- •Предисловие
- •Введение
- •Роберт Вильгельм Бунзен
- •Анри Луи Ле Шаталье
- •Вильгельм Фридрих Оствальд
- •Сванте Август Аррениус
- •Якоб Генрих Вант-Гофф
- •Иоханн Николаус Брёнстед и Михаил Ильич Усанович
- •Николай Николаевич Семенов
- •Химическая термодинамика учебно-целевые задачи – научить студентов:
- •Значимость темы
- •Основные понятия и определения химической термодинамики
- •Внутренняя энергия
- •Теплота и работа
- •Первый закон термодинамики
- •Применение I закона к простейшим процессам
- •Тепловые эффекты. Закон гесса
- •Теплоемкость
- •Второй закон термодинамики
- •Некоторые формулировки 2-го закона
- •Изменение энтропии при различных процессах
- •Пастулат планка
- •Термодинамические потенциалы
- •Соотношение между термодинамическими потенциалами
- •Закон действующих масс
- •Вопросы по теме: "термодинамика"
- •Примеры решения типовых задач
- •Пример решения контрольного задания по теме "Термодинамика"
- •Решение
- •Задачи для самостоятельной работы
- •Варианты заданий для домашней контрольной работы
- •Лабораторная работа №1.
- •Особые условия выполнения работы:
- •Устройство и настройка термометра Бекмана
- •Термодинамика фазовых превращений
- •Термодинамика фазовых равновесий
- •Основные понятия
- •Уравнение клайперона-клаузиуса
- •Диаграммы состояния однокомпонентных систем
- •Диаграмма состояния воды
- •Диаграмма состояния диоксида углерода
- •Бинарные системы Диаграммы плавкости
- •Взаимная растворимость жидкостей
- •Трехкомпонентные системы
- •Равновесие жидкость-жидкость в трехкомпонентных системах.
- •Распределение растворяемого вещества между двумя жидкими фазами. Экстракция.
- •Вопросы для подготовки к занятиям по теме: "термодинамика фазовых равновесий".
- •Примеры решения типовых задач.
- •Задачи для самостоятельной работы.
- •Лабораторная работа 1: построение диаграммы плавкости 2-х компонентной системы с простой эвтектикой.
- •Лабораторная работа № 2. Изучение взаимной растворимости фенола и воды.
- •Лабораторная работа № 3. Определение коэффициента распределения уксусной кислоты между водой и бензолом.
- •Свойства разбавленных растворов электролитов и неэлектролитов.
- •Повышение температуры кипения растворов.
- •Понижение температуру замерзания растворов.
- •Биологическое значение осмотического давления
- •Указания к выполнению работы.
- •Вопросы для самоконтроля по технике выполнения работы
- •Вопросы для самоконтроля при выполнении данного задания
- •Вопросы и задачи для самоконтроля усвоения темы
- •Вопросы для самоконтроля усвоения материала практической работы
- •Биологический статус изучаемой темы
- •Вопросы для подготовки:
- •Диссоциация воды
- •Водородный показатель
- •Механизм действия буферных систем
- •РН буферных систем
- •Влияние изменения объема буферных систем на рН.
- •Кислотно-щелочное равновесие крови
- •Роль внутренних органов в поддержании кислотно-щелочного резерва.
- •Изменение кислотно-щелочного равновесия при различных заболеваниях.
- •Задачи и задания для самостоятельной работы
- •Экспериментальная часть
- •Работа №3. Определение буферной ёмкости.
- •Электрохимия. Учебно-целевые задачи: Изучив этот раздел учебной программы, студент должен знать:
- •Значение электрохимических явлений для медицины.
- •Электродные процессы и электродвижущие силы.
- •Электрод и электродный потенциал.
- •Строение двойного электрического слоя на границе раствор-металл
- •Уравнение нернста
- •Гальванические элементы и их электродвижущие силы
- •Концентрационные гальванические элементы.
- •Диффузный потенциал.
- •Электроды первого рода.
- •Водородный электрод.
- •Ионоселективные электроды
- •Стеклянный электрод
- •Электроды второго рода.
- •Хлорсеребряный электрод Аg ׀ Ag Cl. KCl
- •Сопровождается реакцией растворения или осаждения соли АgСl:
- •Окислительно – восстановительные системы (ов) и ов –электроды.
- •Уравнение Петерса.
- •Классификация обратимых электродов.
- •Измерение эдс гальванических элементов.
- •Потенциометрия.
- •Прямые потенциометрические методы.
- •Приложение
- •Экспериментальная часть. Лабораторная работа №1. Измерение эдс гальванических элементов.
- •Порядок выполнения работы.
- •Изменение потенциалов отдельных электродов.
- •Потенциалов отдельных электродов.
- •Лабораторная работа № 3.
- •Лабораторная работа №4. Потенциометрическое измерение окислительно – восстановительных потенциалов. Редокс – системы.
- •Кинетика
- •Значение для медицины и фармации
- •Вопросы для подготовки к занятию
- •Введение
- •Понятие о скорости химического процесса
- •Основной закон химической кинетики
- •Кинетические уравнения реакций
- •Реакции первого порядка
- •Реакции второго порядка
- •Сложные реакции
- •Гетерогенные реакции
- •Температурная зависимость константы скорости реакции.
- •Методы расчета энергии активации и предэкспоненциального множителя а.
- •Основы молекулярной кинетики
- •Теория активных столкновений
- •Теория переходного состояния
- •Задачи и задания для самостоятельного решения.
- •Экспериментальная часть
- •Опыт № 1.Зависимость от концентрации.
- •Опыт №2. Зависимость от температуры
- •Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
- •По технике безопасности
- •И производственной санитарии при работе
- •В химических лабораториях
- •Медицинских учебных заведений
- •Содержание
Якоб Генрих Вант-Гофф
Первую Нобелевскую премию по химии получил в 1901 г. Якоб Генрих Вант-Гофф за открытие закона химической динамики и осмотического давления. Этой высокой наградой была отмечена важность молодой области науки – физической химии.
Уже в первых работах Вант-Гофф привел веские доказательства положения: только применение физических и математических методов может обеспечить процесс фундаментальных и прикладных исследованиях по химии. Вант-Гофф стал основателем стереохимии.
Вант-Гофф родился 30 августа 1852 г. в Роттердаме в семье врача.
Уже в начальной школе учителя заметили у юного Вант-Гоффа любовь к музыке и поэзии. В дальнейшем он проявил замечательные способности к точным естественным наукам. По окончании школы в 1869 г. будущий ученый поступил в политехникум в Дельфте. В годы учения Вант-Гофф особенно заинтересовался дифференциальным и интегральным исчислениями, которые в то время привлекали пристальное внимание многих.
В политехникуме Дельфа Вант-Гофф по уровню знаний значительно превосходил сокурсников и потому в 1871 г. без вступительного экзамена был принят в Лейденский университет. Позже в этом университете Вант-Гофф выдержал кандидатский экзамен. Помимо интереса к математике в нем опять вспыхнула «старая любовь к химии», и Вант-Гофф продолжил свое химическое образование в наиболее известных тогда центрах этой науки – в лабораториях Кекуле в Бонне и Вюрца в Париже.
В декабре 1874 г. Вант-Гофф защитил докторскую диссертацию в университете Утрехта.
Вант-Гофф ввел в науку положения, позволившие с новых позиций рассматривать строение химических соединений. Взгляды Кекуле – автора теории строения бензола- нашли отражение в предложенной Вант-Гоффом модели: четыре валентности атома углерода направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого находится этот атом. Используя такую модель, Вант-Гофф предположил за счет связи атомов или атомных групп с углеродом тетраэдр может быть несимметричным, и высказал представление об асимметричном атоме углерода. «В случае, когда четыре сродства атома углерода насыщены четырьмя различными одновалентными группами, можно получить два и только два различных тетраэдра, которые представляют собой зеркальное отражение один другого и мысленно никак не могут быть совмещены, т.е. мы имеем дело с двумя структурами в пространстве.
Замечательным достижением Вант-Гоффа явилось установление связи между наличием в соединении асимметрического атома углерода и оптической изомерии веществ.
Вант-Гофф также объяснил другой вид изомерии, которые Вислиценус назвал «геометрической изомерией». Такова, например, изомерия кислот фумаровой (транс-изомер) и малеиновой (цис-изомер). Их структурные формулы одинаковы, а свойства различны. Для объяснения этого явления Вант-Гофф вновь использовал тетраэдрическую модель атома углерода, связав тем самым пространственное строение и химические свойства веществ. Так было вновь доказано важное значение мысленных моделей в химии.
С 1877 по 189 гг. Вант-Гофф был профессором химии, минералогии и геологии в незадолго до того основанном Амстердамском Университете.
В 1884 г. Вант-Гофф в книге «Очерки по химической динамике» изложил свои взгляды по этому вопросу. Голландский физикохимик разработал учение о скорости реакций и тем самым создал основания химической кинетики. Он определял скорость реакции как закономерное, но далеко не всегда равномерное изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени. Ему удалось эту закономерностьсформулировать в общем математическом виде. Установление зависимости скорости реакции от числа взаимодействующих молекул, а также тесно связанные с этим новые представления Вант-Гоффа о природе химического равновесия существенно способствовали значительному прогрессу теоретической химии.
При этом было выяснено, что химическое равновесие, рассматриваемое Вант-Гоффом как результат двух противоположных направленных реакций, идущих с одинаковой скоростью, зависит от температуры. Представления о химическом равновесии Вант-Гофф связал с уже известными в то время двумя началами термодинамики.Важнейшим результатом этой работы был вывод Вант-Гоффом математической формулы, в которой отражена взаимосвязь температуры и теплоты реакции с константой равновесия. Эта закономерность сейчас известна как выведенное Вант-Гоффом уравнение изохоры реакции.
В разработке учения о химическом равновесии на термодинамической основе значительную роль сыграли исследования Ле Шаталье, Горстмана и Гиббса.
Одним из наиболее значительных открытий этого времени было установление природы движущей силыреакции химического сродства. Это понятие не было точно определено. Томсен в 1854 г. и Бертло в 1868 г. пытались сделать это, но успеха не добились. Вант-Гофф в 1885 г. высказал мысль, что мерой сродства может служить работа реакции, и вывел для нее математическое выражение.
В него, однако, не входила константа равновесия из закона действия масс, сформулированного в общем виде в 1867 г. Гульдбергом и Ваге на основе представления о вероятности столкновения друг с другом реагирующих молекул. В 1885 г. Вант- Гоффу удалось вывести этот закон термодинамически, что сразу увеличило возможность его практического применения.
Последним крупным вкладом Вант-Гоффа в теоретическую химию во время Амстердамского периода его деятельности было открытие аналогии осмотического и газового давления. На основании сформулированных Раулем эмпирических закономерностей о повышении точки кипения и понижении точки замерзания растворов, Вант-Гофф в 1885 г. разработал осмотическую теорию растворов. Он показал аналогию поведения растворенных веществ и газов и установил, что уравнение состояния идеальных газов PV=nRT при его использовании для описания осмотического давления в растворах имеет вид PV=inRT (i – коэффициент, характеризующий отклонение поведения некоторых веществ.) Осмотическое давление растворов было впервые измерено в 1877 г. ботаником Преффером, который пользовался искусственно приготовленными перепонками. Вант-Гофф смог понять, что это явление характерно вообще для химических процессов. Вант-Гофф установил, что растворенные молекулы производят осмотическое давление, равное тому давлению, которое оказывали бы те же молекулы, если бы они в газообразном состоянии заняли объем равный объему раствора. Это фундаментальное открытие показало единство законов физики и химии.
Вант-Гофф оказал также большое влияние на дальнейшее развитие теории диссоциации, изучив природу зависимости между понижением температуры замерзания растворителя, давлением пара раствора и осмотическим давлением солей, кислот и оснований.
Совместно с Вильгельмом Оствальдом Вант Гофф стал издавать с 1887 г. Журнал физической химии.
В марте 1896 г.Вант-Гофф был избран действительным ченом Прусской Академии Наук и почетным профессором Берлинского университета.
Давняя тяжелая болезнь Вант-Гоффа помешала ему глубже изучить синтетическое действие ферментов в живом растительном организме. Сделанный ученым в 1890 г. прогноз «химик дойдет своими синтезами до клетки, которая как органическая материя сейчас изучается биологами» блестяще подтвердился в наши дни. Именно эта задача встала перед специалистами в новой области исследований, которую разрабатывают совместно химики и биологи.
Ученый пользовавшийся всеобщим уважением, член пятидесяти двух научных обществ и академий, первый лауреат Нобелевской премии по химии (1901 г.), кавалер медалей Довге, Гемгольца и других, прусского ордена «За заслуги в науках и искусствах», почетный доктор многих высших учебных заведений, Вант-Гофф оставил после себя ряд основополагающих теорий, которые и в наши дни имеют непреходящее значение для химии. Представления, идеи и взгляды Вант-Гоффа сыграли большую роль в разработке основ современной минералогии, а также для развития биологии.
В историю науки Вант-Гофф вошел как один из основателей стереохимии, учения о химическом равновесии и химической кинетики, осмотической теории растворов и химической геологии.
Умер Вант-Гофф 1 марта 1911 г. в Берлине.