Химическое сродство - Chemical affinity

В химической физике и физической химии , химическое сродство является электронным свойством , по которому разнородным химическим частицы способны образовывать химические соединения . Химическое сродство может также относиться к тенденции атома или соединения объединяться посредством химической реакции с атомами или соединениями разного состава.

История

Ранние теории

Идея близости чрезвычайно стара. Было сделано много попыток определить его происхождение. Однако большинство таких попыток, за исключением общих, заканчиваются тщетно, поскольку «родство» лежит в основе всей магии , тем самым предшествуя науке . Однако физическая химия была одной из первых областей науки, которая изучила и сформулировала «теорию сродства». Название affinitas впервые было использовано в смысле химического родства немецким философом Альбертом Магнусом около 1250 года. Позже Роберт Бойль , Джон Мэйоу , Иоганн Глаубер , Исаак Ньютон и Георг Шталь выдвинули идеи об избирательном сродстве в попытках установить соответствие объясните, как выделяется тепло во время реакций горения .

Термин сродство использовался в переносном смысле, начиная с c. 1600 в обсуждениях структурных взаимосвязей в химии, филологии и т.д., а ссылка на «естественное притяжение» относится к 1616 году. «Химическое сродство» исторически относится к « силе », которая вызывает химические реакции . а также, в более общем смысле, и ранее, «склонность к объединению» любой пары веществ. Широкое определение, обычно используемое на протяжении всей истории, состоит в том, что химическое сродство - это то, при котором вещества вступают в разложение или сопротивляются ему.

Современный термин «химическое сродство» - это несколько видоизмененная вариация предшествовавшего ему в восемнадцатом веке «избирательного сродства» или выборного влечения, термина, который использовал преподаватель химии 18-го века Уильям Каллен. Неясно, придумал ли Каллен эту фразу, но его использование, кажется, предшествовало большинству других, хотя оно быстро распространилось по всей Европе и использовалось, в частности, шведским химиком Торберном Улофом Бергманом на протяжении всей его книги De Attractionibus electivis (1775). Теории сродства так или иначе использовались большинством химиков примерно с середины 18-го века до 19-го века для объяснения и организации различных комбинаций, в которые могут входить вещества и из которых они могут быть извлечены. Антуан Лавуазье в своей знаменитой работе 1789 года Traité Élémentaire de Chimie («Элементы химии») ссылается на работы Бергмана и обсуждает концепцию избирательного сходства или влечения.

По словам историка химии Генри Лестера, влиятельный учебник 1923 года « Термодинамика и свободная энергия химических реакций » Гилберта Н. Льюиса и Мерла Рэндалла привел к замене термина «сродство» термином « свободная энергия » в большей части англоязычных текстов. говорящий мир.

По словам Пригожина, этот термин ввел и разработал Теофиль де Дондер .

Гете использовал эту концепцию в своем романе « Избирательное сходство» (1809).

Визуальные представления

Концепция сродства была очень тесно связана с визуальным представлением веществ на столе. Первая таблица сродства , основанная на реакциях замещения , была опубликована в 1718 году французским химиком Этьеном Франсуа Жоффруа . Имя Жоффруа наиболее известно в связи с этими таблицами «родства» ( tables des rapports ), которые были впервые представлены Французской академии наук в 1718 и 1720 годах, как показано ниже:

Таблица родства Жоффруа (1718 г.): В заголовке столбца находится вещество, с которым могут сочетаться все указанные ниже вещества, причем каждый столбец под заголовком ранжируется по степени « сродства ».

В течение 18 века было предложено множество версий таблицы с ведущими химиками, такими как Торберн Бергман в Швеции и Джозеф Блэк в Шотландии, которые адаптировали ее к новым химическим открытиям. Все таблицы по сути представляли собой списки, подготовленные путем сопоставления наблюдений за действием веществ друг на друга, показывая разную степень сродства, проявляемую аналогичными телами к различным реагентам .

Важно отметить, что таблица была центральным графическим инструментом, используемым для обучения студентов химии, и ее визуальное расположение часто сочеталось с диаграммами других видов. Джозеф Блэк, например, использовал таблицу в сочетании с хиастическими диаграммами и круговыми диаграммами для визуализации основных принципов химического сродства. Таблицы сродства использовались по всей Европе до начала 19 века, когда они были вытеснены концепциями сродства, введенными Клодом Бертолле .

Современные концепции

В химической физике и физической химии , химическое сродство является электронным свойством , по которому разнородным химическим частицы способны образовывать химические соединения . Химическое сродство может также относиться к тенденции атома или соединения объединяться посредством химической реакции с атомами или соединениями разного состава.

Говоря современным языком, мы связываем сродство с феноменом, при котором определенные атомы или молекулы имеют тенденцию объединяться или связываться. Например, в книге 1919 года « Химия человеческой жизни» врач Джордж У. Кэри утверждает, что «Здоровье зависит от надлежащего количества фосфата железа Fe 3 (PO 4 ) 2 в крови, поскольку молекулы этой соли обладают химическим сродством к кислород и переносят его во все части организма ». В этом устаревшем контексте химическое сродство иногда считается синонимом термина «магнитное притяжение». Во многих работах, вплоть до 1925 г., также упоминается «закон химического сродства».

Илья Пригожин резюмировал концепцию сродства, сказав: «Все химические реакции приводят систему к состоянию равновесия, в котором сродство реакций исчезает».

Термодинамика

Настоящее ИЮПАК определение , что аффинность является отрицательной частной производной от свободной энергии Гиббса G относительно степени реакции £ , при постоянном давлении и температуре . То есть,

Отсюда следует, что сродство положительно для спонтанных реакций .

В 1923 году бельгийский математик и физик Теофиль де Дондер вывел связь между сродством и свободной энергией Гиббса химической реакции . Посредством ряда выводов де Дондер показал, что если мы рассмотрим смесь химических веществ с возможностью химической реакции, можно доказать, что выполняется следующее соотношение:

Используя работы Теофиля де Дондера в качестве прецедента, Илья Пригожин и Дефай в химической термодинамике (1954) определили химическое сродство как скорость изменения нескомпенсированной теплоты реакции Q ' в зависимости от переменной хода реакции или степени реакции ξ бесконечно увеличивающейся:

Это определение полезно для количественной оценки факторов, ответственных как за состояние равновесных систем (где A = 0 ), так и за изменения состояния неравновесных систем (где A 0 ).

Смотрите также

Заметки

Ссылки

внешняя ссылка