Физическая и коллоидная химия (стр. 2 )

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее издание представляет собой изложение курса лекций по физической химии, читаемого автором на протяжении последних 15 лет студентам Пятигорской государственной фармацевтической академии.

Физическая химия является фундаментальной научной дисциплиной, описывающей общие закономерности протекания химических реакций и некоторых других видов взаимодействия веществ. Законы, закономерности, правила и положения физической химии, а также выводы, к которым они приводят, лежат в основе химических и биохимических реакций в природе, а также технологических процессов в химической и фармацевтической промышленности. Поэтому знание основ физической химии необходимо провизорам широкого профиля, а также специалистам смежных специальностей - химикам-аналитикам, технологам химического и фармацевтического производства, производства веществ, используемых в парфюмерии, косметике, в быту, биологам, биохимикам, экологам, фармакологам и др.

Учебный план по специальности “Фармация” предусматривает очень небольшое количество лекционных часов по физической химии, поэтому автор в настоящей книге старался изложить программный материал по возможности кратко и доступным языком, но вместе с тем достаточно строго, на современном научном уровне.

Цель данного издания - сформировать у студента целостное восприятие физической химии, как естественнонаучной и мировоззренческой научной дисциплины, показать её связь с деятельностью биологических систем, а также с химико-технологическими процессами, как в лаборатории, так и в промышленности. Большое число иллюстрирующих материал примеров, взятых из биологии, биохимии, фармакологии, должно заинтересовать студента и облегчить понимание всей совокупности химических, физико-химических и биохимических процессов в природе, а также в какой-то степени природы и механизма действия лекарственных и биологически активных веществ. В соответствии со спецификой фармацевтической специальности некоторые разделы физической химии, имеющие большее значение, изложены более подробно (например, “Химическое равновесие”, “Фазовое равновесие”), другие - более кратко. Те разделы, которые достаточно подробно изучаются в смежных курсах физики, общей химии, аналитической химии, биохимии, также изложены по возможности более кратко или вообще опущены.

В данном “Курсе лекций” использована модульная система изложения с сохранением традиционной последовательности разделов физической химии. В связи с тем, что материал, входящий в каждый раздел, представляет собой единое целое, в книге отсутствует деление на лекции. Законы и правила, а также впервые вводимые термины для облегчения их нахождения выделены шрифтом. Мелким шрифтом набран тот материал, который не входит в программу, но может расширить представления читателя и в какой-то мере облегчить восприятие основного материала.

Автор выражает глубокую благодарность всем сотрудникам Пятигорской государственной фармацевтической академии и в особенности сотрудникам кафедры физической и коллоидной химии ПГФА, чьи советы, критические замечания и помощь были использованы при подготовке курса лекций и написании настоящего издания, искреннюю признательность - рецензентам за кропотливый анализ рукописи и за конструктивные замечания перед подготовкой к печати.

Автор с признательностью и благодарностью примет все отзывы, замечания и пожелания.

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:

A - энергия Гельмгольца NA - число Авогадро

a - термодинамическая активность n - количество вещества (в молях)

C - 1) молярная концентрация; p - давление

2) теплоёмкость; Q - количество теплоты

3) вариантность системы R - универсальная газовая постоянная

E - 1) энергия; S - энтропия

2) электродный потенциал; Т - температура

3) электродвижущая сила; t - время

E* - энергия активации V - 1) объём

e - элементарный заряд 2) разведение

e- - электрон X - мольная (молярная) доля

F - 1) число Фарадея; U – внутренняя энергия системы

2) сила v - скорость реакции

f - 1) коэффициент активности W - термодинамическая вероятность

2) осмотический коэффициент w – работа

G - энергия Гиббса z - заряд иона

H - энтальпия a - степень диссоциации

i - изотонический коэффициент k - удельная электрическая проводимость

K - 1) константа равновесия; l - эквивалентная электрическая

2) коэффициент распределе­ния проводимость

3) число независимых компо - l¥ - эквивалентная электрическая

нентов проводимость при бесконечном

k - 1) константа скорости разведении

2) константа Больцмана m - химический потенциал

L - удельная теплота фазового p - 1) геометрическая константа;

перехода 2) осмотическое давление

M - молярная масса n - число ионов в одной молекуле

m - 1) масса r - плотность

2) моляльная концентрация F - 1) фотохимическая эффективность

Me – металл 2) число фаз в системе

N - молярная концентрация j - объёмная доля

эквивалента w - массовая доля

ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ:

Элементарный заряд е 1,60210´10-19 Кл

Число Авогадро NA 6,02252´1023 моль-1

Число Фарадея F 96487 Кл/моль-экв

Константа Больцмана k 1,3804´10-23 Дж/К

Универсальная газовая постоянная R 8,314 Дж/моль·К =

= 1,98725 кал/моль·К =

= 0,082057 л·атм/моль·К

ВВЕДЕНИЕ

1. Предмет физической химии, её место среди естественнонаучных

дисциплин и значение для фармации, медицины и биологии

Для современного естествознания наряду с углублением специализации характерно взаимопроникновение различных областей науки, которое привело к появлению пограничных научных дисциплин со смешанными - двойными и даже тройными - названиями: биохимия, биофизика, биоорганическая химия, математическая лингвистика и т. п. Даже из этого краткого перечисления видно, что значительная часть этих наук возникла и развивается на стыке химии, физики и биологии. Одной из таких наук является и физическая химия.

Физическая химия является теоретической основой других химических дисциплин - общей, неорганической, органической, аналитической химии. Все направления современной биологии, а также медицина и фармация широко используют подходы и методы физической химии. Без знания её основ невозможно глубокое понимание и плодотворное развитие технологии лекарств, физико-химических методов анализа фармацевтических препаратов, биохимии, фармакологии, токсикологии и других специальных фармацевтических дисциплин. Интенсивно развивающееся в последнее время учение о количественной связи “струк­тура - активность” применительно к фармакологическому действию лекарств основывается главным образом на различных физико-химических закономерностях, лежащих в основе механизмов проникновения лекарственных веществ в организм, доставки их к определенным органам, взаимодействия с биологическими субстратами различного уровня организации, а также выведения их из организма.

Физическая химия - наука, изучающая химические явления и устанавливающая их общие закономерности на основе физических подходов и с использованием физических экспериментальных методов.

Предметом физической химии является изучение двух главных групп вопросов:

-  изучение свойств веществ в зависимости их от химического состава и строения и от условий существования;

-  изучение химических реакций и других форм взаимодействия между веществами или частицами в зависимости от их химического состава и строения, а также от условий, при которых происходит процесс.

Физическую химию можно рассматривать как совокупность преимущественно количественных методов, прилагаемых к изучению и описанию различных химических проблем. Исследователь в области физической химии старается предсказать возможность, направление и глубину протекания химических процессов, исходя из определённых физических моделей, законов и правил.

Физическая химия - не только теоретическая дисциплина. Знание её законов позволяет понять сущность химических процессов и сознательно выбирать наиболее благоприятные условия для их практического осуществления. Её законы лежат в основе природных и промышленных процессов, например, различных технологий синтеза химических и в том числе лекарственных веществ.

Содержание курса физической химии обычно делится на следующие основные разделы:

-  Учение о строении вещества;

-  Химическая термодинамика и термохимия;

-  Учение о химическом равновесии;

-  Учение о фазовом равновесии;

-  Учение о растворах;

-  Электрохимия;

-  Химическая кинетика и учение о катализе;

-  Фотохимия.

Так как учение о строении вещества достаточно подробно излагается в курсах физики и общей химии, в нашем курсе этот раздел рассматриваться не будет. Кроме того, в него не включаются некоторые темы, изучаемые на практических занятиях.

Профессия провизора охватывает многие виды деятельности, непосредственно связанные с физической химией и физико-химическими методами анализа. Ниже приведены некоторые наиболее важные из таких взаимосвязей:

Деятельность провизора	Соответствующие разделы физической химии или физико-химические методы анализа
Промышленное производство лекарственных веществ	Учение о химическом равновесии, химическая кинетика и катализ
Извлечение лекарственных веществ из растительного и животного сырья	Учение о фазовом равновесии, (экстрагирование), учение о растворах, учение о диффузии
Приготовление лекарственных препаратов и лекарственных форм	Свойства дисперсных систем, фазовые равновесия, поверхностные явления, свойства растворов и др.
Определение физической совместимости лекарственных веществ	Фазовые и химические равновесия, рас­творы, термический анализ
Анализ лекарственных веществ в субстанции, в лекарственных формах, в природных объектах, в экстрактах	Физико-химические методы анализа: опти­че­ские - спектрофотометрия, фотоколори­ме­т­рия, нефелометрия, турбидиметрия и т. д.; электрохимические - потенциометрическое, кондуктометрическое, амперометрическое титро­вание, полярография и т. д. хроматографические - адсорбционная, рас­пре­делительная хроматография, колоночная, тонкослойная, бумажная, элек­трофо­ре­тическая хроматография и др.
Определение и продление сроков годности лекарственных препаратов	Кинетика, катализ, фотохимия
Выбор способа введения лекарств в организм человека	Учение о растворах (осмос, взаимная растворимость веществ), учение о фазовом равновесии (экстракция, распред­еление, диффузия), кислотно-ос­нов­­ный катализ, кинетика, свойства дисперсных систем
Исследование поведения лекарственных веществ в организме	Диффузия, свойства гелей, свойства повер­х­ностно--активных и высокомолекулярных веществ, кинетика, учение о растворах, учение о химическом равновесии и др.

Знание физической химии необходимо также и биологу широкого профиля, биохимику, врачам всех специальностей. Сеченов сравнил живую клетку с миниатюрной физико-химической лабораторией, это представление совершенно справедливо и сейчас. Врач и фармаколог в своей работе постоянно сталкиваются с физико-химическими процессами, протекающими в организме как здорового, так и больного человека, поэтому они обязаны иметь определённый минимум знаний в этой области.

2. Краткий исторический очерк развития физической химии

Основоположником физической химии является великий русский учёный М. В.Ло­мо­носов. В 1г. г. в Петербургском академическом университете он прочитал первый в истории курс физической химии, а в 1752 начал писать первый учебник - "Введение в истинную физическую химию", где дал определение этой новой для того времени дисциплины: "Физическая химия есть наука, дающая объяснение на основании физических начал и опытов тому, что происходит при смешении тел вследствие химических операций. Она может быть названа также химической философией..." создал и первую в России химическую лабораторию, где не только читались лекции, но и были организованы лабораторные работы для студентов.

К концу ХVIII началу XIX в. относится ряд основополагающих исследований в об-

* . Полное собрание сочинений. В 10 т. М.- Л.- Изд-во АН СССР, 1950. - Т.2, С.461.

ласти термохимии ( и П. Лаплас, 1782), электрохимии (Л. Гальвани, 1789, А. Вольта, 1800), химического сродства и равновесия (, 1801).

В 1-й половине XIX в. получили широкое распространение атомистические представления (Д. Дальтон, -Люссак, А. Авогадро, ). В 1824 г. вышла в свет осново­по­лагающая для термодинамики работа С. Карно "Раз­мыш­ление о движущей силе огня». Благодаря работам Г. Дэви и М. Фарадея были открыты количественные законы электролиза (М. Фара­дей, 1830) и значение электрических сил в образовании химических соединений, что заложило основы электрохимии. В тот же период (1840) открыт закон “постоянства сумм тепла” - основной закон термохимии.

Примерно с середины XIX в. начинается классический период развития физической химии, когда сформировался круг вопросов, изучаемых ею, а накопленные экспериментальные факты позволили установить главные законы, и правила. В это время появляются работы , Дж. П.Джоуля, , В. Томсона (Кельвина), Г. Гельм­гольца, Л. Больцмана, в которых получила развитие термодинамика, блестяще обобщённая в конце XIX в. Дж. У.Гиббсом и Я. Вант-Гоф­фом.

В России впервые после курс физической химии был введён в 1865 г. в Харьковском университете. С этого времени физическая химия постоянно вклю­чается в программы университетов и других высших и средних учебных заведений.

В 60-х годах XIX в. ­делеевым открыт основной закон химии - периодический закон, а была создана теория химического строения. Эти два великих открытия окончательно превратили химию из науки описательной в науку, способную предсказывать свойства вновь получаемых веществ, то есть дали химии возможность вести целенаправленный поиск и синтез веществ. В те же годы интенсивно развиваются учение о химическом равновесии и кинетика химических реакций благодаря открытию и П. Вааге закона действующих масс, работам , , Я. Вант-Гоффа, С. Аррениуса, А. Л.Ле-Шателье. Развивается теория растворов и фазовых равновесий (, , ­лов), теория электролитической диссоциации (, С. Аррениус, В. Ост­вальд).

На рубеже XIX и XX веков были сделаны многие открытия, имеющие принципиальное значение для учения о строении вещества: открытие электрона (Дж. Дж. Томсон и Э. Вихарт), квантовой природы света (М. Планк), открытие А. Беккерелем радиоактивности. Создается теория гальва­ни­че­ского элемента (В. Нернст). Появляются первые работы по хроматографии ().

С 1910-х годов XX в. начинается современный период развития физической химии. Его начало ознаменовано открытием Э. Резерфордом ядра атома, разработкой им планетарной модели строения атома, а также созданием Н. Бором первой количественной теории строения атома водорода (1913). На её основе, а также на основе квантовой теории М. Планка разработана квантовая механика (Л. де Бройль, В. Гейзенберг, А. И.В. Зоммерфельд, 1920-е гг.) теория химической связи (­ис и др.). Возникают теория строения растворов электролитов (П. Дебай, Э. Хюккель, 1923) и теория строения двойного электрического слоя (О. Штерн, , 1924). В это же время интенсивно развиваются учение о катализе (­тьев, П. Сабатье, , ), физико-химический анализ (­на­ков), исследование адсорбции и поверхностных явлений (И. Лэнг­мюр, Г. Фрейнд­лих), разрабатываются новые методы исследования (поля­рография, инфракрасная и ультрафиолетовая спектроскопия, рентгенография, электрофорез, хроматография), учение о цепных реакциях (), фотохимия и радиационная химия.

В послевоенные годы появляются новые методы исследования - спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), электронно-парамагнитного резонанса (ЭПР), комбинационного рассеяния света (КРС), мёсс­ба­уэровская; методы кругового дихроизма, вращающегося электрода. Развиваются новые направления - квантовая химия, химия высоких энергий, математическое моделирование хи­ми­че­ских процессов (компьютерная химия) и др.

3. Методы физической химии

Кроме многочисленных химических и физических экспериментальных методов, о которых пойдёт речь в дальнейшем изложении курса, в физической химии используются и теоретические методы исследования, среди которых можно выделить:

1)  квантово-механический (квантово-химический),

2)  термодинамический (в том числе с применением статистической термодинамики),

3)  кинетический.

Квантово-механический метод, основанный на современной теории строения атома, находит наибольшее применение в учении о строении молекул, о химической связи, о строении твёрдого тела и жидкости, в исследованиях количественной взаимосвязи “структура - свойство” и “структура - химическая и биологическая активность”

Термодинамический метод базируется на использовании наиболее общих законов природы - принципов термодинамики. Метод основан на феноменологическом подходе, который позволяет фор­му­лировать закономерности физико-химических процессов, не затрагивая их механизма и природы действующих сил. Общая и химическая термодинамика являются основой таких разделов физической химии, как учение о химическом сродстве и химическом равновесии, учение о фазовом равновесии, теория растворов, электрохимия. Статистическая термодинамика основана на применении к рассматриваемой системе, состоящей из очень большого числа частиц, законов теории вероятности. Этот метод используется главным образом в кинетической теории газов.

Достоинством термодинамического метода является то, что при его применении не обязательно знание детального строения и состава исследуемого объекта, а также механизма изучаемого процесса. Вполне достаточным оказывается знание начальных и конечных параметров состояния исследуемой системы. При этом выводы о принципиальной возможности того или иного процесса, о глубине его протекания, о параметрах системы при установившемся равновесии и т. п. могут быть рассчитаны с помощью относительно небольшого числа экспериментально определённых термодинамических данных.

Кинетический метод основан на изучении протекания химических процессов во времени. В отличие от термодинамического метода при кинетических исследованиях требуется детальное знание механизма процесса. Кинетический метод используется при изучении скорости различных химических и биохимических процессов, при выяснении числа и последовательности промежуточных стадий, а также природы образующихся на каждой стадии промежуточных продуктов.

I. Х И М И Ч Е С К А Я Т Е Р М О Д И Н А М И К А

ГЛАВА 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕРМОДИНАМИКИ. НУЛЕВОЕ

И ПЕРВОЕ НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ

В изучении большинства разделов физической химии мы будем использовать термодинамический метод.

Химическая термодинамика изучает законы, которым подчиняются энергетические превращения, сопровождающие химические процессы, Она позволяет определить возможность, направление и предел протекания химических реакций при различных условиях.

Теоретической базой химической термодинамики являются начала (законы) термодинамики и их следствия, которым придается форма, наиболее удобная для решения химических проблем. Законы термодинамики являются обобщениями многочисленных наблюдений и выполняются независимо от конкретной природы образующих систему тел. Доказательством правильности их является то, что все выводы, к которым они приводят, находят подтверждение на опыте. Поэтому закономерности и соотношения между физическими величинами, к которым приводит термодинамика, имеют универсальный характер. Чтобы подчеркнуть своеобразие законов термодинамики, заключающееся в их всеобщем характере и в том, что они являются постулатами (т. е. не могут быть математически вы­ве­де­ны из каких-либо экспериментальных данных), их принято называть принципами или началами термодинамики.

1.1. Краткий исторический очерк

Первые работы, относящиеся к термодинамике, появляются к началу и середине XVIII в., когда разрабатывает корпускулярную теорию теплоты (1744) и формулирует закон сохранения вещества и движения (1748). В 1770 Дж. Блэк и Ирвин открывают теплоёмкость тел; в 1е гг. и П. Лаплас проводят калориметрические исследования; в 1777 г. проводит первые наблюдения теплового излучения. В 1807 г. Т. Юнг вводит понятие “энергия”. В 1824 г. опубликована ос­но­во­полагающая работа С. Карно "Размышление о движущей силе огня".

В 1840-х гг. проводит термохимические исследования и открывает закон, носящий его имя. В 1в работах и Дж. П.Джоуля сформулировано первое начало термодинамики. В 1862 г. впервые применяет термодинамику к химическим явлениям. Он же в 1865 г. вводит в термодинамику понятие энтропии. В результате работ , У. Томсона (Кель­вина), Дж. Максвелла, и других учёных было сформулиро­ва­но второе начало термодинамики.

К 1м г. г. относятся классические работы -дер-Ваальса, А. Л.Ле-Шателье, Дж. У.Гиббса, Г. Л.Ф. Гельмгольца, Л. Больцмана, Я. Вант-Гоффа, в которых сформулирован основной круг вопросов, входящих в химическую термодинамику, выведены основные уравнения и предложены многие правила и законы.

В ХХ в. после работ Дж. У.Гиббса, К. Каратеодори, П. Де­бая, М. Планка, А. Эйнштейна, М. Бор­на развивается статистическая и релятивистская термодинамика; ведутся работы по термодинамике открытых систем и необратимых процессов ( и др.)

1.2. Основные понятия и величины

Неотъемлемым свойством материи является движение. Общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи - энергия Е (от греч. - действие, деятельность). Одним из фундаментальных законов природы является закон сохранения энергии:

Энергия не возникает из ничего и не исчезает, она может только переходить из одной формы в другую в эквивалентных количествах.

В соответствии с различными видами движения материи рассматривают разные виды энергии (механическая, электромагнитная, химическая и т. п.). Размерность энергии в системе СИ - Дж (джоуль).

Термодинамическая система - конкретный объект термодинамического исследования, мысленно обособляемый от окружающей среды. Это сово­купность макроскопических тел, которые могут взаимодействовать друг с дру­гом и с внешней средой - обмениваться с ними энергией и веществом. Тер­модинамическая система состоит из столь большого числа структурных частиц, что её состояние можно характеризовать макроскопическими параметрами: плотностью, давлением, концентрацией веществ, температурой
и др.

Термодинамические системы (или, для краткости, просто системы) могут быть классифицированы по различным признакам:

-  по состоянию: равновесные и неравновесные;

-  по взаимодействию с окружающей средой (или с другими системами): открытые (могут обмениваться со средой и энергией, и веществом), закрытые (могут обмениваться только энергией) и изолированные (не могут обмениваться ни веществом, ни энергией);

-  по числу фаз: однофазные (гомогенные, однородные) и многофазные (гетерогенные, неоднородные);

-  по числу компонентов (химических веществ, входящих в их состав): однокомпонентные и многокомпонентные.

Внутренняя энергия рассматриваемой системы U - сумма всех видов энергии движения и взаимодействия частиц (молекул, атомов, ионов, радикалов и др.), складывающих систему - кинетической энергии хаотического движения молекул относительно центра масс системы и потенциальной энергии взаимодействия молекул друг с другом. Составляющие внутренней энергии - поступательная Uпост (энергия поступательного движения частиц, например молекул газов и жидкостей), вращательная Uвр (энергия вращательного движения частиц, например, вращения молекул газов и жидкостей, атомов вокруг химических s-связей), колебательная Uкол (энергия внутримолекулярного колебательного движения атомов и энергия колебательного движения частиц, находящихся в узлах кристаллической решётки), электронная Uэл (энергия движения электронов в атомах и молекулах), ядерная энергия Uя и др. В понятие внутренней энергии не входят кинетическая и потенциальная энергия системы в целом. Размерность СИ внутренней энергии Дж/моль или Дж/кг.

Абсолютное значение внутренней энергии не может быть вычислено с помощью уравнений термодинамики. Можно лишь измерить её изменение в том или ином процессе. Однако для термодинамического рассмотрения это оказывается достаточным.

Состояние системы - совокупность физических и химических свойств, характеризующих данную систему. Оно описывается параметрами состояния - температурой Т, давлением р, объёмом V, концентрацией С и др. Каждому состоянию системы кроме определённого значения параметров отвечает также определённое значение некоторых величин, зависящих от параметров и называемых термодинамическими функциями. Если изменение термодинамической функции не зависит от пути процесса, а определяется только начальным и конечным состоянием, такая функция называется функцией состояния. Например, внутренняя энергия является функцией состояния, поскольку её изменение в каком-либо процессе может быть вычислено как разность между конечным и начальным значениями:

DU = U2 - U1 .

К функциям состояния относятся характеристические функции, совокуп­ность которых может достаточно полно охарактеризовать состояние системы (внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, энергия Гиббса и т. п.).

Термодинамический процесс - это любое изменение в системе, сопровождающееся изменением параметров. Движущей силой процессов являются факторы - неравномерность значения тех или иных параметров (например, температурный фактор, обусловленный различными значениями температуры в разных частях системы). Процесс, идущий при постоянном давлении, называется изобарным, при постоянном объёме - изохорным, при постоянной температуре - изотермическим, при постоянном количестве теплоты - адиабатическим.

Теплообмен - самопроизвольный необратимый переход энергии в форме теплоты от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой при их непосредственном контакте. Движущая сила теплообмена - разность температур тел, участвующих в теплообмене. Теплота - форма беспорядочного (“теплового”) движения образующих тело частиц (молекул, атомов и др.). Количественной мерой энергии, передаваемой при теплообмене, служит количество теплоты Q. Размерность СИ количества теплоты - Дж. Наряду с джоулем часто используется и внесистемная единица теплоты - калория (кал). 1 кал = 4,184 Дж. Часто вместо термина “количество теплоты” в качестве синонима употребляется выражение “теплота”.

Работа - форма передачи энергии от одной системы к другой, связанная с действием против внешних сил и осуществляемая при упорядоченном, направленном перемещении системы или отдельных её составных частей. Количественной мерой энергии, передаваемой при работе, служит количество работы w. Размерность СИ работы - Дж. Вместо термина “количество работы” часто как синоним употребляется выражение “работа”.

Количество работы и количество теплоты в общем случае не являются функциями состояния, так как их значение определяется видом процесса, в результате которого система изменила свое состояние. Исключениями являются работа расширения и тепловой эффект химической реакции.

Сам термин “термодинамика” происходит от греческих слов thermos (теплота) и dynamos (работа), так как эта наука основана на изучении баланса теплоты и работы в системах при различных процессах.

Теплоёмкость С - отношение количества теплоты, поглощаемой телом при нагревании, к изменению температуры, вызываемому этим поглощением. Различают истинную и среднюю, молярную и удельную, изобарную и изохорную теплоёмкость.

Истинная теплоёмкость - отношение бесконечно малого количества теплоты к бесконечно малому изменению температуры:

Сист= dQ/dT

средняя теплоёмкость - отношение макроскопического количества теплоты к изменению температуры в макроскопическом процессе:

С= DQ/DT .

По физическому смыслу средняя теплоёмкость представляет собой количество теплоты, необходимое для нагревания тела на 1 градус (1оС или 1К).

Теплоёмкость единицы массы вещества - удельная теплоёмкость (размерность СИ - Дж/кг·К). Теплоёмкость моля вещества - молярная (мольная) теплоёмкость (размерность СИ - Дж/моль·К). Теплоёмкость, измеренная при постоянном объёме - изохорная теплоёмкость СV; теплоёмкость при постоянном давлении - изобарная тепло­ём­кость СP. Между СP и СV существует соотношение (для одного моля идеального газа):

СP = СV + R

где R - универсальная газовая постоянная.

Температура Т - степень нагретости тела, определяемая распределением молекул и других частиц по скоростям кинетического движения и степенью заселённости высших энергетических уровней молекул. В термодинамике принято использовать абсолютную температуру, отсчитываемую от абсолютного нуля, которая всегда положительна. Размерность СИ абсолютной температуры – К (кельвин), численно равный градусу шкалы Цельсия.

1.3. Нулевое начало термодинамики

Состояние термодинамического равновесия - состояние системы, не изменяющееся во времени и не сопровождающееся переносом через систему вещества или энергии. Такое состояние характеризуется, прежде всего, равенством температуры всех частей системы. Существование одинаковой температуры для всех частей системы, находящейся в равновесии, иногда называют нулевым началом термодинамики. Оно может быть сформулировано и так:

Все части системы, находящейся в термодинамическом равновесии, имеют одну и ту же температуру.