Füüsikaline keemia TTÜ lühikonspekt (1)

Füüsikaline keemia Kristian Leite
Materjalid/ainet andis – Kalju Lott
TD mõisted
Termodünaamiline süsteem – ruumiosa, mida iseloomustavad kindlad termodünaamilised suurused. See on eraldatud ümbritsevast piirpinnaga.
Olekuparameetrid – termodünaamilist süsteemi iseloomustavad suurused n. U,H,G,F.
Olekuvõrrand – Parameetrite omavaheline sõltuvus n. ideaalgaasi olekuvõrrand
Olekufunktsioon – süsteemi olekust sõltuv suurus, sellele vastandub protsessifunktsioon (vt.all). On täisdiferentisaalina
Protsessifunktsioon – süsteemis toimuvat protsessi iseloomustav suurus, sõltub protsessi läbiviimise viisist, tähistatakse väiketähega (töö w, soojushulk q)
Homogeenne süsteem – süsteem, kus omadused on kõikjal ühesugused või muutuvad ühtlaselt
Heterogeenne süsteem – süsteem, mille võib jaotada erinevate omadustega osadeks ( faasid )
Faasid – süsteemi osad, mida iseloomustavad faasisiseselt ühtlased termodünaamilised suurused ja mis on eraldatud piirpinnaga ülejäänud faasidest .
Koostisosad – kõik süsteemi keemilised ühendid, millega saab süsteemi iseloomustada
Komponendid – Koostisosad, mida saab süsteemist eraldata , ilma et ta sõltuks teistest koostisadest Komponentide arv = koostisosade arv – seosevõrrandite arv
Avatud süsteem – keskkonnaga energiavahetus ja ainevahetus
Suletud süsteem – kesskkonnaga ainult energiavahetus
Isoleeritud süsteem – keskkonnaga puudub igasugune vahetus, aine või energia Adiabaatne süsteem – keskkonnaga ei vaheta soojust (q)
Eksotermiline protsess – soojus eraldub
Endotermiline protsess – soojus neeldub
Adiabaatne protsess – protsess, kus soojus (q) ei kandu üle
Isotermiline protsess – T= const (T-temp.)
Isobaariline protsess – P=const (P-rõhk)
Isokooriline protsess – V=const (V-ruumala)
Paisumistöö – töö, mis on seotud ruumalamuutusega
Kasulik töö – töö, mis ei ole paisumistöö (s.t. näiteks mootori töötamise töö)
Soojusmahtuvus C on soojushulk, mis kulub, et tõsta keha soojust 1K võrra
Erisoojus Ce – soojushulk, mis kulub 1 g aine temperatuuri tõstmiseks 1K võrra
Moolsoojus Cm – soojushulk, mis kulub 1 mooli aine temperatuuri tõstmiseks 1K võrra
Siseenergia muut on võrdne soojusefektiga konstantsel ruumalal
Entalpia muut on soojusefekt konstantsel rõhul
Standardne entalpiamuut H– entalpiamuut, kui tegu on standardolekuga (all)
Standardolek –298 K 1 bar
Keemilise reaktsiooni entalpia on keemilise reaktsiooni soojusefekt konstantsel rõhul ja temperatuuril
Standardne tekkentalpia – ühe mooli aine tekkimise soojusefekt standardolekuss
Standardne põlemisentalpia – ühe mooli aine täielikul oksüdeerimisel soojusefekt standardolekus
Standardne entalpia juhul kui on tegu standardolekuga (vt.ülal)
TD energiad
Siseenergia U – kõikide energialiikide summa. Kasutatakse kujul ∆U. Sisaldab endas nii soojusefekti kui ka paisumistööd.
Entalpia H – soojusefekti energia. Kasutatakse kujul ∆H, sisaldab endas soojusefekti ainult.
Gibbsi energia G – kirjeldab süsteemi potentsiaali iseeneslikult muutuda tasakaaluasendi suunas, milleks on ∆G=0. Kasutatakse P,T=const
Helmholtzi energia F – sama mis G, kasutatakse V,T=const
Keemiline potentsiaal μ – Gibbsi energia mooli kohta, sellega saab kirjeldada süsteemi erinevaid protsesse.
Entroopia S – süsteemi korratuse määr, sisuliselt TS on see osa entalpiast või siseenergiast, mis ei avaldu vaba energiana. See on kõrgetel temperatuuridel suurem.
Olekufunktsioonid
Keemiline potentsiaal
; ;
Hessi seadus
, n on osareaktsioonide arv
Protsesside valemitabel
Kirchhoffi seadus
Lähendusarvutused tabeliga
Tasakaalukonstant
Reaktsiooni isoterm ja isobaar
Isotermiga saab leida tasakaalukonstandi konstantsel temperatuuril.
Isobaariga saab leida tasakaalukonstandi kontstantsel rõhul.
Faasid ja lahused
Gibbsi faaside reegel
, v – vabadusaste, k – komp. arv, n – muut. arv, f – faaside arv
Faaside olemasolu olemus
Faasid langevad energia madalaimale tasemele
Temperatuuri ja faaside koostise seos
Moolimurrud saame punktide kaudu, mis on projektsioonid likviduse ja soliduse joonele (likv ülemine)
Gaasi, vedeliku, tahke lahustuvuse võrrandid
Henry seadus, K- Henry konstant
Raoulti Seadus, – puhta lahusti rõhk
Osmootse rõhu valem
Osmootone rõhk on kui lahustunud osakeste „surve“. Seotud keemiliste potentsiaalide ja kontsentratsiooni gradientidega, mida kirjeldatakse rõhu kujul.
Rektifikatsiooni selgitus
Aur, mis on madala keem. temp eraldub esimesena. Osa sellest destilleerub kuid selleks ajaks on ta madalama koostisega. Nii hakkab aurufaasi kogunema kõrgema keem. temperatuuriga aine ja vedelfaasi madalama keem. temperatuuriga aine
Aseotroopne lahus – lahus, kus on selline koostise vahekord , mistõttu mõlema komponendi keemistemperatuur on sama ja neid ei saa destilleerimisel eraldada
Ostwaldi lahjendusseadus
pH ja vee ioonkorrutis
Nõrkades hapetes – leitakse K järgi ja selle järgi pH, sest akt. ei ole nii olulised
Tugevates hapetes – lisatud happe konts. on võrdne prootonite konts. Seda korrutatakse aktiivsusteguriga γ, mis leitakse tabelist.
Elektrokeemia ja keemiline kineetika
Konduktomeetriline tiitrimine
Esimene graafik kirjeldab potentsiaali muutumist tugevale happele tugeva aluse lisamisel. Prootonite potentsiaal on suurem hüdroksiidide omast. Punkt b tähistab aga ekvivalentruumala väärtust. Teisel on see kalde muutumispunkt ning lisatakse tugevat alust nõrgale happele. Kolmandal on see teine kalde muutumispunkt, ning lisatakse tugevat alust kahe happe segule, millest üks on nõrk.
Nernsti võrrand
Kineetika potentsiaalide kaudu
Kineetika põhipostulaat
k- kiiruskonstant ; v-reaktsiooni kiirus; x,y-järgud
Järk – lihtainete kontsentratsioonide astendajate summa ongi järk. Seda saab määrata ka muude meetoditega.
Meetodid määramiseks – astendaja meetod, poolestusaja meetod, mudelite proovimise meetod, katseline meetod
Poolestusaeg τ – aeg, mis kuulub poole lähteaine reageerimiseks
Pöörduva reaktsiooni konstantide seos
SKM, statsionaarsete kontsentratsioonide meetod – nn. stoppkaader, s.t. me vaatame üht hetke ja loeme sellel hetkel
Limiteeriv staadium – reaktsiooni kiirus on määratud kõige aeglasemalt kulgeva staadiumiga
Ensüümreaktsioonide kulgemine
Ensüümreaktsioonides kiirus reageeriva aine kontsentratsiooni lisamisel kasvab, kuid konts. kasvamisel kasvu kiirus kahaeb. Teatud reageeriva aine konts. juures lisamine kiirust enam ei muuda. See on lähedane nn. väärtusele.
Michaelis-Menteni konstant – kontsentratsioon, mille juures reaktsiooni kiirus on pool maksimumist
Michaelis-Menteni võrrand
Lineweaver- Burke -i võrrand
Kasutatakse, sest selliselt tulevad sirged , mille tõusude kaudu saab erinevaid kineetilisi suurusi kergemini leida.
8