Физичка хемија за фармацевти

Transcript

1 Добредојдовте на наставата по предметот Физичка хемија за фармацевти Проф.д-р Зоран Кавраковски Проф.д-р Руменка Петковска Доц.д-р Наталија Наков mk Препорачана а а литература: Аткинс П., Жулио де Паула, Аткинсонова физичка хемија, Просветно дело, Скопје, 2010 Наслов на оригиналот W. Atkins, J. De Paula, Physical Chemistry, 8th Ed., Oxford Press, 2006

2 Што е физичка хемија???? Хемија е наука која се занимава со структурата на материјата и хемиските промени врзани со материјата (хемиските реакции) Физиката е наука која ги изучува општите особини на материјата и промените врзани со материјата кои не се резултат на хемиски реакции. Физичка хемија е наука која се заснова на примена на физиката во објаснувањето на состојбите на материјата кои се резултат на хемиски промени - хемиска термодинамика - хемиска кинетика - хемија на флуидите - спектрохемија - колоидна хемија - радиохемија

3 Цел на физичка хемија: 1. Собирање на соодветни податоци потребни да се дефинираат својствата на материјата (гасови, течности, цврсти супстанции, раствори и колоидни системи), да се систематизираат во закони и да им се даде теориско толкување. 2. Да ги изучува енергетските промени што настануваат со физички и хемиски трансформации р да утврдува во колкава мерка и со која брзина тие трансформации настануваат и квантитативно да ги дефинира факторите од кои тие трансформации зависат 3 Да ги изучува својствата на самата материја за да се определи 3. Да ги изучува својствата на самата материја за да се определи нејзината природа и структура и на тој начин да се разберат својствата на основните чинители на материјата

4 Својствата на материјата се изразува преку три фундаментални димензии: должина, маса и време The International System of Units (SI) (Le Système international d'unités) модерен облик на систем за мерки SI основни големини и единици: o должина метар (m), o маса килограм (kg), o време секунда (s), o јачина на електрична струја ампер (А), o термодинамичка температура келвин (К), o количество супстанција мол (mоl) o светлосна јачина кандела (cd) o агол радијан (rad) o просторен агол стерадијан (sr)

5 Единици за физички големини се: Енергија joul (џул) 1Ј = 1kgm 2 s -2 Моќност(Снага) watt (ват) 1W = 1Јs -1 Сила newton (њутон) 1N = 1кгмс -1 Притисок pascal (паскал) 1Ра = 1Nm -2 Набој coulomb (кулон) 1C = 1Аѕ Разлика на потенцијал volt (волт) 1V = 1Јs -1

6 Основни природни константи Набој на протон (електрон) e 1,602 x C Авогадрова константа L 6,022 x mol -1 Фарадеева константа F=L e 9,648 x 10 4 Сmol -1 Брзина на светлина с 2,998 x 10 8 ms -1 Маса на електрон mе 9,110 x kg Маса на протон mр 1,673 x kg Атомска единица на маса mн 1,661 x kg Универзална гасна константа R 8,315 ЈK -1 mol -1 Планкова константа L 6,626 x Јѕ. Корисни податоци 0 о C =273,15 К 1 atm =101,32 кр =760 mmhg 1 еv (електроволт) =1,602 x Ј = 86,48 кјmol -1 1 Ǻ (1 ангстрем) =1 x m 1 D (debye) =3,336 x Cm

7 Должина (m) и површина (m 2 ) 1 метар = x 106 λкр-86 каде λкр-86 = x 10-7 m (бранова должина на светлосен бран во вакум при премин меѓу две енергетски нивоa на атом на криптон-86) Волумен (L, m 3 ) 1L = 1 dm 3 ; 1 ml = 1 cm 3 1 L = волумен на kg вода при притисок од 1 atm и температура од +4 о C = 1000 cm 3. 1 L = cm 3 (поради растворениот кислород во водата.

8 1mm изразен во друга единица е nm 1000μm 0,001 dm 1000 nm

9 100 nm изразен во други единици е... 1μm 01 0,1 μm Å 0,001 cm

10 маса (kg; g;) тежина Количина на материја во некое тело m g kg густина ρ = V = 3 = 3 Сила со која земјината гравитација привлекува некое тело cm m G = m g специфична тежина g=9,81ms -2 гравитациско забрзување m g γ = = ρ g V сила притисок k x маса x забрзување; Newton = kg ms -2 сила/површина; Pa = Nm 2 Енергија (способност на телото да врши работа или создава топлина) SI eдиница за енергија е иста како и за топлина: joul (J) Стара единица која сеуште се користи е калорија: калорија (cal)= количина на топлина која е потребна 1 g вода да се загрее од 14,5 на 15,5 o C 1 cal = 4,184 J Концентрација моларитет (моларност) = M = mol/dm 3 = mol/l (раствор) молалитет (молалност) = mol/kg (растворувач)

11 ФИЗИЧКО-ХЕМИСКИ СИСТЕМИ Систем и околина дел од светот кој е изолиран од останатиот свет со одредени граници дел од свемирот кој е предмет на наш интерес група на тела кои имаат заеднички особини, па поради тоа се проучуваат како целина СЕ ОСТАНАТО Е ОКОЛИНА

12 СИСТЕМ ОТВОРЕН (разменува маса и енергија со околината) ) ЗАТВОРЕН (разменува енергија, но не разменува маса со околината) ИЗОЛИРАН (не разменува ниту маса, ниту енергија со околината)

13 КАКОВ СИСТЕМ Е ОВОЈ????? A) отворен Б) затворен В)) изолиран

14 Особини на системот ЕКСТЕНЗИВНИ- зависат од количината (големината) на системот и имаат адитивни својства маса должина Волумен Количество Енергија (топлина, работа) Пр. 5 ml вода + 5 ml вода = 10 ml вода (V1 + V2 = V3) ИНТЕНЗИВНИ не зависат од количината (големината на системот), немаат адитивни својства, се изедначуваат по интензитет притисок температура густина вискозност површински напoн мирис, вкус, боја Пр. 5 ml вода на T=20 о C + 5 ml вода на T=10 o C = 10 ml вода на 15 о C

15 Заокружи ја интензивната големина притисок топлина енергија маса

16 Заокружи ја екстензивната големина волумен притисок температура густина

17 Должина е... големина екстензивна интензивна

18 Вискозност е... големина екстензивна интензивна

19 ФАЗИ на системот Секој хомоген, физички одвоен дел од системот кој поседува воедначени физички својства,хемиски, својства и термодинамички особини се нарекува ФАЗА Фазите се поистоветуваат со агрегатната состојба на системот - хомоген систем - една фаза - хетероген систем-две или повеќе фази КОМПОНЕНТИ на системот КОМПОНЕНТА = ХЕМИСКИ вид кој може самостојно да постои и надвор од системот. Бројот на компоненти на еден систем е еднаков на најмалиот број независно променливи состојки со чија помош може да се изрази составот на секоја фаза

20 Примери: H 2 O Млеко Еднофазен, еднокомпонентен систем Еднофазен, повекекомпонентен систем Масло+вода Воден раствор на NaCl 2 компоненти (NaCl и H 2 О, една фаза) Двофазен, дво или повеќе компонентен систем Na+ и Cl- не се компоненти бидејќи не може да се самостојни H 2 +Ј 2 2HЈ 3 хемиски супст, 1 фаза 2 независно променливи и една зависно променлива големина

21 СТЕПЕНИ НА СЛОБОДА- променливи големини (притисок, температура, концентрација) што ја дефинираат рамнотежната состојба на системот ФАЗНА РАМНОТЕЖА, ФАЗЕН ЕКВИЛИБРИУМ Пр. еднофазен систем- течна вода има 2 степени на слобода (притисок и температура) двофазен систем- мраз во рамнотежа со течна вода има еден степен на слобода (притисок или температура) ФАЗНА РАМНОТЕЖА : најмала енергија на системот за дадени T, P и состав (т.е. рамнотежата меѓу фазите ќе опстојува неограничено, се додека не се променат T, P и составот). Рамнотежата меѓу фазите е константна при константни услови при кои е постигната Фазен дијаграм- графички приказ на фазната рамнотежа како функција од T Фазен дијаграм- графички приказ на фазната рамнотежа како функција од T, P и составот на системот

22 Gibbs ovo правило за фази Gibbs-ово правило за број на степени на слобода на една фаза F = C P + 2 F - број на степени на слобода број на независно променливи големини кои може да се менуваат во определени граници, без да се поремети рамнотежата на хетерогениот систем, односно без да се промени бројот на фази во системот C- број на компоненти во фазата P- број на фази во системот

23 Пр.: една компонента во три фази вода C = 1 F = C P + 2 a) P= 1, F = = 2 диваријантен систем b) P = 2, F = = 1 моноваријантен (OA, OB, OC) c) P = 3, F = = 0 нонваријантен (O)

24 Примери 1. Течен етанол+етанолна пареа F=C-P+2 =1-2+2=1 2. Течна вода+течен етанол+ смеса на пареи над течната фаза F=C - P+2 =2-2+2=2 ( Системот е двофазен бидејќи вода и етанол хомогено се мешаат и во гасовита и во течна агрегатна состојба!!!! 3.Течна вода+течен бензил алкохол и смеса на пареи над течноста F=C-P+2 =2-3+2=1 (бензил алкохол и вода даваат две одвоени течни фази не се мешаат!!!!! Гасовите во потполност се мешаат во сите односи!!!!)

25 Колку фази и колку компоненти постојат во следните системи? Смеса на гасови А и Б P = 1 C = 2 Смеса на две течности што во потполност се мешаат P = 1 C = 2 Заситен раствор на NaCl. P= 2 C = 2

26 Колку фази и колку компоненти постојат во следните системи? Две течности што не се мешаат P = 2 C = 2 Кристали на две супстанции растворливи една во друга P = 1 C = 2 Воден раствор на NaCl и NaBr. P = 1 C = 3

27 ФАЗНЕН ДИЈАГРАМ на еднокомпонентен систем (вода) во три фази и два степени на слобода