Шпаргалка по дисциплине "Физическая химия"

Понятие о состояние системы. Функция  состояния и функция процесса. Общая характеристика и математическое выражение интенсивных и экстенсивных параметров системы.

Термодинамическая система – объект изучения термодинамики – система, внутреннее состояние которой может быть описано независимых переменных, которые называются параметрами состояния.

Простое тело – тело, у которого два параметра состояния.

Идеальный газ – тело, у которого один параметр состояния.

Параметры состояния - физические величины, характеризующие внутреннее состояние термодинамической системы. Параметры состояния термодинамической системы подразделяются на два класса: интенсивные и экстенсивные.

Интенсивные свойства не зависят от массы системы, а экстенсивные - пропорциональны массе.

Термодинамическими  параметрами состояния называются интенсивные параметры, характеризующие состояние системы.

Простейшие параметры

  - абсолютное давление- численно равно силе F, действующей на единицу площади f  поверхности тела ┴ к последней, Па=Н/м²

. - удельный объём-это объем единицы массы вещества.

Температура есть единственная функция состояния термодинамической системы, определяющая направление самопроизвольного теплообмена между телами.

 

Коллигативные свойства растворов. Повышение температуры кипения раствора. Понижение температуры замерзания раствора. Осмотическое давление. Эбулиометрия, криометрия, осмометрия, их применение в фармации.

Коллигативные свойства растворов — это те свойства, которые при данных условиях оказываются равными и независимыми от химической природы растворённого вещества; свойства растворов, которые зависят лишь от количества кинетических единиц и от их теплового движения.

Повышение температуры кипения  бесконечно разбавленных растворов  нелетучих веществ не зависит  от природы растворённого вещества и прямо пропорционально моляльной концентрации раствора

Понижение температуры кристаллизации бесконечно разбавленных растворов  не зависит от природы растворённого  вещества и прямо пропорционально моляльной концентрации раствора.

Поскольку по мере кристаллизации растворителя из раствора концентрация последнего возрастает, растворы не имеют  определённой температуры замерзания и кристаллизуются в некотором  интервале температур.

Определить осмотическое давление раствора можно по формуле, полученной в 1886 году Я. Х. Вант-Гоффом:

π = C_Mв-ва · R · T, где

C_Mв-ва — молярная концентрация раствора, выраженная в , а не в , как обычно;

R — универсальная газовая постоянная;

T — термодинамическая температура системы.

Эбулиометрия — совокупность методов определения молекулярной массы неэлектролитов, степени диссоциации слабых электролитов и осмотического давления, основанных на измерении разности температур кипения чистого растворителя и растворов исследуемых веществ

Криометрия — совокупность методов определения молекулярной массы неэлектролитов, степени диссоциации слабых электролитов и осмотического давления, основанных на измерении разности температур замерзания чистого растворителя и растворов исследуемых веществ

Омометрия - совокупность методов определения осмотич. давления π.

В фармацевтической промышленности эти методы применяются для контроля концентраций инфузионных растворов и кровезаменителей при их производстве и хранении.

Коацервация – простая и комплексная. Микрокоацервация. Биологическое значение. Микрокоагулирование. Застудневание. Влияние ращличных факторов на скорость застудневания. Тиксотропия студней и гелей. Синерезис.

Коацервация -возникновение в растворе высокомолекулярного соединения капель, обогащенных растворённым веществом.

Простая коацервация — результат взаимодействия растворённого полимера с низкомолекулярным веществом (например, желатины со спиртом или сульфатом натрия). Сложная коацервация наблюдается при взаимодействии двух полимеров, макромолекулы которых несут противоположные заряды (например, при смешении водных растворов желатины и гуммиарабика)

МИКРОКАПСУЛИРОВАНИЕ, заключение небольших кол-в в-ва в оболочку пленкообразующего материала (микрокапсулу); один из видов капсулирования. Содержимое микрокапсул может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии и представлять собой индивидуальное в-во или смесь. Микрокапсулирование позволяет длительно хранить реакционноспособные, неустойчивые или быстро портящиеся в-ва, осуществлять регулируемое введение реагентов в хим. р-ции, безопасно работать с токсичными в-вами и придавать жидким в-вам вид сыпучих продуктов и т.д.

Застудневание, студнеобразование, гелеобразование, желатинирование, желатинизация, превращение легко подвижной или вязкотекучей жидкости в твердообразное (т. е. лишённое текучести) тело, обладающее эластичностью, пластичностью, хрупкостью. Застудневание характерно для растворов высокомолекулярных соединений и коллоидно-дисперсных систем. Оно обусловлено возникновением пространственной структурной сетки (каркаса), пронизывающей весь объём жидкости и лишающей её подвижности. Застудневание может быть вызвано повышением или понижением температуры, увеличением концентрации растворённого или диспергированного вещества, изменением состава системы вследствие химического взаимодействия её компонентов или введения специальных реагентов. Иногда застудневание обратимо, т. е. с изменением условий система многократно может переходить из жидкого состояния в твердообразное и наоборот. Однако при глубоких химических или физических изменениях в системе застудневание происходит необратимо.

Многие гели и студни под  влиянием механических воздействий  при перемешивании, встряхивании и  т.д. способны разжижаться, переходить в золи или растворы полимеров, а  затем, при хранении в покое, с  большей или меньшей скоростью  вновь застудневать. Если вновь полученный гель или студень вновь перемешать, то он снова разжижается, вязкость его уменьшается до вязкости исходного золя или раствора полимера. Но стоит оставить полученную систему в покое, как она через некоторое время снова превращается в гель или студень.

Такое повторное разрушение студня и геля протекает изотермически  и называется тиксотропией (от греческих слов тиксис - встряхивание и тропос - изменяться).

Важное значение имеет процесс разделения геля или студня на две фазы, названный синерезисом. Обычно при хранении гелей и студней на их поверхности появляются капельки жидкости, размер и число которых постепенно увеличиваются, и, наконец, они сливаются в сплошную массу. Одновременно с выделением жидкости сам гель или студень уменьшается в объеме и обычно становится менее прозрачным. Большое влияние на синерезис оказывают примеси, т. к. некоторые из них, изменяя степень гидратации коллоидных частиц, способствуют синерезису. Механические воздействия на гели и студни также оказывают влияния на синерезис. Так, например, гели и студни под влиянием давления или встряхивания уже способны выделять жидкую фазу. Жидкая фаза, выделяющаяся при синерезисе, не является чистым растворителем, она представляет собой тот же золь или раствор полимера, но меньшей концентрации.

Диаграммы состояния однокомпонентных систем. Примеры. Диаграммы плавкости бинарных систем. Термический анализ. Примеры.

Однокомпонентной системой является любое простое в-во или хим. соед., обладающее строго определенным составом в газообразном, жидком и твердом состояниях. Диаграммы состояния обычно строят на плоскости в координатах Т-р (рис. 1). Фазовые поля (области существования) пара V, жидкости L и твердой фазы S дивариантны, т.е. допускают одновременное изменение двух параметров состояния - Т и р.  
 
Рис. 1 Диаграмма состояния однокомпонентной системы. S, L и V - соотв. области существования твердой, жидкой и паровой фаз; 1, 2 и 3 кривые кипения (испарения), плавления и возгонки (сублимации) соотв., К критич. точка; А тройная точка.

Диаграммы плавкости служат для установления условий равновесия между твердыми и жидкими фазами. Рассмотрим их осн. типы. Простейший вариант соответствует случаю, когда компоненты А и В образуют одну жидкую фазу (расплав или р-р), при охлаждении к-рой только выделяются (кристаллизуются) индивидуальные в-ва (не образуются ни твердые р-ры, ни хим. соед.).  
 
Рис. 2. Диаграмма плавкости двойной системы, компоненты к-рой А и В не образуют твердых р-ров. L - область существования жидкости (расплава), (L + S_A) и (L + S_B) области сосуществования жидкой фазы и твердых А и В соотв.; (S_A + S_B) область существования мех. смеси твердых А и В. Т_АET_В и MEN - линии ликвидуса и солидуса соотв., E-эвтектич. точка. С, D, F, G, О и Q фигуративные точки (пояснения в тексте

Энтропия  и информация как функции состояния  системы. Взаимосвязь вероятности  информационного состояния системы  с неопределённостью. Понятия о  стандартной энтропии.

Энтропия - мера неупорядоченности системы, состоящей из многих элементов.

Стандартная энтропия образования вещества – это абсолютная энтропия, соответствующая стандартному состоянию вещества при данной (стандартной температуре 298К).

Из теории информации мы можем  получить другое интересное определение  энтропии: количество информации математически  тождественно энтропии того или иного  объекта, взятой с обратным знаком. Энтропия характеризует меру неопределенности, неупорядоченности системы. Следовательно, информация может быть представлена как отрицательная энтропия (или  негэнтропия системы). И наличие информации о системе, живой или не живой, уменьшает энтропию, то есть мы получаем какую-либо информацию о системе и снижаем тем самым неопределенность, то есть вносится хоть какая-то ясность, и эта самая неопределенность в системе идет на спад. Получаем, что количество информации можно измерять количеством исчезнувшей неопределенности энтропии.

Существует функция состояния любой физической системы - "энтропия-информация" - мера количества информации в пределах заданных признаков и условий для наиболее вероятного состояния системы из многих элементов. Энтропия-информация как функция состояния системы определяется в виде: S = KlnΩ=- KlnΨ,  
где K - адиабатический инвариант системы (минимальная дискретная единица изменения энтропии-информации в системе), 
Ω - функция, описывающая число возможных состояний системы, образованной многими элементами, 
Ψ- функция, описывающая вероятности этих состояний системы (Ψ≤1).

Классификация буферных систем. Механизм действия ацетатного, фосфатного, карбонатного, аммиачного, белкового, гемоглобинового буферов. Буферная емкость. Факторы, определяющие буферную емкость.

Классификация кислотно-основных буферных систем. Буферные системы могут быть четырех типов:

1.     Слабая кислота и ее анион А^- /НА:  
·        ацетатная буферная система СН₃СОО^-/СН₃СООН в растворе СН₃СООNa и СН₃СООН, область действия рН 3, 8 – 5, 8.  
·        Водород-карбонатная система НСО₃^-/Н₂СО₃ в растворе NaНСО₃ и Н₂СО₃, область её действия – рН 5, 4 – 7, 4.  
   
2.     Слабое основание  и его катион В/ВН⁺:  
·        аммиачная буферная система NH₃/NH₄⁺  в растворе NH₃ и NH₄Cl,  
     область ее действия – рН 8, 2 – 10, 2.  
3.      Анионы кислой и средней соли или двух кислых солей:  
·        карбонатная буферная система СО₃^2- /НСО₃^- в растворе Na₂CO₃ и NaHCO₃,  область ее действия рН 9, 3 – 11, 3.  
·        фосфатная буферная система НРО₄^2-/Н₂РО₄^- в растворе Nа₂НРО₄ и NаН₂РО₄, область ее действия рН 6, 2 – 8, 2.  
     Эти солевые буферные системы можно отнести к 1-му типу, т. к. одна из солей этих буферных систем выполняет функцию слабой кислоты. Так, в фосфатной буферной системе анион Н₂РО₄^- является слабой кислотой.  
4.  Ионы и молекулы амфолитов. К ним относят аминокислотные и белковые буферные системы. Если аминокислоты или белки находятся в изоэлектрическом состоянии (суммарный заряд молекулы равен нулю), то растворы этих соединений не являются буферными. Они начинают проявлять буферное действие, когда к ним добавляют некоторое количество кислоты или щелочи. Тогда часть белка (аминокислоты) переходит из ИЭС в форму “белок-кислота” или соответственно в форму “белок-основание”. При этом образуется смесь двух форм белка: (R – макромолекулярный остаток белка).

Механизм буферного  действия можно понять на примере ацетатной буферной системы СН₃СОО^-/СН₃СООН, в основе действия которой лежит кислотно-основное равновесие:  
СН₃СООН          Û           СН₃СОО^-          +          Н⁺;                       (рК_а = 4, 8)  
     Главный источник ацетат-ионов – сильный электролит СН₃СООNa:  
СН₃СООNa          ®          СН₃СОО^-          +          Na⁺  
     При добавлении сильной кислоты сопряженное основание СН₃СОО^- связывает добавочные ионы Н⁺, превращаясь в слабую уксусную кислоту:  
СН₃СОО^-          +          Н⁺            Û                СН₃СООН  
(кислотно-основное равновесие смещается влево, по Ле Шателье) 
     Уменьшение концентрации анионов СН₃СОО^- точно уравновешивается повышение концентрации молекул СН₃СООН. В результате происходит небольшое изменение в соотношении концентраций слабой кислоты и ее соли, а следовательно, и незначительно изменяется рН.  
     При добавлении щелочи протоны уксусной кислоты (резервная кислотность) высвобождаются и нейтрализуются добавочные ионы ОН^-, связывая их в молекулы воды: 
СН₃СООН          +          ОН^-          Û           СН₃СОО^-          +           Н₂О 
(кислотно-основное равновесие смещается вправо, по Ле Шателье) 
В этом случае также происходит небольшое изменение в соотношении концентраций слабой кислоты и ее соли, а следовательно, и незначительное изменение рН. Уменьшение концентрации слабой кислоты СН₃СООН точно уравновешивается повышение концентрации анионов СН₃СОО^-. 
     Аналогичен механизм действия и других буферных систем.

Способность буферного раствора сохранять рН по мере прибавления  сильной кислоты или приблизительно на постоянном уровне далеко небеспредельна и ограничена величиной так называемой буферной емкости В. За единицу буферной емкости обычно принимают емкость такого буферного раствора, для изменения рН которого на единицу требуется введение сильной кислоты или щелочи в количестве 1 моль эквивалента на 1л раствора. Т. е. это величина, характеризующая способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении сильных кислот или сильных оснований.

Буферная емкость, как  следует из ее определения, зависит  от ряда факторов:  
1.     Чем больше количества компонентов кислотно-основной пары основание/ сопряженная кислота в растворе, тем выше буферная емкость этого раствора (следствие закона эквивалентов).  
2.     Буферная емкость зависит от соотношения концентраций компонентов буферного раствора, а следовательно, и от рН буферного раствора.