba, ki se pojavi v sistemu in je povezana s spremembo njegovih lastnosti, se imenuje proces. V to smer, sprememba lastnosti ni odvisna od poti procesa, temveč jo določata le začetno in končno stanje sistema. IN

V prihodnosti bomo uporabljali grško črko (na primer V ) za prikaz končne spremembe lastnosti, latinske črke d ali (v delnih izpeljankah) pa za prikaz neskončno majhne spremembe te lastnosti.

Proces, v katerem se sistem, ko je zapustil začetno stanje in je podvržen vrsti sprememb, se vanj vrne, se imenuje krožni. Očitno je, da so spremembe lastnosti sistema v krožnem procesu enake nič. Imenujejo se procesi, ki potekajo pri konstantni temperaturi (T = const). izotermni, pri konstantnem tlaku (P = const ) – izobarni ali izobarični pri konstantni prostornini sistema (V = const) -

izohorično ali izohorično. Procesi, pri katerih izmenjava energije med sistemom in okoljem poteka le v obliki dela, se imenujejo

adiabatsko.

Stanje sistema, v katerem so vsi njegovi parametri na kateri koli točki zavzeli konstantne vrednosti in se sčasoma ne spreminjajo, se imenuje ravnotežje. Proces, s katerim gre sistem skozi vrsto ravnotežnih stanj, se imenuje ravnotežni proces. To je lahko le neskončno počasen proces. Koncept "ravnotežja" v tem primeru sovpada s konceptom "reverzibilnega". Reverzibilen je tak termodinamični proces, ki omogoča, da se sistem vrne v prvotno stanje, ne da bi pri tem pustil kakršne koli spremembe v okolju. Vsak ravnotežni proces je reverzibilen in, nasprotno, v teku reverzibilnega procesa sistem prehaja skozi vrsto ravnotežnih stanj. Po puščanju nepovraten proces sistem ne more samostojno, t.j. brez zunanjega vpliva, vrnitev v prvotno stanje. Vsi resnični, spontano tekoči procesi so nepovratni in se lahko le do neke mere približajo konceptu reverzibilnega procesa.

Kot je navedeno zgoraj, lahko termodinamični sistem izmenjuje energijo z okoljem v dveh oblikah: delo (makrofizična oblika) in toplota (mikrofizična oblika).

Delo je kvantitativno merilo te vrste prenosa gibanja (energije), ki se izvaja s premikanjem končnih mas, t.j. sistem kot celota ali njegovi deli pod vplivom kakršnih koli sil.

Najpogosteje uporabljeni enoti za energijo in delo, zlasti v termodinamiki, sta SI džul (J) in izvensistemska enota, kalorija (1

kal = 4,18 J).

Kot primer procesa, ki ga spremlja opravljanje dela, si oglejte raztezanje plina v jeklenki pod batom, ki je izpostavljen tlaku P (slika 1).

Če se plin pod batom (ki se giblje brez trenja) razširi iz stanja prostornine V 1 v stanje prostornine V 2 , deluje A proti zunanjemu tlaku. Sila F, s katero plin deluje na bat

F=PS

kjer je S površina prečnega prereza valja. Neskončno malo delo δA, opravljeno med dvigovanjem

Slika 1 - Opravljanje dela s plinom pod tlakom med raztezanjem

višina bata dh je

δ A = F dh = PS dh,

δ A = P dV.

Za končno spremembo prostornine plina z integracijo nastale enačbe dobimo:

A = ∫ PdV .

Obravnavani primer lahko grafično ponazorimo za dve različni poti (a in b) prehoda sistema iz stanja 1 v stanje 2 (slika 2).

Slika 2 - Razlika v količini dela, ki ga opravi plin, ki se širi iz prostornine V 1 v prostornino V 2, v procesih, ki se odvijajo vzdolž poti a in poti b

Ker je delo številčno enako površini pod krivuljo, ki je graf integranda (P ), je očitno, da A a A b , čeprav se začetno in končno stanje sistema v obeh primerih, kot tudi sprememba v lastnostih (P in V ), so enaki.

Zato je delo odvisno od poti procesa in zato ni lastnost sistema. Delo je značilnost procesa. Zato za razliko od sprememb lastnosti (, d in ) za delo in njegova neskončno majhna količine sprejete oznake A oziroma δA.

Če se plin širi pri konstantnem zunanjem tlaku (P = const ), potem, kot je prikazano na sliki 3, se delo izračuna tako, da se tlak pomnoži s spremembo prostornine, ki je posledica prehoda sistema iz začetnega stanja v zadnji.

A = P(V2 - V1)

Toplota je kvantitativno merilo te vrste prenosa gibanja (energije), ki se izvaja s kaotičnim trkom molekul dveh sosednjih teles.

Toplota, tako kot delo, ni lastnost sistema, ampak je značilnost procesa in je odvisna od njegove poti. Zato je nemogoče govoriti o rezervi toplote v sistemu. Toplotna oznaka - Q ali za neskončno majhno količino tega - δ Q . Sistem lahko absorbira in sprošča toploto v povezavi s procesi, ki se v njem dogajajo. Absorpcija toplote, ki se v tem primeru pogojno šteje za pozitivno ( Q > 0) se pojavi v endotermniprocesov. Sprostitev toplote s strani sistema, upoštevana z znakom minus ( Q< 0), povezane s tokomeksotermniprocesov (slika 4). Delo, ki ga opravi sistem, se šteje za pozitivno ( A > 0). Delo, opravljeno na sistemu pod delovanjem zunanjih sil, se šteje za negativno ( A< 0).

Termodinamična

Slika 4 – Pravilo predznakov, sprejeto v termodinamiki za toploto in delo

Ena najpomembnejših količin v termodinamiki je notranja energija(U ) sistema, ki je njegova lastnost. Karakterizira energijsko rezervo sistema, vključno z energijo translacijskega in rotacijskega gibanja molekul, energijo znotrajmolekularnega vibracijskega gibanja atomov, energijo gibanja elektronov in intranuklearno energijo. Notranja energija ne vključuje kinetične energije sistema kot celote in potencialne energije njegovega položaja.

Notranja energija je funkcija temperature in prostornine sistema. Zasvojenost

U na temperaturo je posledica odvisnosti kinetične energije molekularnega gibanja od nje. Vpliv prostornine, ki jo zaseda sistem, na velikost notranje energije je posledica dejstva, da je potencialna energija interakcije molekul odvisna od razdalj med njimi.

Absolutne vrednosti notranje energije sistema trenutno ni mogoče izračunati ali izmeriti, saj ni podatkov o vrednosti intranuklearne energije. Vendar pa je mogoče izračunati spremembe notranje energije v različnih procesih:

U = U2 - U1.

Oddelek 2. Uporaba prvega zakona termodinamike za izračun toplotnih učinkov procesov

Prvi zakon termodinamike

Ta zakon je poseben primer splošnega zakona o ohranjanju energije, ki se uporablja za toplotne pojave. Ni dokazano teoretično, ampak je rezultat posploševanja eksperimentalnih dejstev. Njegovo veljavnost potrjuje dejstvo, da nobena od posledic zakona ni v nasprotju z izkušnjami. Formulirano je na naslednji način.

Prvi zakon: v katerem koli procesu je povečanje notranje energije sistema enako količini toplote, ki se posreduje sistemu, zmanjšani za količino dela, ki ga opravi sistem.

Matematični zapis prvega zakona termodinamike je izraz

če je delo, ki ga opravi sistem, povezano samo z njegovo širitvijo. V splošnem primeru, ko se delo lahko izvaja ne le proti zunanjemu pritisku, ampak tudi proti električnim, magnetnim in drugim silam, je treba zapisati

du = δQ – PdV – δA′ ,

kjer se vrednost δA ′ imenuje »uporabno« delo. Nadalje bomo δA ′ upoštevali le, kjer bo potrebno.

Primeri uporabe prvega zakona v različnih procesih

1 Krožni proces ( U = konst). Očitno je kot rezultat takega procesa dU = 0, kar pomeni, da je δQ = δA ali Q = A. V krožnem procesu vse delo opravi sistem tako, da mu dovaja toploto.

2 Izotermični proces ( T = konst). Za poenostavitev izpeljave si oglejmo uporabo enačbe dU = δQ T – PdV za proces, ki poteka v idealnem plinu. V tem primeru notranja energija sistema ni odvisna od prostornine, zato je U = f(T). Pri konstantni temperaturi je dU = 0. Zato se vsa toplota, ki je dovedena v sistem, porabi za opravljanje dela:

δQ = δA = PdV.

Vse delo, ob upoštevanju enačbe idealnega plina stanja PV = nRT, je enako

kjer z uporabo lastnosti diferenciala izvedemo naslednje transformacije:

δQP = dU + d(PV) = d(U + PV).

Vrednost v oklepaju U + PV je označena s črko H in se imenuje entalpija sistema. Potem

δQP = dH; Q \u003d H \u003d H2 - H1.

Tako se toplota, ki jo sistem prejme v izobaričnem procesu, porabi za povečanje entalpije. Entalpija je lastnost ali funkcija stanja sistema in njena sprememba ni odvisna od poti procesa, saj spremembe vseh treh veličin U , P in V določata le začetno in končno stanje sistema. Absolutne vrednosti entalpije, tako kot notranje energije, ni mogoče določiti. Na podlagi eksperimentalnih podatkov se določijo le spremembe entalpije H obravnavane snovi, ko se spremenijo zunanji pogoji, ali H obravnavanega sistema, ko v njej poteka proces.

Vidimo, da v dveh posebnih primerih, in sicer ko je V = const in P = const , toplota, ki jo prejme sistem, poveča vrednosti funkcij stanja, oziroma U