Գտնվում է մշակման փուլում

 


 

ՀՏԴ 544

ԳՄԴ 24.5

Բ 482

Ձեռնարկը հրատարակության են երաշխավորել ՀՀԿԳ նախարարության Գորիսի և Վանաձորի Հ. Թումանյանի անվան պետական համալսարանները, Խ. Աբովյանի անվան պետական մանկավարժական համալսարանի քիմիայի և նրա դասավանդման, ինչպես նաև Հայաստանի պետական ճարտարագիտական համալսարանի ընդհանուր քիմիայի և քիմիական պրոցեսների ամբիոնները

 

ԲԵՅԼԵՐՅԱՆ Ն.Մ.

Բ 482206 Ֆիզիկական քիմիայի դասընթաց: Հատոր առաջին / Ն.Մ. Բեյլերյան. Եր:. Հեղ. հրատ:, 2016. 648 էջ.

Սույն ձեռնարկը իր բովանդակությամբ և ծավալով մայրենի լեզվով գրված առաջին դասագիրքն է: Դա անհրաժեշտոթյուն է այն առումով, որ հայկական դպրոցն ավարտած հայ պատանին ի վիճակի չէ օտար լեզվով գրված մասնագիտական գրականությունից լիարժեք օգտվել: Սույն ձեռնարկն իր բովանդակությամբ լրիվ համապատասխանում է միջազգային հեղինակություն վայելող Լոմոնոսովի անվան Մոսկվայի պետական համալսարանի ֆիզիկական քիմիայի ամբիոնում դասավանդվող Ֆիզիկական քիմիա առարկայի ծրագրին: Քննարկված են հիմնականում մեծ թվով մասնիկներից կազմված (մակրոսկոպիական)համակարգեր, որոնք կարող են գտնվել տարբեր ագրեգատային, ինչպես նաև հավասարակշռական և դինամիկ վիճակներում: Հատկապես ինքնուրույն պարապող ուսանողին օգնելու համար ձեռնարկում բերված են խնդիրներ իրենց լուծումներով:

Նյութը շարադրված է այնպես, որ այն բավարարի բակալավրիատում, մագիստրատուրայում և ասպիրանտուրայում սովորողներին: Լսարանին ներկայացվող ծավալի պահանջը հիմնականում որոշելու է դասախոսը, գիտական ղեկավարը.

 

 

ԲՈՎԱՆԴԱԿՈՒԹՅՈՒՆ

ՀԵՂԻՆԱԿԻ ԿՈՂՄԻՑ

ԳԼՈՒԽ I. ՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ՔԻՄԻԱՅԻ ԱՌԱՐԿԱՆ, ՀԻՄՆԱԿԱՆ ԲԱՂԱԴՐԻՉ ՄԱՍԵՐԸ ԵՎ ՈՒՍՈՒՄՆԱՍԻՐՈՒԹՅԱՆ ՄԵԹՈԴՆԵՐԸ

ԳԼՈՒԽ II. ՀԻՄՆԱԿԱՆ ՀԱՍԿԱՑՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ: ՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ՄԵԾՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ: ՉԱՓՄԱՆ ՄԻԱՎՈՐՆԵՐ

ՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ՄԻ ՔԱՆԻ ՄԵԾՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ ԵՎ ԴՐԱՆՑ ՄԻԱՎՈՐՆԵՐԸ

ԳԼՈՒԽ III. ՆՅՈՒԹԻ ԳԱԶԱՅԻՆ ՎԻՃԱԿ: ԳԱԶԵՐԻ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ: ԻԴԵԱԼԱԿԱՆ ԵՎ ՌԵԱԼ ԳԱԶԵՐ

III-1. ՓՈՐՁՈՎ ՀԱՍՏԱՏՎԱԾ ՕՐԻՆԱՉԱՓՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ: ԳԱԶԻ ՎԻՃԱԿԻ ՀԱՎԱՍԱՐՈՒՄԸ: ԻԴԵԱԼԱԿԱՆ ԳԱԶ

III-1:1. Գազի իզոթերմային սեղմում (կամ ընդարձակում): Բոյլ-Մարիոտտի օրենքը

III-1:2. Գազի ծավալի և ճնշման կախումը ջերմաստիճանից: Գազի իզոբարային ջերմային ընդարձակում: Շառլ Գեյ-Լյուսակի օրենքը

III-1:3. Իդեալական գազի վիճակի հավասարումը

III-1:4. Ամագայի օրենքը: Պարցիալ ծավալ

III-1:5. Գազի պարցիալ ճնշում: Դալտոնի օրենքը

III-1:6. Իդեալական գազի վիճակի հավասարման գործնական նշանակությունը

ԽՆԴԻՐՆԵՐ (իդեալական գազեր)

III-2. ՇԵՂՈՒՄՆԵՐ ԻԴԵԱԼԱԿԱՆՈՒԹՅՈՒՆԻՑ: ՌԵԱԼ ԳԱԶԵՐ: ՎԱՆ ԴԵՐ ՎԱԱԼՍԻ ՀԱՎԱՍԱՐՈՒՄԸ

III-2:1. Վան դեր Վաալսի հավասարման հետազոտումը

III-2:2. Վան դեր Վաալսի իզոթերմերը

III-2:3. Վան դեր Վաալսի իզոթերմերի անալիզը

III-2:4. Համապատասխան վիճակ: Վիճակի բերված հավասարում: Համապատասխան վիճակը նկարագրող օրենքը

ԽՆԴԻՐՆԵՐ (ռեալ գազեր)

ԳԼՈՒԽ IV. ԳԱԶԵՐԻ ԿԻՆԵՏԻԿԱԿԱՆ ՏԵՍՈՒԹՅՈՒՆԸ

IV-1. ՏԵՍՈՒԹՅԱՆ ՀԻՄՆԱԴՐՈՒՅԹՆԵՐԸ

IV-2. ԳԱԶԻ ՃՆՇՈՒՄԸ

IV-3. ԸՍՏ ԱՐԱԳՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԻ ՄՈԼԵԿՈՒԼՆԵՐԻ ԲԱՇԽՈՒՄԸ: ՄԱՔՍՎԵԼԻ ՀԱՎԱՍԱՐՈՒՄԸ

IV-4. ՄԻՋՄՈԼԵԿՈՒԼԱՅԻՆ ԲԱԽՈՒՄՆԵՐԸ ԳԱԶԵՐՈՒՄ: ԲԱԽՈՒՄՆԵՐԻ ՄԻՋԻՆ ԹԻՎ: ԱԶԱՏ ՎԱԶՔԻ ՄԻՋԻՆ ՃԱՆԱՊԱՐՀ

IV-5. ՄՈԼԵԿՈՒԼՆԵՐԻ ԲԱԽՈՒՄԸ ԱՆՈԹԻ ՊԱՏԻ ՀԵՏ: ԷՖՈՒԶԻԱ

IV-6. ԲԱՐՈՄԵՏՐԱԿԱՆ (ԼԱՊԼԱՍԻ) ԲԱՆԱՁԵՎԸ

ԽՆԴԻՐՆԵՐ

ԳԼՈՒԽ V. ՆՅՈՒԹԻ ՊԻՆԴ ՎԻՃԱԿ

V-1. ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

V-2. ԲՅՈՒՐԵՂԱԿԱՆ ՆՅՈՒԹԵՐ: ԸՆԴՀԱՆՈՒՐ ԱԿՆԱՐԿ

V-3. ԿԱՊԵՐԻ ԲՆՈՒՅԹԸ ԲՅՈՒՐԵՂՆԵՐՈՒՄ

V-3:1. Մոլեկուլային բյուրեղներ

V-3:2. Կովալենտ կապով ատոմական բյուրեղներ

V-3:3. Իոնական բյուրեղներ

V-3:4. Մետաղներ: Մետաղների բյուրեղների կառուցվածքը

V-4. ՀԱՂՈՐԴԻՉՆԵՐ, ՄԵԿՈՒՍԻՉՆԵՐ, ԿԻՍԱՀԱՂՈՐԴԻՉՆԵՐ: ՀԱՄԱՌՈՏ ԱԿՆԱՐԿ ՄԵՏԱՂՆԵՐԻ ԷԼԵԿՏՐՈՆԱՅԻՆ

ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԻ ԶՈՆԱՅԻՆ ՏԵՍՈՒԹՅԱՆ ՄԱՍԻՆ

V-5. ՍԻՄԵՏՐԻԱՆ ԲՅՈՒՐԵՂՆԵՐՈՒՄ

V-6. ՆՅՈՒԹԻ ԱՄՈՐՖ ՎԻՃԱԿ: ԱՄՈՐՖ ՆՅՈՒԹԵՐ

ԳԼՈՒԽ VI. ՀԵՂՈՒԿՆԵՐ

VI-1. ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

VI-2. ՀԵՂՈՒԿՆԵՐՈՒՄ ՄԻՋՄՈԼԵԿՈՒԼԱՅԻՆ ՓՈԽԱԶԴԵՑՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԻ ՄԱՍԻՆ:

VI-2:1. Վան դեր Վաալսյան փոխազդեցություններ

VI-2:2. Դիպոլ-դիպոլ փոխազդեցություններ

VI-2:3. Դիպոլ-ապոլյար (ոչբևեռային) մոլեկուլ փոխազդեցություն

VI-2:4. Փոխազդեցությունը ոչբևեռային մոլեկուլների միջև

VI-3. ՀԵՂՈՒԿՆԵՐԻ ՄԻ ՔԱՆԻ ՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԻ ՄԱՍԻՆ

VI-3:1. Ֆազային անցումներ

VI-3:2. Հեղուկների եռումը: Եռման ջերմաստիճան: Հագեցած գոլորշու ճնշում

VI-3:3. Հեղուկների սառչումը: Սառեցման կետ

VI-3:4. Հեղուկների ջերմային ընդարձակումը: Իզոթերմային սեղմում

VI-3:5. Հեղուկների մածուցիկությունը

VI-3:6. Հեղուկների մակերեսային լարվածությունը

VI-3:7. Հեղուկների դիէլեկտրիկական թափանցելիությունը (հաստատունը)

VI-4. ՀԵՂՈՒԿ ԲՅՈՒՐԵՂՆԵՐ

VI-5 ՀԵՂՈՒԿՆԵՐԻ ՄԻ ՔԱՆԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԱՅԻՆ ԱՌԱՆՁՆԱՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԻ ՄԱՍԻՆ

ԽՆԴԻՐՆԵՐ

ԳԼՈՒԽ VII. ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱ

VII-1. ՈՒՍՈՒՄՆԱՍԻՐՈՒԹՅԱՆ ԱՌԱՐԿԱՆ

VII-2. ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ԶՐՈՅԱԿԱՆ ՕՐԵՆՔԸ

VII-3. ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ԱՌԱՋԻՆ ՕՐԵՆՔԸ: ՕՐԵՆՔԻ ՄԱԹԵՄԱՏԻԿԱԿԱՆ ԱՐՏԱՀԱՅՏՈՒԹՅՈՒՆԸ

VII-3:1. Ներքին Էներգիա

VII-3:2. Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի մաթեմատիկական արտահայտության անալիզը: Մասնակի ածանցյալները թերմոդինամիկայում

VII-3:3. Էնթալպիա

VII-3:4. Կալորիական գործակիցներ

VII-3:5. Ջոուլի փորձը

VII-3:6. Իրական և միջին ջերմունակություններ

VII-3:7. Բյուրեղական նյութերի ջերմունակությունը: էյնշտեյնի և Դեբայի հավասարումները: Կոպպի կանոնը:

VII-4. ԱԴԻԱԲԱՏԱՅԻՆ ՊՐՈՑԵՍՆԵՐ: ՊՈՒԱՍՈՆԻ ՀԱՎԱՍԱՐՈՒՄՆԵՐԸ:

VII-5. ԱՇԽԱՏԱՆՔ: ՏԱՐԲԵՐ ԴԵՊՔԵՐԻ ՔՆՆԱՐԿՈՒՄ

VII-6. ՋԵՐՄԱՅԻՆ ԳՈՐԾԱԿԻՑՆԵՐ

VII-6:1. Ներքին էներգիայի և էնթալպիայի կախումը ջերմաստիճանից:

VII-6:2. Ջոուլ-Թոմսոնի փորձը: Ջոուլ-Թոմսոնի գործակից: Գազերի հեղուկացում:

Խնդիրներ

ԳԼՈՒԽ VII. ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱ

VII-1. ՈՒՍՈՒՄՆԱՍԻՐՈՒԹՅԱՆ ԱՌԱՐԿԱՆ

VII-2. ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ԶՐՈՅԱԿԱՆ ՕՐԵՆՔԸ

VII-3. ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ԱՌԱՋԻՆ ՕՐԵՆՔԸ: ՕՐԵՆՔԻ ՄԱԹԵՄԱՏԻԿԱԿԱՆ ԱՐՏԱՀԱՅՏՈՒԹՅՈՒՆԸ

VII-3:1. Ներքին Էներգիա

VII-3:2. Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի մաթեմատիկական արտահայտության անալիզը: Մասնակի ածանցյալները թերմոդինամիկայում

VII-3:3. Էնթալպիա

VII-3:4. Կալորիական գործակիցներ

VII-3:5. Ջոուլի փորձը

VII-3:6. Իրական և միջին ջերմունակություններ

VII-3:7. Բյուրեղական նյութերի ջերմունակությունը: էյնշտեյնի և Դեբայի հավասարումները: Կոպպի կանոնը:

VII-4. ԱԴԻԱԲԱՏԱՅԻՆ ՊՐՈՑԵՍՆԵՐ: ՊՈՒԱՍՈՆԻ ՀԱՎԱՍԱՐՈՒՄՆԵՐԸ:

VII-5. ԱՇԽԱՏԱՆՔ: ՏԱՐԲԵՐ ԴԵՊՔԵՐԻ ՔՆՆԱՐԿՈՒՄ

VII-6. ՋԵՐՄԱՅԻՆ ԳՈՐԾԱԿԻՑՆԵՐ

VII-6:1. Ներքին էներգիայի և էնթալպիայի կախումը ջերմաստիճանից:

VII-6:2. Ջոուլ-Թոմսոնի փորձը: Ջոուլ-Թոմսոնի գործակից: Գազերի հեղուկացում:

Խնդիրներ

ԳԼՈՒԽ VIII

ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ԱՌԱՋԻՆ ՕՐԵՆՔԸ ԵՎ ՋԵՐՄԱՔԻՄԻԱՆ

VIII-1. ՋԵՐՄԱՔԻՄԻԱՅԻ ՈՒՍՈՒՄՆԱՍԻՐՈՒԹՅԱՆԱՌԱՐԿԱՆ: ՊՐՈՑԵՍԻ ՋԵՐՄՈՒԹՅՈՒՆ:

ՆՅՈՒԹԻ ԱՌԱՋԱՑՄԱՆ ՍՏԱՆԴԱՐՏ ՋԵՐՄՈՒԹՅՈՒՆ

VIII-2. ՋԵՐՄԱՔԻՄԻԱՅԻ ՕՐԵՆՔՆԵՐԸ

VIII-3. ՀԵՍՍԻ ՕՐԵՆՔԻ ԿԻՐԱՌԱԿԱՆ ՆՇԱՆԱԿՈՒԹՅՈՒՆԸ

VIII-4. ԼՈՒԾՄԱՆ ՋԵՐՄՈՒԹՅՈՒՆ

VIII-5. ԲՅՈՒՐԵՂԱԿԱՆ ՑԱՆՑԻ ԷՆԵՐԳԻԱՆ: ԱՅՆ ՈՐՈՇԵԼՈՒ ՍԿԶԲՈՒՆՔԸ: ԲՈՌՆ-ՀԱԲԵՐԻ ՑԻԿԼԸ:

VIII-6. ԱՂԵՐԻ ԵՎ ԻՈՆՆԵՐԻ ՀԻԴՐԱՏԱՑՄԱՆ ՋԵՐՄՈՒԹՅԱՆ ՈՐՈՇՈՒՄԸ

VIII-7. ՌԵԱԿՑԻԱՅԻ ՋԵՐՄՈՒԹՅԱՆ (ՋԵՐՄԷՖԵԿՏԻ)

ԽՆԴԻՐՆԵՐ

ԳԼՈՒԽ IX. ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ԵՐԿՐՈՐԴ ՕՐԵՆՔԸ

IX-1. ԸՆԴՀԱՆՈՒՐ ԱԿՆԱՐԿ

IX-2. ԿԱՌՆՈՅԻ ՑԻԿԼԸ: ՕԳՏԱԿԱՐ ԳՈՐԾՈՂՈՒԹՅԱՆ ԳՈՐԾԱԿԻՑ

IX-3. ԿԱՌՆՈՅԻ ՑԻԿԼԻ ՀԵՏԱԶՈՏՈՒՄԸ: ԷՆՏՐՈՊԻԱ: ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ II ՕՐԵՆՔԸ: ՕՐԵՆՔԻ ՄԱԹԵՄԱՏԻԿԱԿԱՆ ԱՐՏԱՀԱՅՏՈՒԹՅՈՒՆԸ:

IX-4. ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ԱՌԱՋԻՆ ԵՎ ԵՐԿՐՈՐԴ ՕՐԵՆՔՆԵՐԸ ՄԻԱՎՈՐՈՂ ՀԱՎԱՍԱՐՈՒՄԸ

IX-5. ԷՆՏՐՈՊԻԱԿԱՆ ԴԻԱԳՐԱՄԱՆԵՐ

IX-6. ԷՆՏՐՈՊԻԱՅԻ ՄԻ ՔԱՆԻ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԻ ՄԱՍԻՆ

IX-7. ԷՆՏՐՈՊԻԱՅԻ ՓՈՓՈԽՈՒԹՅՈՒՆԸ ՏԱՐԲԵՐ ՊՐՈՑԵՍՆԵՐԻ ԸՆԹԱՑՔՈՒՄ

IX-8. ՆՅՈՒԹԻ ԷՆՏՐՈՊԻԱՅԻ ՓՈՓՈԽՈՒԹՅՈՒՆԸ 0 T K ՋԵՐՄԱՍՏԻՃԱՆԱՅԻՆ ԼԱՅՆ ՏԻՐՈՒՅԹՈՒՄ:

ԲԱՑԱՐՁԱԿ 0 K-ՈՒՄ ԲՅՈՒՐԵՂԱԿԱՆ ՆՅՈՒԹԻ ԷՆՏՐՈՊԻԱՆ

ԽՆԴԻՐՆԵՐ

ԳԼՈՒԽ X. ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ԵՐԿՐՈՐԴ ՕՐԵՆՔԸ ԵՎ ԴՐԱ ԿԻՐԱՌՈՒԹՅԱՆ ՄԻ ՔԱՆԻ ՀԱՐՑԵՐ

X-1. ԲՆՈՒԹԱԳՐԱԿԱՆ ՖՈՒՆԿՑԻԱՆԵՐ: ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՅԻ ՀԻՄՆԱՐԱՐ ՀԱՎԱՍԱՐՈՒՄՆԵՐԸ:

ԳԻԲՍԻ ԷՆԵՐԳԻԱՆ

X-2. ԱՇԽԱՏԱՆՔԻ ՖՈՒՆԿՑԻԱ: ԳԻԲՍ-ՀԵԼՄՀՈԼՑԻ ՀԱՎԱՍԱՐՈՒՄԸ

X-3. ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱԿԱՆ ԲԱՆԱՁԵՎԵՐ: ՄԱՔՍՎԵԼԻ ԱՌՆՉՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ:

ՎԻՃԱԿԻ ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱԿԱՆ ՀԱՎԱՍԱՐՈՒՄ

X-4. ՊԱՐՑԻԱԼ ՄՈԼԱՅԻՆ ՄԵԾՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ: ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՊՈՏԵՆՑԻԱԼ: ԳԻԲՍ-ԴՅՈՒՀԵՄԻ ՀԱՎԱՍԱՐՈՒՄԸ: ԳՈՐԾՆԱԿԱՆ ՆՇԱՆԱԿՈՒԹՅՈՒՆԸ

X-5. ԻԴԵԱԼԱԿԱՆ ԳԱԶԻ ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՊՈՏԵՆՑԻԱԼԸ

X-6. ՌԵԱԼ ԳԱԶԻ ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՊՈՏԵՆՑԻԱԼԸ: ՑՆԴԵԼԻՈՒԹՅՈՒՆ: ԱՅՆ ՈՐՈՇԵԼՈՒ ՄԵԹՈԴՆԵՐ

X-7. ՖԱԶԱՅԻՆ ԱՆՑՈՒՄՆԵՐԻ ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱՆ

X-7:1. Առաջին սեռի ֆազային անցումներ: Կլաուզիուս-Կլապեյրոնի հավասարումը

X-7:2. Երկրորդ սեռի ֆազային անցումներ: Էռենֆեստի հավասարումները

ԽՆԴԻՐՆԵՐ

 

 

 

 

 

ՀԵՂԻՆԱԿԻ ԿՈՂՄԻՑ

1953-ից ներգրավվել եմ ԵՊՀ-ի ֆիզիկական քիմիայի ամբիոնում տարվող ուսումնագիտական գործունեության մեջ։ Իմ հնարավորությունների սահմաններում փորձել եմ ստեղծագործական մոտեցում ցուցաբերել դասախոսական աշխատանքում։ Շատ հաճախ եմ դիմել ամբիոնի վարիչի իմ սիրելի ուսուցիչ պրոֆեսոր Հ.Հ. Չալթիկյանի խորհուրդներին, հետագայում իրար հետ քննարկել ենք որոշ հիմնահարցեր։

Հայտնի է, որ նախկինում բոլոր ԲՈՒՀ-երը ղեկավարվում էին կենտրոնից ներկայացված ուսումնական միասնական ծրագրերով, որը վերաբերում էր բնականաբար նաև ֆիզիկական քիմիային։ Առարկայական ծրագրում ընդգրկված էին միայն Թերմոդինամիկան և Քիմիական կինետիկան։

Գիտակցելով քիմիական գիտության համար Նյութի կառուցվածքի մասին ուսմունքի կարևորությունը ուսումնական ծրագրի մեջ ներառված են հետևյալ առարկաները. Նյութի կառուցվածք (32 ժ.), Քվանտային քիմիա (32 ժ.) և Հետազոտության ֆիզիկական մեթոդներ (32 ժ.), Բյուրեղագիտություն (32 ժ.) - ընդամենը 112 ժամ, չհաշված լաբորատոր և գործնական աշխատանքներին հատկացված ժամերը և դասավանդվող Ֆիզիկա առարկան (124 ժ.), որի մեջ զգալի ժամեր են հատկացված Օպտիկային, էլեկտրականությանը, Ատոմի կառուցվածքին, Քվանտային մեխանիկային և այլն։

Այսպիսով, Ֆիզիկական քիմիա առարկային հատկացված ոչ ավել քան 100 ժամը իր ծավալով զիջում է նշված առարկաների դասավանդման համար նախատեսված ժամաքանակին։

Հետևաբար, աննպատակահարմար է առանց այն էլ Ֆիզիկական քիմիային հատկացված փոքր ժամաքանկի հաշվին նորից կրկնություններ անել։ Հարկավոր է պարզապես ըստ պահանջի կիրառել այդ առարկաների դասավանդման միջոցով տված կոնկրետ գիտելիքները։

Այս նկատառումով դասագրքի բովանդակությունը լրիվ համապատասխանում է այս գաղափարին։ Դասագրքում շարադրված է այն նյութը, որը դասավանդվում է Ֆիզիկական քիմիա առարկայի համար նախատեսված ծրագրի շրջանակում։

Սույն դասագրքի հեղինակը 1976-ից մինչև 2001 թ. դասավանդել է Ֆիզիկական քիմիա առարկան ԵՊՀ-ի քիմիայի ֆակուլտետի Քիմիա մասնագիտացման բաժնում։ Այդ տարիների ընթացքում պատրաստվել են ընդհանուր կոնսպեկտներ դասավանդվող բաժինների վերաբերյալ, որոնք ամեն տարի լրացվել, փոփոխվել են ըստ հեղինակի կատարած դիտարկումների, քննարկումների և լույս տեսած նոր դասագրքերի։

Թերմոդինամիկա գլխում Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը քննարկելիս ռուսալեզու և անգլիալեզու դասագրքերի հեղինակների միջև հետևյալ հարցում սկզբունքային տարբերություն կա։ Պայմանականորեն ո՞ր աշխատանքը համարել դրական և ո՞րը բացասական։ Այս հարցին անդրադարձել ենք տարբեր տեղերում և քննարկել այնպես, որ նշված երկու լեզուներով դասագրքերից օգտվելիս հայ ուսանողի մոտ թյուրիմացություն չառաջանա։

Առավել մանրամասն քննարկման նյութ է դարձել առարկայի բնույթը կոնցեպտուալ առումով։ Տարիների մեր մանկավարաժական փորձը բերել է այն համոզման, որ գիտության այնպիսի կոնկրետ և ինքնուրույն բաժիններ, ինչպիսիք են ֆոտոքիմիան, էլեկտրաքիմիան, կոլլոիդների քիմիան նշված վերտառություններով չպետք է մտնեն Ֆիզիկական քիմիայի դասընթացի մեջ որպես առանձին գլուխներ։

Դասագրքի կառուցվածքի հիմքում հետևյալ սկզբունքն է. ցանկացած քիմիական համակարգ գտնվում է կամ հավասարակշռական վիճակում, որն ուսումնասիրում է թերմոդինամիկան, կամ փոփոխվող վիճակում, որն ուսումնասիրում է քիմիական կինետիկան, անկախ այն բանից, թե համակարգն ինչպիսին է. գազ է, պինդ, հեղուկ, հոմոգեն թե հետերոգեն, կամ համակարգը կազմող մասնիկները լիցքավորված են, թե ոչ։

Ֆիզիկական քիմիան միայն շարադրում է այն ընդհանուր սկզբունքները, որոնք գտնվում են թերմոդինամիկայի և քիմիական կինետիկայի հիմքում, առանց քննարկելու գիտության տվյալ բնագավառի ուսումնասիրության առարկա հանդիսացող որոշ կոնկրետ հարցեր, բնականաբար լայնորեն օգտագործելով տեսական ֆիզիկայի և նյութի կառուցվածքի մասին հայտնի նվաճումները։

Ենթաբաժինները պետք է իրար հետ կապված լինեն գաղափարական (կոնցեպտուալ) և սկզբունքային ընդհանրություններով։

Այժմ դասագրքի ծավալի մասին։

Սկսած 1991 թվականից Հայաստանի Հանրապետությունը որդեգրել է զարգացման նոր ուղի։ Այն վերաբերում է նաև կրթական համակարգին։

Այժմ բարձրագույն կրթությունն եռաստիճան է։ Յուրաքանչյուր աստիճան ունի իր առանձնահատկությունները, որպես ընդհանուր և խորացված մասնագիտական ուսուցում։

Դասագրքում շարադրված նյութն իր ծավալով և բովանդակությամբ ավելի է, քան համապատասխանում է բակալավրիատի ծրագրին։ Դասախոսն ինքը պետք է կատարի համապատասխան ընտրություն ղեկավարվելով գործող ծրագրերի պահանջով։ Դասագրքում կան հարցեր, նաև բաժիններ, որոնք մտնում են մագիստրատուրայի ծրագրի մեջ. օրինակ, Վիճակագրական թերմոդինամիկա, Անդարձելի պրոցեսների թերմոդինամիկա, քիմիական կինետիկայի և կատալիզին վերաբերող առանձին հարցեր։ Այս առումով սույն դասագիրքը կարող են օգտագործել նաև մագիստրատուրայում սովորողները։

Անհրաժեշտ ենք համարում հատուկ նշել, որ դասագրքում շարադրված նյութն իր ողջ բովանդակությամբ լրիվ համահունչ է այսօր համաշխարհային ճանաչում ունեցող Լոմոնոսովի անվան Մոսկվայի պետական համալսարանի քիմիայի ֆակուլտետում օգտագործվող ֆիզիկական քիմիայի ընդհանուր ծրագրին։

Կասկածից դուրս է, որ ընդհանրապես ցանկացած ճշգրիտ գիտություն, այդ թվում նաև ֆիզիկական քիմիան, չի կարող պատշաճ ձևովյուրացվել առանց խնդիրներ լուծելու։

Այս նկատառումով հեղինակը համարյա բոլոր բաժիններում մտցրել է խնդիրներ իրենց լուծումներով նպատակ ունենալով օգնել ուսանողին ավելի լավ յուրացնելու տվյալ բաժնում շարադրված տեսական նյութը։ Առանց լուծման խնդիրներ չկան, որովհետև սա դասագիրք է և ոչ թե խնդրագիրք։ Օգտագործվել են տարբեր խնդրագրքեր, որտեղ բերված են նաև առաջադրվող խնդիրների լուծումները։

Վերջին հարցը։ Ի՞նչը ստիպեց հեղինակին ձեռնարկելու դասագիրք գրել։ Խորհրդային ժամանակաշրջանում բոլոր գրադարանները, այդ թվում ԲՈՒՀ-ական, անհրաժեշտ քանակով դասագրքեր էին ստանում, ճիշտ է, հիմնականում ռուսերեն։ Այդ դասագրքերը վաճառվում էին նաև, այն էլ շատ մատչելի գներով։ Նույնը վերաբերում էր նաև մասնագիտական գրականությանը։

Հիմա տրամագծորեն փոխվել է իրավիճակը։ Դասագրքեր չեն ստացվում, վաճառքում էլ չկան։ Եթե հատուկենտ դասագիրք է հայտնվում, ապա այն գնի իմաստով բոլորին մատչելի չէ, ԲՈՒՀ-ն էլ չի կարող դասագրքեր գնել, մանավանդ արտասահմանից, այն էլ մի քանի տասնյակ օրինակով։ Բացի այդ, դպրոցի շրջանավարտներն ի վիճակի չեն օգտվելու օտար լեզվով մասնագիտական գրքերից։

Այժմ, երբ առաջին դասախոսության ժամանակ դասագրքեր են հանձնարարվում, հիմնական հարցը լինում է իսկ հայերեն չկա՞։ Ֆիզիկական քիմիայի գծով մեր գրադարանն ի վիճակի չէ բավարարել ուսանողների պահանջարկը։ Հայերեն լեզվով կան երկու հեղինակների Հ.Հ. Չալթիկյանի և Ս.Կ. Գրիգորյանի դասագրքերը, բայց դրանք լրիվ չափով չեն համապատասխանում համալսարանի քիմիայի ֆակուլտետում գործող ծրագրերին։

Այս հանգամանքները ստիպեցին փորձել այդ բացերը վերացնելու նպատակով մայրենի լեզվով դասագիրք գրել։

Հեղինակը նախօրոք շնորհակալություն է հայտնում այն բոլոր ընթերցողներին, որոնք իրենց դիտողությունները և ցանկությունները կնշեն դրանք հաշվի առնելու միջոցով հետագայում ավելի կատարյալ դասագրքեր լույս ընծայելու համար։

Բարոյական պարտքս եմ համարում խորին շնորհակալություն հայտնել ներքոհիշյալ քիմ. գիտ. դոկտոր-պրոֆեսորներին, որոնք ՀՀ տարբեր համալսարաններում դասավանդել կամ դասավանդում են Ֆիզիկական քիմիա.

1. Գրիգորյան Գառնիկ Լևոնի (ԵՊՀ)

2. Գրիգորյան Սերգեյ Կոնստանտի (ԵՊՀ)

3. Դավթյան Սևան Պարույրի, ՀՀ ԳԱԱ թղթ. անդամ (ՀՊՃՀ)

4. Ենգոյան Ալեքսանդր Փայլակի (դաս. Հայկական Սլավոնական համալսարան)

5. Երիցյան Մեժլում Լևոնի (ՀՊՄՀ)

6. Շահինյան Արամ Արտաշեսի (ՀՀ ԳԱԱ ակադեմիկոս)

7. Հարությունյան Ռոմիկ Սուրենի (ԵՊՀ)

8. Ղազարյան Հրաչիկ Արմենակի (Վանաձորի ՊՀ)

9. Վարդանյան Ռազմիկ Լևոնի (Գորիսի ՊՀ)

10. Քամալյան Օլեգ Արմանի (ՀԱԱՀ)

Նրանք մանրամասն ծանոթացել են դասագրքի բովանդակության հետ և գրավոր ներկայացրել են իրենց դրական պաշտոնական կարծիքը։

Խորին շնորհակալություններ

Մոնրեալի եգիպտահայերի ընկերակցությանը և իր Մաշտոց կրթական հիմնադրամին, որոնք հանդիսացել են դասագրքի զույգ հատորների մեկենասները։

>>

 

ԳԼՈՒԽ I

ՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ՔԻՄԻԱՅԻ ԱՌԱՐԿԱՆ, ՀԻՄՆԱԿԱՆ ԲԱՂԱԴՐԻՉ ՄԱՍԵՐԸ

ԵՎ ՈՒՍՈՒՄՆԱՍԻՐՈՒԹՅԱՆ ՄԵԹՈԴՆԵՐԸ

 

Քիմիական ռեակցիաներն առհասարակ խթանվում են ֆիզիկական ազդակներով: Օրինակ,քայքայվում է ջերմության ներգործությամբ.

Սենյակային ջերմաստիճանում տարրերից քլորաջրածին սինթեզելու համար անհրաժեշտ է խառնուրդը լուսավորել:

Ցածր ջերմաստիճաններում ջուրը կարելի է քայքայել այն էլեկտրոլիզի ենթարկելով.

և այլն:

Քիմիական ռեակցիաների ընթացքում դիտվում են տարբեր ֆիզիկական երևույթներ, ինչպես օրինակ ջերմության անջատում.

Տարածականորեն իրարից անջատված էլեկտրոդների վրա ընթացող օքսիդավերականգնման ռեակցիաների հետևանքով առաջանում է էլեկտրական հոսանք, օրինակ.

Կարելի է բազմաթիվ օրինակներ բերել:

Ընդհանրացնելով կարելի է եզրակացնել, որ սերտ կապ գոյություն ունի քիմիական ռեակցիաները խթանող ազդակների, այդ ռեակցիաների ընթացքի և դրանց ընկերակցող ֆիզիկական երևույթների միջև: Տեղին է նշել, որ մատերիան չի կարող փոխարկվել առանց էներգիայի փոփոխության: Հետևաբար մատերիայի (նաև կոնկրետ նյութի) փոխարկումը և էներգիայի փոփոխությունն իրարից անբաժան են: Իսկ քիմիան գիտություն է նյութի մասին:

Ֆիզիկական քիմիան քանակապես և բազմակողմանիորեն ուսումնասիրում է նշված երևույթների փոխադարձ կապը: Գիտության այդ բաժնի էությունը ճիշտ հասկանալու և բնութագրելու համար պետք է նկատի առնել, որ քիմիան գոյականն է, իսկ ֆիզիկականը` ածականը:

Քիմիական ռեակցիայի ընթացքում տեղի է ունենում քիմիական շարժում: Մինչև քիմիական ակտի ավարտը տեղի է ունենում ռեագենտների բաղադրության և կառուցվածքի փոփոխություն: Հետևաբար, ռեակցիայի ավարտից հետո առաջանում է (են) արգասիքը (արգասիքները) նոր բաղադրությամբ և կառուցվածքով: Այդ ընթացքում փոխվում են նաև քիմիական կապերի տատանումների հաճախությունները, միջուկների շուրջ էլեկտրոնային ամպի խտությունը: Կարող են տեղի ունենալ նաև էլեկտրոնային վիճակի գրգռում, իոնացում և այլն: Սա արդեն քիմիական ակտի ֆիզիկան է:

Սա նշանակում է, որ ֆիզիկական քիմիայի ուսումնասիրության առարկան նյութի փոխարկումներն են, որոնց ընթացքում շարժման քիմիական ձևը վերածվում է շարժման այլ ձևերի, օրինակ, էլեկտրականի: Այս իմաստով կենսաբանական պրոցեսները նույնպես հանդիսանում են ֆիզիկական քիմիայի ուսումնասիրության առարկան: Ֆիզիկական քիմիան դիտարկում և քանակապես քննարկում է բոլոր քիմիական երևույթները:

Պետք է նշել, որ ցանկացած համակարգ կարող է գտնվել հավասարակշռական վիճակում, երբ համակարգի բաղադրությունը չի փոփոխվում, ինչպես նաև առանձին բաղադրիչները պահպանում են իրենց ագրեգատային վիճակը: Ի՞նչ օրենքներով են նկարագրվում քիմիական հավասարակշռությունը, ֆազային անցումները, որոնք հավասարապես համարվում են ֆիզիկական քիմիայի ուսումնասիրության առարկաներ:

Ուրեմն, ֆիզիկական քիմիան գիտություն է քիմիական պրոցեսների ընթացքի օրինաչափությունների մասին: Այդ օրինաչափությունները քննարկվում են ֆիզիկայի հիմնարար դրույթների, օրենքների հիման վրա, նպատակ ունենալով դրանք բացատրել քանակապես, այսինքն, մաթեմատիկայի լեզվով:

Հետևաբար, ֆիզիկական քիմիան ընդգրկում է քիմիական փոխարկումների տեսության հետ կապված բոլոր հարցերը և մակրոսկոպիական մեթոդներով քննարկում է ֆիզիկական գործոնների ազդեցությունը ռեակցիաների, ինչպես նաև նյութի քիմիական բաղադրության և կառուցվածքի ազդեցությունն այդ նյութի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների վրա: Բոլորովին պատահական չէ, որ ֆիզիկական քիմիան որպես ճշգրիտ գիտություն սկսեց կազմավորվել XIX դարում` պատմական մի ժամանակահատվածում, երբ բուռն զարգացում էր ապրում քիմիական արդյունաբերությունը: Արդյունաբերության ցանկացած ոլորտում խնդիրներ էին առաջանում, որոնք պահանջում էին արագ և հիմնավոր լուծում: Այդ լուծումը պետք է լիներ տեսականորեն խիստ հիմնավորված, որին նպաստում էին (քիմիական) թերմոդինամիկան և կինետիկան: Հենց այս բնագավառներում տարվող հետազոտությունների արդյունքներն էին նպաստում ծառացած տեխնոլոգիական կարևորագույն խնդիրների լուծմանը:

Ֆիզիկա-քիմիական ուսումնասիրությունների նպատակն է ձևակերպել օրենքներ, որոնք հնարավորություն կտան կանխորոշել այս կամ այն ռեակցիայի ընթանալու պայմանները և ընթանալու դեպքում` ուղղությունը, արագությունը և այլն:

Այս նպատակն իրագործելու, այսինքն նշված երևույթների միջև փոխադարձ կապը բացահայտելու համար, ֆիզիկական քիմիան հենվում է ճշգրիտ փորձնական տվյալների վրա: Վերլուծելով փորձերի արդյունքները և համակարգելով դրանք, առաջ են քաշվում վարկածներ, որոնք ամրագրվում են որոշակի փաստարկներով: Դրանք անընդհատ լրացվում են, ճշգրտվում:

Բնական է, որ միևնույն երևույթի մեկնաբանման համար կարող են առաջարկվել մեկ կամ մեկից ավելի տրամաբանական բացատրություններ: Բայց ժամանակի ընթացքում դրանցից մեկն է դառնում առավել հիմնավորվածը, փաստարկվածը և ընդունելին: Այս ուղիով է վարկածն ի վերջո դառնում տեսություն:

Տեսությունը դառնում է հիմնավորված, հստակ և ձեռք է բերում ընդհանրացնող ուժ, երբ ձևակերպվում է օրենքի (օրենքների) տեսքով և արտահայտվում մաթեմատիկական բանաձևերի և հավասարումների միջոցով:

Քիմիական բազմաթիվ երևույթների ֆիզիկական էությունը հասկանալի դարձավ շնորհիվ քվանտային մեխանիկայի նվաճումների: Օրինակ, հնարավոր եղավ բացատրել այնպիսի չափազանց կարևոր մի հասկացություն, ինչպիսին քիմիական կապն է: Քվանտային մեխանիկայի հիմքի վրա ձևավորվեց քվանտային քիմիան` մոլեկուլի քվանտային մեխանիկան: Չնայած այն բանին, որ քվանտային քիմիան համարվում է տեսական ֆիզիկայի բաժին [1], այնուամենայնիվ եթե մինչև քվանտային մեխանիկայի ստեղծումն ու զարգացումը գերակշռում էր փորձ-տեսություն անցումը, ապա այժմ հնարավոր է իրականացնել նաև հետադարձ` տեսություն-փորձ կապը: Ուրեմն հիմա կարելի է զուտ տեսական քննարկումներ կատարել, եզրակացությունների հանգել, դրույթներ ձևակերպել, որից հետո դրանց հավաստիությունը ստուգել փորձերով:

Շարադրվածը բավարար է համոզվելու համար, որ ֆիզիկական քիմիան քիմիական գիտության հիմնաքարն է, առանց որի անհնար է նաև քիմիական արդյունաբերության կազմակերպումը:

Քանի որ ֆիզիկական քիմիան ընդգրկում է իրար հետ անմիջականորեն առնչվող ֆիզիկական և քիմիական բնույթի բազմաթիվ խնդիրներ, այս պատճառով էլ ֆիզիկաքիմիկոսը հավասարապես պետք է տիրապետի ինչպես քիմիային, այնպես էլ ֆիզիկային և մաթեմատիկային:

Ուսմունք նյութի կառուցվածքի մասին: Այս հարցը ընդհանուր հետաքրքրություն է ներկայացնում:

Նշվեց, որ քիմիան գիտություն է նյութի մասին: Քիմիական ռեակցիան մի պրոցես է, որի ընթացքում փոխվում է նյութի բաղադրությունը և կառուցվածքը: Սա նշանակում է, որ ռեակցիայի ընթացքում փոփոխվում են ռեագիրող նյութի բաղադրությունը և դրա մեջ մտնող ատոմների տեսակն ու թիվը, ինչպես նաև այդ ատոմների իրար նկատմամբ ունեցած դասավորվածությունը, այսինքն կառուցվածքը: Ուրեմն, ռեակցիայի ընթացքում տեղի է ունենում ներմոլեկուլային շարժում, որի օրինաչափությունները հասկանալու, քանակապես նկարագրելու և բացատրելու համար առաջին հերթին պետք է ճանաչել այդ շարժմանը մասնակցող մասնիկները (ատոմներ, մոլեկուլներ, իոններ և այլն): Նյութի կառուցվածքի մասին ուսմունքն է, որը կարող է հնարավորություն տալ ճանաչել այդ մասնիկները:

Նյութի կառուցվածքի մասին ուսմունքը հավասարապես պետք է քիմիայի ցանկացած բնագավառի համար, անօրգանական, օրգանական և այլն: Բայց այն առավել չափով ներառվեց ֆիզիկական քիմիայի մեջ, որովհետև ըստ էության ֆիզիկական քիմիայի հիմնական խնդիրն է քիմիական երևույթների քանակական բացատրությունը հենվելով ֆիզիկայի ձևակերպած օրենքների վրա: Հետևաբար, հեշտ է նկատել, որ նշված հարցադրումն իր էությամբ նաև վերաբերում է ֆիզիկային: Այն գիտություն է, որն ուսումնասիրում է բնության մեջ ընթացող տարբեր պրոցեսների հետ նաև մատերիայի հատկություններն ու կառուցվածքը և մատերիայի շարժման օրինաչափությունները: Այս առումով միանգամայն օրինաչափ է, որ ֆիզիկական քիմիան մեծ չափով օգտագործում է ֆիզիկական տարբեր մեթոդներ, այդ թվում նաև սպեկտրոսկոպիան: Այն լինելով ֆիզիկայի բաժիններից մեկը ուսումնասիրում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթման փոխազդեցությունը նյութի հետ: Այդպիսի ուսումնասիրությունները արժեքավոր տեղեկություններ են տալիս առանձին վերցրած և այլ նյութերի հետ փոխազդեցության մեջ գտնվող նյութի կառուցվածքային առանձնահատկությունների մասին:

XX-րդ դարի շեմին տեսական և փորձառական ֆիզիկայի դարակազմիկ նվաճումները, հայտնագործությունները հնարավորություն տվեցին պարզելու ատոմի կառուցվածքը, պարզաբանելու էլեկտրոնների դերն ու նշանակությունը քիմիայում, հասկանալու քիմիական կապի բնույթը: Միանգամայն փոխվեց քիմիայի դեմքը. այն ըստ էության դարձավ ճշգրիտ գիտություն: Ֆիզիկան լայն մասշտաբով ներթափանցեց քիմիայի մեջ, որովհետև պարզ դարձավ, որ ինչպես ատոմների, այնպես էլ մոլեկուլի կառուցվածքի մասին գիտելիքների հիմնական աղբյուրը ֆիզիկան է:

Անցյալ դարի 20-ական թվականներին արդեն ձևավորված էր քվանտային մեխանիկան, որից շուտով ծնվեց քվանտային քիմիան, որի առաջին հիմնարար խնդիրը դարձավ բացահայտել քիմիական ուժերի և վալենտականության էությունը: Սա նոր աստիճանի բարձրացրեց մոլեկուլների կառուցվածքի մասին ուսմունքը:

Այս հիմնարար հարցում քիմիայի և ֆիզիկայի սերտաճը տարբեր երկրներում միաժամանակ սկիզբ դրեց բնագիտության մեջ մի նոր բնագավառի ստեղծմանը, որը հետագայում կոչվեց քիմիական ֆիզիկա: Ուշադրություն պետք է դարձնել այն հանգամանքի վրա, որ տվյալ բառակապակցության մեջ արդեն ֆիզիկան է գոյականը, իսկ քիմիականը պարզապես ածական է: Հետևաբար տվյալ պարագայում ուսումնասիրության հիմնական ոլորտը քիմիական ռեակցիայի ֆիզիկան է, քիմիայի ֆիզիկական հիմունքները: Տվյալ բառակապակցության մեջ ֆիզիկայի գոյական լինելը հուշում է, որ ուսումնասիրության առարկան մեկուսացած մասնիկն է, ատոմ, մոլեկուլ: Այդ մասնիկների վարքը կարելի է նկարագրել միայն քվանտային և ոչ թե դասական մեխանիկայի դրույթներով: Հետևաբար քիմիական ֆիզիկան ուսումնասիրում է մեկուսացած մասնիկները և դրանց մասնակցությամբ ընթացող քիմիական ռեակցիան, որն ըստ էության տարրական ակտ է: Ի տարբերություն` ֆիզիկական քիմիան գործ ունի շատ մեծ թվով մասնիկներից կազմված համակարգերի հետ (հիշել մոլ հասկացությունը, որը վերաբերում է Ավոգադրոյի թվով մասնիկների հավաքույթին), դրա համար էլ օգտվում է ուսումնասիրության մակրոսկոպիական մեթոդներից:

Տեղին է նշել քիմիայի բնագավառում Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր ակադեմիկոս Ն.Ն.Սեմյոնովի հետևյալ միտքը. Շնորհիվ այն բանի, որ քիմիայի մեջ թափանցեցին տեսական ֆիզիկան և ֆիզիկայի փորձառական մեթոդները ծնվեց գիտության մի ուրույն ճյուղ`քիմիական ֆիզիկան-քիմիական փոխարկումների և մոլեկուլի կառուցվածքի ֆիզիկան [2]:

Այս հարցին անհրաժեշտ էր անդրադառնալ ցույց տալու համար, որ ֆիզիկական քիմիան և քիմիական ֆիզիկան իրար հետ շփոթել չի կարելի: Դրանք թեև երկվորյակ են, հետևաբար շատ հարազատ, բայց դրանցից յուրաքանչյուրն ունի իր անհատականությունը, այսինքն ուսումնասիրության իր խնդիրները, մեթոդները և զարգացման իր ուղին: Այնուամենայնիվ երկուսի վերջնական նպատակը մեկն է. բացահայտել քիմիական ռեակցիայի մեխանիզմը այն գիտակցորեն կառավարելու համար: Այս հարցին նորից ենք անդրադառնալու Քիմիական կինետիկա (գլուխ XXIV) բաժնում:

Ռեագենտը կարող է գտնվել ցանկացած ագրեգատային վիճակում, մասնավոր դեպքում լինել նաև բյուրեղային: Նյութի բյուրեղային վիճակի մասին ուսմունքը` բյուրեղագիտությունը պետք է դիտել որպես նյութի կառուցվածքի մասին ուսմունքի ինքնուրույն մաս: Նշված հարցը հանգամանորեն դասավանդվում է առանձին ծրագրով, որի մասին նշվեց սույն դասագրքի Հեղինակի կողմից ներածականում:

Ֆիզիկական քիմիայի հիմնական բաղադրիչ մասերն են.

1. Քիմիական թերմոդինամիկան:

Ֆիզիկական քիմիայի այս բաժինը ուսումնասիրում է ջերմության` մեխանիկական, մասնավորաբար քիմիական աշխատանքի փոխակերպման և հակառակ ընթացքի օրինաչափությունները: Ընդհանրապես ուսմունք է հավասարակշռության, մասնավորաբար քիմիական հավասարակշռության և այն բնութագրող, նկարագրող օրենքների մասին: Ուսումնասիրության օբյեկտները բազմազան են. պինդ, հեղուկ և գազային նյութեր, ոչէլեկտրոլիտների և էլեկտրոլիտների լուծույթներ, հոմոգեն և հետերոգեն համակարգեր, ֆազային անցումներ, բնական է նաև քիմիական համակարգեր և այլն: Քիմիական թերմոդինամիկայի կարևոր բաղադրիչներից մեկը ջերմաքիմիան է:

2. Քիմիական կինետիկան:

Քիմիական ռեակցիայի ընթացքում փոփոխվում է համակարգի բաղադրությունը: Կինետիկան ուսմունք է քիմիական ռեակցիաների արագության և մեխանիզմի մասին:

Փաստորեն քիմիական կինետիկան մակրոսկոպիական մեթոդով և մակարդակով քանակապես ուսումնասիրում է, թե համակարգի բաղադրությունն ինչ փոփոխություն է կրում ժամանակի ընթացքում և ինչպես, ի տարբերություն քիմիական ֆիզիկայի, որն ուսումնասիրում է քիմիական տարրական ակտի ֆիզիկան կիրառելով ատոմային (միկրոաշխարհի) ֆիզիկայի դրույթներն ու օրենքները:

Կատալիզը քիմիական կինետիկայի բաղադրիչներից մեկն է: Այն օրգանապես կապված է ռեակցիայի արագության և մեխանիզմի հետ, որոնց վրա ազդում է կատալիզատորը:

Կախված այն բանից, թե ինչ ասպեկտով է քննարկվում ֆոտոքիմիան, այն կարող է քննարկվել նյութի կառուցվածքի կամ քիմիական կինետիկայի բաժնում:

Նման տեսանկյունով, սկզբունքով մոտենալու դեպքում, էլեկտրաքիմիայի տեսական հիմունքները քննարկվում են քիմիական թերմոդինամիկայի բաժնում որպես հոմոգեն և հետերոգեն քիմիական հավասարակշռություններին վերաբերող երևույթներ, որոշ հարցեր էլ քիմիական կինետիկայի բաժնում, օրինակ, էլեկտրոդային պրոցեսների կինետիկան:

Այս առումով կարելի է նշել, որ կատալիզը, ֆոտոքիմիան, էլեկտրաքիմիան, կոլլոիդների քիմիան և այլն իրենց սկզբունքներով, մեթոդաբանությամբ սերտորեն կապված լինելով ֆիզիկական քիմիայի հետ (քանի որ դրանք սերում են ֆիզիկական քիմիայից), ունեն իրենց ուրույն պրոբլեմները, հարցադրումները, դրանք լուծելու իրենց մշակած մեթոդները: Նույնը կարելի է ասել ֆիզիկական-օրգանական, կենսաֆիզիկական քիմիաների և այլ համանման դիսցիպլինների մասին:

Այս բոլորը ֆիզիկական քիմիայի դրույթների վրա հիմնված, բայց ուրույն զարգացում անցած և այժմ բուռն զարգացում ապրող գիտության բնագավառներ են: Այս իմաստով, մեր պատկերացմամբ աննպատակահարմար է ֆիզիկական քիմիա ընդհանուր առարկայի մեջ դրանք ընդգրկել` դիտելով որպես ֆիզիկական քիմիայի առանձին գլուխներ: Բնական է,որ գիտության որևէ ինքնուրույն ճյուղ չի կարող գիտության մի այլ ճյուղի մասը լինել:

Ֆիզիկական քիմիան որպես մի միասնական առարկա շարադրելու համար անհրաժեշտ է տեղափոխման (տրանսպորտի) հարցերը քննարկել որպես մի առանձին բաժին:

Տեղափոխման (տրանսպորտի) երևույթներն են դիֆուզումը, գազի և հեղուկի հոսքը, էլեկտրահաղորդականությունը, ջերմահաղորդականությունը: Այս երևույթները քննարկվում են դիտելով մասնիկներն անվերջ շարժման մեջ, որի ընթացքում անընդհատ փոփոխվում են մոլեկուլների կոորդինատները: Ըստ էության դրանք ոչ դարձելի պրոցեսներ են, որոնք թեև ուսումնասիրում է ֆիզիկական կինետիկան, բայց լայնորեն օգտագործվում և քննարկվում են ֆիզիկական քիմիայում որպես շատ կարևոր և տարբեր երևույթներ իրար հետ շաղկապող բաժին:

Ֆիզիկական քիմիան օգտվում է ընդհանրապես համակարգերը, այդ թվում նաև քիմիական ռեակցիաները, ուսումնասիրելու հետևյալ մեթոդներից.

1. Քվանտա-մեխանիկական մեթոդ, որի հետ սերտորեն կապված է քվանտային քիմիան:

Նշվեց քիմիական շարժման իմացության կարևորությունը: Հայտնի է, որ միկրոաշխարհի նկատմամբ կիրառելի չեն դասական մեխանիկայի, նաև ֆիզիկայի օրենքները: Բացի տարրական մասնիկներից, այդ աշխարհի մեջ են մտնում նաև ատոմները, մոլեկուլները, իոնները, ազատ ռադիկալները: Բնական է, որ այդ մասնիկների վարքը կարելի է հասկանալ և բացատրել կիրառելով ուսումնասիրության քվանտա-մեխանիկական մեթոդը: Նշված տիպի մասնիկների նկատմամբ քվանտային մեխանիկայի դրույթների կիրառումը քվանտային քիմիայի ուսումնասիրության առարկան է:

Ուսումնասիրվող առարկան, օբյեկտը միկրոսկոպիական է, որն ընկալելի չէ մեր զգայարանների կողմից: Այս հարցերը մանրամասնորեն լուսաբանվում են ուսումնական առանձին ծրագրերով, որպես ինքնուրույն դասընթացներ:

2. Թերմոդինամիկական մեթոդը հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրելու հավասարակշռական վիճակում գտնվող համակարգերը` կիրառելով թերմոդինամիկայի օրենքները, առանց հաշվի առնելու քննարկվող նյութի կառուցվածքը և մի վիճակից մի այլ վիճակի անցման համար պահանջվող ժամանակը, ինչպես նաև անցման մեխանիզմը: Նշված մեթոդը կիրառելի է մեր զգայարանների կողմից ընկալելի և շատ մեծ թվով մասնիկներից կազմված մակրոսկոպիական համակարգերի նկատմամբ: Հավասարակշռական թերմոդինամիկայի հիմնական օրենքների մեջ ժամանակը որպես պարամետր չի մտնում:

3. Վիճակագրական թերմոդինամիկայի մեթոդը հիմնված է վիճակագրական մեխանիկայի և ֆիզիկայի հիմնադրույթների վրա:

Ցանկացած քիմիական ուսումնասիրության օբյեկտ կազմված է շատ մեծ թվով մասնիկներից: Օրինակ, պարունակում է հատ ատոմ, կամ 0,2 գ ջրածինը, որը նորմալ պայմաններում զբաղեցնում է 2,24 լ ծավալ, պարունակում է հատ մոլեկուլ և այլն:

Այդպիսի համակարգեր ուսումնասիրելու ամենահուսալին և արդյունավետը վիճակագրական մեթոդն է, որն օգտվում է քննարկվող մասնիկների կառուցվածքային պարամետրերից և հավանականությունների տեսությունից, հնարավորություն է տալիս լուծելու բազմապիսի տեսական հիմնահարցեր, խնդիրներ, այդ թվում հաշվելու այնպիսի մի կարևոր մեծություն, ինչպիսին հավասարակշռության հաստատունն է:

4. Կինետիկական մեթոդ: Հիմքում մակրոսկոպիական պարամետրերի ազդեցության ուսումնասիրությունն է քննարկվող համակարգի նկատմամբ, ինչպիսիք են ռեագիրող նյութերի կոնցենտրացիան, ջերմաստիճանը, միջավայրը (լուծիչը) և այլն: Դրա կիրառությունը հնարավորություն է տալիս նյութի ռեակցիոնունակության մասին քանակական տվյալներ ստանալ, որոնց միջոցով կոնկրետ եզրակացություններ անել քննարկվող նյութի կառուցվածքային առանձնահատկությունների մասին: Հնարավորություն է ստեղծում նաև լուծել շատ կարևոր հակադարձ խնդիրը. հաշվի առնելով նյութի կառուցվածքային առանձնահատկությունները կանխատեսել ինչ որ մի կոնկրետ նյութի նկատմամբ այդ նյութի ցուցաբերելիք ռեակցիոնունակությունը:

Այսպիսով, ֆիզիկական քիմիայի հիմնական խնդիրն է անկախ բնույթից կանխատեսել որևէ քիմիական ռեակցիայի ընթացքը այն գիտակցորեն ղեկավարելու համար: Քիմիական գիտության համար այս հույժ կարևոր հիմնահարցը լուծվում է կիրառելով այն սկզբունքները, որոնք ընդհանուր գծերով շարադրվեցին:

Որպես վերջաբան ցանկանում ենք նշել հետևյալը: Եթե քիմիկոսը ինչ որ պրոցես պետք է ներդնի արդյունաբերության մեջ, ապա այդ գործընթացին մասնակցում են նաև ճարտարագետն ու տեխնոլոգը: Բայց այդ անհրաժեշտ համագործակցությունը արդյունք չի կարող տալ մինչև որ առաջադրվող պրոցեսը ֆիզիկական քիմիայի մեթոդներով մանրամասն չհետազոտվի. դա մասնավորաբար վերաբերում է պրոցեսի թերմոդինամիկային և կինետիկային:

>>


ԳԼՈՒԽ II

ՀԻՄՆԱԿԱՆ ՀԱՍԿԱՑՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ: ՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ՄԵԾՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ: ՉԱՓՄԱՆ ՄԻԱՎՈՐՆԵՐ

 

Երևույթներ սահմանելու, քննարկելու և բացատրելու համար հասկացություններ և մեծություններ են օգտագործվում:

Մտքերը հստակ արտահայտելու համար անհրաժեշտ է որոշակի սկզբունքով, մի տեսանկյունից սահմանել կոնկրետ հասկացություններ, որոշակի եզրեր (տերմիններ):

1. Մակրոմարմին է կոչվում մեծ թվով մասնիկներից կազմված համակարգը: ծծումբը պարունակում է հատ ատոմ: Չնայած այդ նմուշի շատ փոքր զանգվածին, այնուամենայնիվ դա մակրոմարմին է: Այն նաև թերմոդինամիկական համակարգ է համարվում:

2. Համակարգը տիեզերքի մաս կազմող նյութական օբյեկտ է, որը կազմված է շատ մեծ թվով մասնիկներից: Այն մտովի առանձնացնում են ուսումնասիրելու համար: Համակարգը տիեզերքից առանձնացնելուց հետո ինչ որ մնում է կոչվում է շրջապատ: Համակարգի և շրջապատի միջև բաժանող սահման կա, որն ըստ էության մակերևույթ է: Այդ բաժանող սահմանի բնույթով է պայմանավորված համակարգի ինչպիսին լինելը և համակարգ / շրջապատ փոխհարաբերությունը:

Ըստ այդ փոխհարաբերության համակարգերը լինում են.

ա. մեկուսացած: Սա այն համակարգն է, որը շրջապատի հետ ոչ նյութ է փոխանակում, ոչ էլ էներգիա: Օրինակ, գազով լցված փակ անոթը, որը տեղադրված է թեփով լցված արկղի մեջ:

բ. փակ: Համակարգը փակ է համարվում, երբ այն շրջապատի հետ կարող է էներգիա փոխանակել, բայց բացակայում է նյութի փոխանակումը: Օրինակ, ջրով լցված փակ անոթը:

գ. բաց: Այսպիսի համակարգը շրջապատի հետ և նյութ է փոխանակում և էներգիա: Բաց համակարգի տիպական օրինակ է մարդը:

3. Համակարգերը լինում են հոմոգեն և հետերոգեն (տարասեր):

Հոմոգեն համակարգը համասեր է: Այդ համակարգը բնութագրող հատկությունները (ջերմաստիճան, ճնշում, խտություն) կամ հաստատուն են, կամ էլ փոփոխվում են անընդհատ: Առաջին դեպքում հոմոգեն համակարգը նաև միասեռ է (однородный): Օրինակ, թերմոստատում գտնվող բալոնով ջուրը: Այդ ծավալի յուրաքանչյուր մասից նմուշ վերցնելով և հետազոտելով կարձանագրվի նույն բաղադրությունը, ջերմաստիճանը, խտությունը:

Եթե հոմոգեն համակարգում նշված մեծությունները անընդհատ են փոխվում, ապա այդպիսի հոմոգեն համակարգը տարասեռ է (разнородный): Օրինակ, եթե քննարկենք միայն օդ պարունակող 2500 մ բարձրությամբ մի սյուն, կնկատենք, որ երկրի մակերևույթից բարձրանալուն զուգահեռ անընդհատ նվազում են գազային շերտերի և ջերմաստիճանը, և խտությունը: Սա այն դեպքն է, երբ համակարգը հոմոգեն է, բայց տարասեռ:

4. Հոմոգեն համակարգը միաֆազ է: Ֆազ է կոչվում շատ մեծ թվով մասնիկներից կազմված համակարգի միևնույն բաղադրությամբ բոլոր համասեր մասերի ամբողջությունը: Այն ներսում համասեր է և շրջապատի նկատմամբ բաժանման մակերես ունի:

Ասվածից հետևում է, որ մեկից ավելի ֆազերից կազմված համակարգը հետերոգեն է: Օրինակ, փակ անոթում կերակրի աղի նստվածք պարունակող ջրային լուծույթը եռֆազ է: Հետևաբար, սա հետերոգեն համակարգ է: Ֆազերից մեկը լուծույթի հետ հավասարակշռության մեջ գտնվող ջրային գոլորշին է, մյուսը՝ NaCl-ով հագեցած ջրային լուծույթն է և երրորդ ֆազը կազմված է անոթի հատակին սփռված նադրիումի քլորիդի բյուրեղներից: Չնայած այն բանին, որ այդ բյուրեղները իրար կպած չեն, բայց և այնպես առանձին ֆազ են կազմում, որովհետև նույն բաղադրությունն ունեն և համասեր խմբավորումներ են:

Հետևաբար, յուրաքանչյուր ֆազ միասեր (հոմոգեն) է: Ֆազերի բաժանման մակերեսին որոշ հատկություններ կարող են փոփոխվել թռիչքաձև: Օրինակ, 277,15 K ( 4օC) ջրի խտությունը 1 գ/մլ է, իսկ նույն ջերմաստիճանում հեղուկի վրա գտնվող ջրային գոլորշու խտությունը`

5. Ցանկացած նյութ, եթե այն պարունակում է շատ մեծ թվով մասնիկներ, համակարգ է: Այն նկարագրվում է հատկությունների հավաքույթով: Դրանք զգայարաններով և սարքերով որոշվող հատկանիշներ են: Օրինակ, համը, հոտը, ջերմաստիճանը, այդ նյութի զբաղեցրած ծավալը և այլն:

Նշված հատկություններից համն ու հոտը չենք կարող թվերով արտահայտել. չափողականություն չունեն: Բայց որոշ մեծություններ, օրինակ, ճնշումը (P), ծավալը (V), ջերմաստիճանը (T), խտությունը (d), զանգվածը (m), քանակը (n) արտահայտվում են չափողականություն ունեցող թվերով: Այսպես, P-ն Պասկալներով (-Պա), V-ն` մ3-ով, T-ն` Կելվինով, d-ն`m-ն` կգ-ով, n-ը` մոլերով:

Օրինակ, ինչ որ 2,4 կգ զանգվածով մի գազ, որը գտնվում է ճնշման տակ և 293 K-ում զբաղեցնում է ծավալ:

6. Թվերով արտահայտվող մեծությունը կոչվում է պարամետր: Պարամետրերի հավաքույթով էլ որոշվում է նյութի համակարգի վիճակը: Վերևում բերված օրինակում նշված է կոնկրետ մի վիճակում գտնվող ինչ որ գազ: Այդ պարամետրերը կարելի է փոփոխել: Վիճակը նկարագրող պարամետրերը կապված են իրար հետ: Այդ կապը կարելի է արտահայտել հավասարման տեսքով, որը կոչվում է վիճակի հավասարում:

Օրինակ, Սա 1 մոլ իդեալական գազի վիճակն արտահայտող հավասարումն է: խորհրդանշում է 1 մոլ գազի ծավալը (գազի մոլային ծավալ): Յուրաքանչյուր պարամետր ֆունկցիա է մյուս երկուսից, օրինակ, Ընդհանրապես : Կարող ենք ըստ ցանկության փոփոխել այդ պարամետրից յուրաքանչյուրը: Այն կհամարվի անկախ փոփոխական: Եթե P=const, ապա գազի ջերմաստիճանը փոփոխելիս V-ն էլ կփոխվի, բայց այնպես, ինչպես կթելադրի V=f (T) ֆունկցիան: T, P, V-ն թերմոդինամիկական պարամետրեր են:

7. Ասվածից հետևում է, որ պարամետրերից թեկուզ մեկի փոփոխության հետևանքով կփոխվի նաև գազի (համակարգի) վիճակը: Համակարգի վիճակի փոփոխությունը կոչվում է պրոցես: Եթե ժամանակի ընթացքում համակարգի վիճակը անփոփոխ է մնում (չի փոխվում), ապա այդպիսի վիճակը կոչվում է հավասարակշռական: Համակարգը գտնվում է թերմոդինամիկական հավասարակշռական վիճակում, երբ միաժամանակ գոյություն ունի ջերմային քիմիական մեխանիկական հավասարակշռություն: Ասում են, որ համակարգում մակրոսկոպիական տեղաշարժ չկա:

Հարկավոր է տարբերել թերմոդինամիկական հավասարակշռական վիճակը ստացիոնար վիճակից: Դիցուք ունենք մուտքի և ելքի ծորակներ ունեցող ջրով լցված V տարողությամբ մի ծավալ: Այս համակարգը կգտնվի ստացիոնար վիճակում, եթե միավոր ժամանակում տարողություն մտնող ջրի ծավալը հավասար լինի արտահոսող ջրի ծավալին: Բայց եթե տարողություն մտնող ջրի ջերմաստիճանը տարբեր է տարողության մեջ եղած ջրի սկզբնական ջերմաստիճանից, ապա համակարգի ջերմաստիճանը անընդհատ կփոխվի, բայց տարողության մեջ ջրի մակարդակը կմնա անփոփոխ: Այս դեպքում համակարգի վիճակը ըստ ջրի ծավալի ստացիոնար է, բայց ոչ հավասարակշռական: Քննարկենք մի օրինակ ևս:

Քլորաջրածնի ֆոտոքիմիական սինթեզը ռադիկալա-շղթայական ռեակցիա է: Միջանկյալ H և Cl ատոմներ են գոյանում: Ժամանակի որոշ տիրույթում ինչ արագությամբ, որ դրանք ծնվում են ելանյութերից, նույն արագությամբ էլ մահանում են, առաջացնելով ռեակցիայի արգասիքը` HCl: Ասում են, որ ռեակցիոն համակարգում ստեղծվել է ստացիոնարություն: Սինթեզն ընթանում է հաստատուն արագությամբ: Բայց չի կարելի ասել, որ համակարգում ստեղծվել է հավասարակշռություն, որովհետև անընդհատ փոփոխվում է գազային խառնուրդի բաղադրությունը. ջրածինը և քլորն անընդհատ սպառվում են, իսկ ռեակցիոն խառնուրդում անընդհատ աճում է HCl-ի կոնցենտրացիան:

8. Պարամետրերը (նաև հատկությունները) լինում են ինտենսիվ և էքստենսիվ:

Էքստենսիվ են այն պարամետրերը, որոնք կախված են համակարգի զանգվածից. այս առումով ադիտիվ (գումարվող) են: Օրինակ, եթե իրար խառնենք և կստանանք խառնուրդ, կամ եթե միևնույն ջերմաստիճանում և ճնշման տակ գտնվող խառնենք ջրածնի հետ, կստանանք մի գազային խառնուրդ, որը նշված պայմաններում կզբաղեցնի ծավալ: Երկու մոլ ածխաթթու գազը կես մոլ թթվածնի հետ խառնելով, կստացվի 2,5 մոլ գազային խառնուրդ:

Հետևաբար, P-ն և T-ն ոչ թե էքստենսիվ, այլ ինտենսիվ պարամետրեր են:

Ի տարբերություն էքստենսիվի, ինտենսիվ են այն պարամետրերը, որոնք կախված չեն զանգվածից, քանակից և ադիտիվ (գումարվող) չեն: Այդպիսիք են ջերմաստիճանը, ճնշումը և այլն: Օրինակ, եթե միևնույն ջերմաստիճանում ճնշման տակ գտնվող գազը խառնենք ճնշման տակ գտնվող ինդիֆերենտ մի այլ գազի հետ, ստացվող գազային խառնուրդի ճնշումը հավասար չէ Խառնուրդը կգտնվի մի ճնշման տակ` Կամ, եթե 20OC գտնվող 20 լ ջուրը խառնենք 80OC գտնվող 10 լիտր ջրի հետ, չենք ստանա 30 լ ջուր, որի ջերմաստիճանը լինի 20+80=100O C: 30լ խառնուրդը կգտնվի մի ջերմաստիճանում`

Հետևաբար, P-ն և T-ն ոչ թե էքստենսիվ, այլ ինտենսիվ պարամետրեր են:

9. Պարամետրերը լինում են նաև ներքին և արտաքին: Հետևյալ օրինակի քննարկումը հնարավորություն կտա այդ երկուսն իրարից տարբերել:

Գազով լցված գլանը, որի մեջ AB մխոցը կարող է ազատ շարժվել, մեկուսացված է: Նշանակում է, որ այդ գազը չի կարող էներգիա և նյութ (զանգված) փոխանակել շրջապատի հետ: Այս դեպքում արտաքին ջերմաստիճանի փոփոխությունը ոչ մի կերպ չի կարող ազդել գլանում գտնվող գազի և ճնշման և ջերմաստիճանի վրա: Քանի որ ապա =const և պայմանի համար -նույնպես հաստատուն կմնա: Տվյալ դեպքում -ն և -ն` ներքին պարամետրեր են:

Այժմ նույն համակարգը դարձնենք փակ: Այս դեպքում արդեն -ն փոխելիս, AB մխոցը կարձագանքի այդ փոփոխությանը. կփոխվի գազի ծավալը Մխոցի վրայից կշռաքարեր հանելիս կամ նորեր ավելացնելիս, AB մխոցի դիրքը նորից կփոփոխվի, որի հետևանքով գազի ծավալն էլ կփոխվի: Նշանակում է, որ շրջապատի ճնշման և ջերմաստիճանի փոփոխման հետ, կփոխվի նաև գազի ծավալը: Տվյալ դեպքում ճնշումը և ջերմաստիճանը արտաքին պարամետրեր են, իսկ ծավալը` ներքին:

10. Նշվեց, որ վիճակի փոփոխությունը պրոցես է կոչվում: Հնարավոր են մի քանի դեպքեր.

ա. ելային վիճակ (I), որը բնութագրվում է և պարամետրերով և վերջնային վիճակ (II), որը բնութագրվում է և պարամետրերով, այսինքն.

Այսպիսի գրելաձևը խորհրդանշում է միակողմանի ընթացող պրոցես: Պրոցեսն ընթանում է սլաքի ուղղությամբ:

բ. Սա այն դեպքն է, երբ համակարգը մի քանի վիճակների վրայով անցնելուց հետո, նորից վերադառնում է իր սկզբնական վիճակին: Այսպիսի պրոցեսը կոչվում է շրջանային (ցիկլիկ): Հետևաբար շրջանային պրոցեսի արդյունքը սկզբնական վիճակի վերականգնումն է:

11. Հավասարակշռական և ոչ հավասարակշռական վիճակներ:

Ինչպես նշվեց, համակարգը գտնվում է հավասարակշռական վիճակում, երբ ժամանակի ընթացքում վիճակը բնութագրող պարամետրերը հաստատուն են մնում:

Եթե այդ հավասարակշռական վիճակն իրական է և եթե այն խախտվի ինչ-որ մի պատճառով, ապա այդ պատճառը վերացնելիս հավասարակշռությունն ինքնաբերաբար կվերականգնվի: Այս պրոցեսը կոչվում է ռելակսացում: Այն ժամանակամիջոցը, որի ընթացքում է տեղի ունեցել ռելակսացումը, կոչվում է ռելակսացման ժամանակամիջոց: Օրինակ, եթե մեկուսացված վիճակում գտնվող գազը սեղմենք, ապա ներգործող ուժի ազդեցությունը վերացնելուց հետո մխոցն ինքնաբերաբար կբարձրանա այնքան, որ վերականգնվի գազի սկզբնական վիճակը:

Հավասարակշռությունը կարող է լինել կեղծ (մետաստաբիլ): Այս դեպքում պարամետրերից որևէ մեկի անսահման փոքր փոփոխությունը համակարգում կարող է բերել անսահման մեծ փոփոխության: Օրինակ, եթե գերհագեցած լուծույթը մի փոքր ցնցենք, ապա դա բավական կլինի, որպեսզի լուծույթը դառնա հագեցած և անջատվի նստվածք: Այս վերջինն արդեն նոր ֆազ է: Հետևաբար, համակարգում տեղի ունեցավ որակական փոփոխություն. փոխվեց հավասարակշռության մեջ գտնվող ֆազերի թիվը:

12. Դարձելի և ոչ դարձելի պրոցեսներ:

Շփման (դիմադրության) բացակայության պայմանում ճոճանակի շարժումը դարձելի պրոցես է: Իդեալական պայմաններում ճոճանակը կճոճվի հաստատուն ամպլիտուդով: Եթե տաք և սառը համակարգեր իրար հետ կոնտակտի մեջ են, ապա ջերմությունն ինքնաբերաբար կհոսի տաքից սառը համակարգին: Ուրեմն, ջերմահաղորդականությունը, ինչպես նաև գազի կամ հեղուկի դիֆուզիան, ոչ դարձելի պրոցեսներ են:

Պրոցեսի դարձելիությունը քննարկենք հետևյալ օրինակի հիման վրա:

Վերցված է n մոլ գազով լցված գլան, որի մեջ առանց շփման շարժվում է AB մխոցը (տե'ս նկ.II.2): Համակարգը թերմոստատացված է ( T=const): Գազի ճնշումը կարելի է փոփոխել մխոցի վրա կշռաքարեր դնելով և հանելով:

Դիցուք գազի սկզբնական վիճակը նկարագրվում է Va ծավալով և Pa ճնշումով: Մխոցի վրա շարունակաբար կշռաքարեր դնելով, անընդհատ մեծացնենք գազի ճնշումը: Ընդունենք, որ յուրաքանչյուր դեպքում կարող ենք չափել գազի ճնշումը: Փորձի արդյունքները նկարագրենք գրաֆիկի օգնությամբ (տե'ս նկ.II.3): Գլանում ստեղծենք Pe ճնշում:

Չափիչ նուրբ սարք օգտագործելիս, կնկատենք, որ գազի վիճակը նկարագրող կետը կբարձրանա (սա պայմանական մի վիճակ է): Ժամանակի ընթացքում ինքնաբերաբար կետը կտեղաշարժվի մինչև e դիրք, այդ դիրքում համակարգի վիճակը կմնա անփոփոխ:

Հետևաբար, վիճակը կայուն չէր, իսկ e-ն` կայուն է: Ուրեմն տեղի ունեցավ ռելակսացում:

Ինչու՞ համակարգը միանգամից a վիճակից չանցավ e վիճակին:

Մխոցն արագ սեղմելիս, դրա ներքին պատին հարվածող գազի մոլեկուլները արագացում են ստանում, ինչպես թենիսի գնդակը, երբ նա ռակետից հարված է ստանում: Փաստորեն, տեղի է ունենում ադիաբատ սեղմում, որի իմաստը կպարզաբանվի հետագայում: Այդ սեղման հետևանքով մխոցին հարած շերտում ջերմաստիճանը ժամանակավորապես կբարձրանա, որի պատճառով կմեծանա այդ շերտում գտնվող մոլեկուլների արագությունը: Այսպիսով, մերձմխոցային շերտում ժամանակավորապես կխախտվի ջերմային հավասարակշռությունը: Բայց այդ խախտումը շատ արագ կվերականգնվի և համակարգը կանցնի e կայուն վիճակին: Ճնշման հետագա մեծացումներով նույն պրոցեսը կշարունակվի. անցում անհավասարակշռական վիճակի, ռելակսացում, հավասարակշռության նոր վիճակի ստեղծում և այսպես մինչև b վիճակ: Ուրեմն, գազը a-ից b վիճակին անցավ, անցնելով բազմաթիվ հավասարակշռական վիճակների վրայով:

Բնական է, որ ինչքան փոքր լինի ճնշման փոփոխությունը (օրինակ, մխոցի վրա գրամներ ավելացնելու փոխարեն, միլիգրամանոց կշռաքարեր ավելացնենք), այնքան ավելի փոքր կլինեն նշված շեղումները և փոքր կլինի ռելակսացման ժամանակամիջոցը:

Եզրակացություն. եթե պրոցեսն իրականացվի անսահման դանդաղ, ապա հավասարակշռական վիճակից շեղումը կձգտի զրոյի:

Այժմ իրականացնենք հակառակ պրոցեսը. b-ից վերադառնանք a վիճակ, մխոցի վրայից աստիճանաբար կշռաքարեր հանելու միջոցով:

Այս դեպքում տեղի կունենա ադիաբատ ընդարձակում, որի հետևանքով մխոցի ներքին մակերեսի մոտ կառաջանա ժամանակավոր նոսրացում: Այդ տարածությունում ջերմաստիճանը կնվազի և f վիճակի փոխարեն գազը կհայտնվի h վիճակում: Նորից ռելակսացում և հավասարակշռական վիճակի վերստեղծում (f կետ) և այսպես շարունակ մինչև փորձի վերջը, երբ համակարգը կհայտնվի ելային a վիճակում:

Պրոցեսը կհամարվի դարձելի, եթե a-ից b և b-ից a անցումները տեղի ունենան միևնույն հավասարակշռական վիճակների վրայով, այսինքն aegb և bhfa կորերով:

Այս փորձի արդյունքներից կարելի է եզրակացնել, որ պրոցեսի դարձելիությունն ապահովելու համար այն պետք է իրականացնել անսահման դանդաղ:

Պրոցես իրականացնելու երրորդ ուղին`

գ. կարելի է խորհրդանշել հետևյալ կերպ. որը վերաբերում է քննարկված դեպքին դարձելի պրոցեսին:

Եթե պրոցեսը դարձելի է, ապա ինչքան աշխատանք որ կպահանջվի գազն իզոթերմորեն սեղմելու համար, նույնքան աշխատանք կստացվի այն իզոթերմորեն ընդարձակելիս: Նշանակում է, որ դարձելի պրոցեսի գումարային աշխատանքը հավասար է զրոյի:

13. Էներգիա, ջերմություն, աշխատանք:

Թերմոդինամիկայում այս հասկացությունները շատ հաճախ են օգտագործվում:

Էներգիան մատերիայի բոլոր տեսակի փոխազդեցությունների և շարժումների ընդհանուր քանակական չափանիշն է: Էներգիան ոչ կորչում է, ոչ էլ ստեղծվում: Էներգիան մի ձևից անցնում է մի այլ ձևի, օրինակ, մեխանիկականը էլեկտրականի, էլեկտրականը քիմիականի և այլն: Այսինքն, էներգիան դրսևորվում է տարբեր ձևերով, ըստ որում դրանց միջև պահպանվում է համարժեքությունը: Եզրակացությունը միակն է. էներգիան պահպանվում է, հետևաբար էներգիայի պահպանման օրենքն ունիվերսալ է:

Էներգիայով է բնութագրվում համակարգի աշխատանք կատարելու ունակությունը և այդ ունակության չափը: Համակարգի էներգիան կապված է իր զանգվածի հետ:

Էներգիան (E) միանիշ ֆունկցիա է համակարգի վիճակից, հետևաբար dE -ն լրիվ դիֆերենցիալ է: Սա նշանակում է, որ

որտեղ I-ը և II-ը վիճակներ են խորհրդանշում:

Էներգիան արտահայտում են Ջոուլերով (Ջ): Բայց սա չի նշանակում, որ այն չի կարելի արտահայտել նաև այլ միավորներով, պահպանելով համապատասխան համարժեքները: Օրինակ, 4,18 Ջ =1 կալորիա (կալ): Պարզապես Ջ-ն ընդունված միջազգային միավորն է:

Էներգիան լինում է. ա) կինետիկական. դա շարժման էներգիան է. և բ) պոտենցիալ, որը համակարգի կողմից պահեստավորված էներգիան է: Այն կապված է մարմնի (համակարգի) դիրքից և բաղադրությունից: Քիմիական էներգիան պոտենցիալ էներգիայի ձևերից մեկն է:

Ըստ դասական ֆիզիկայի, համակարգի էներգիան կարող է փոփոխվել անընդհատորեն` ստանալով կամ առաքելով էներգիայի ցանկացած քանակ: Բայց միկրոաշխարհում միկրոմասնիկները կարող են էներգիա կլանել կամ առաքել միայն դիսկրետ մեծություններով` քվանտներով:

Մոլեկուլների քաոսային (ջերմային) շարժման միջին կինետիկական էներգիայով է բնութագրվում (նյութի, մարմնի) ջերմաստիճանը:

Ջերմություն: Զգայարաններով ընկալում և տարբերում ենք տաքը սառից, սառը` տաքից: Երբ տաք և սառը մարմինները կոնտակտի մեջ են գտնվում, տաքը սառչում է և սառը տաքանում: Եթե տաք մարմնի ջերմաստիճանը է, սառինը` և միջավայրինը` , ապա ի վերջո.

Ինչ որ մի բան տաք մարմնից դեպի սառն է հոսում և փոխանցվում սառը մարմնին: Այդ փոխանցվածը կոչվում է ջերմություն`q: Փորձը ցույց է տալիս, որ q-ն համեմատական է արտադրյալին, որտեղ m-ը համակարգի (մարմնի) զանգվածն է և տաք (II) և սառը (I) մարմինների ջերմաստիճանների տարբերությունը: Համեմատականության նշանը հավասարման նշանով փոխարինելու համար անհրաժեշտ է մտցնել համեմատականության մի գործակից`Cm :

Կստացվի.

Երբ m=1 կգ և ապա Cm =q: Cm -ն կոչվում է նյութի տեսակարար ջերմունակություն: Դա ջերմության այն քանակն է, որը պետք է հաղորդել 1 կգ նյութին դրա ջերմաստիճանը 1oC-ով բարձրացնելու համար: Ջերմությունն էլ էներգիայի պես արտահայտվում է Ջ-երով: Հետևաբար, տեսակարար ջերմունակության չափողականությունն է Եթե T-ն մարմնի բացարձակ ջերմաստիճանն է, արտահայտված Կելվինով [(K)-ի պատիվ գիտնական Կելվինի], ապա աստ.-ի փոխարեն պիտի գրել K (ուրեմն որտեղ t -ն մարմնի ջերմաստիճանն է, արտահայտված Ցելսիուսի սանդղակով:

(II.3)-ը բազմապատկենք և բաժանենք նյութի մոլային զանգվածով` M : Կստանանք.

Այս արտահայտության մեջ n - ը քննարկվող նյութի քանակն է, արտահայտված մոլերով: կոչվում է նյութի մոլային ջերմունակություն և դրա չափողականությունն է

Պետք է նկատի առնել, որ ջերմությունը էներգիա չէ, այլ էներգիայի փոխանցման ձև: Էներգիան ջերմության ձևով մի նյութից (համակարգից) մյուսին կարող է փոխանցվել միայն այն դեպքում, երբ կոնտակտի մեջ գտնվող այդ երկու նյութերի ջերմաստիճաններն իրարից տարբեր են, այսինքն -ը տարբեր է -ից կամ

Նյութը (համակարգը) ջերմություն չունի, ջերմություն չի պարունակում, որ այն փոփոխվի: Հետևաբար ջերմությունը չի կարելի ներկայացնել տարբերության ձևով, այսինքն:

(II.5)-ից հետևում է, որ -ն լրիվ դիֆերենցիալ չէ, այդ պատճառով էլ d-ն փոխարինվել է -ով։ Ուրեմն, q-ն վիճակի միանիշ ֆունկցիա չէ: q-ի մեծությունը կախված է պրոցեսի իրականացման ճանապարհից:

Աշխատանքը (w) նույնպես էներգիայի փոխանցման ձև է: Աշխատանքը բացառապես պրոցեսի հետևանք է: Կատարվում է միայն ներգործող ուժի ազդեցության տակ: Աշխատանքի նշանի հարցն այժմ այլ ձևով է քննարկվում: Պատմականորեն աշխատանքը դրական էր համարվում, երբ այն կատարվում էր համակարգի կողմից շրջապատի նկատմամբ, որովհետև համակարգը աղքատանում է, իսկ շրջապատը` հարստանում: Բնական է, որ հակառակ դեպքում աշխատանքը բացասական է (այս հարցը քննարկվելու է): Այժմ w>0 է համարվում, երբ այն կատարվում է համակարգի նկատմամբ: Ջերմության նման, աշխատանքի մեծությունն էլ կախված է պրոցեսի իրականացման ճանապարհից:

w-ն նույնպես արտահայտվում է Ջ-երով:

Արված դատողության համաձայն, պետք է գրել.

Ցանկացած աշխատանք էքստենսիվ և ինտենսիվ մեծությունների (հատկությունների) արտադրյալ է: Այսպես. մեխանիկական աշխատանք, էլեկտրական աշխատանք, քիմիական աշխատանք, ծավալային աշխատանք, մակերեսային աշխատանք, և այլն, որտեղ F-ը (ուժ), u - ն (էլեկտրական պոտենցիալ), -ն (քիմիական պոտենցիալ), P-ն (ճնշում), (մակերեսային լարվածություն)` ինտենսիվ պարամետրեր են, իսկ h-ը (բարձրություն կամ ճանապարհ), Q-ն (էլեկտրականության քանակություն), n-ը (մոլերի թիվ), V-ն (ծավալ), S-ը (մակերես)` էքստենսիվ պարամետրեր են:

Ուշադրության արժանի է այն հանգամանքը, որ աշխատանքի ոչ մի արտահայտության մեջ ջերմաստիճանը չի մտնում:

Ընդհանրապես օգտագործվում է ընդհանրացված աշխատանք հասկացությունը.

կոչվում է ընդհանրացված ուժ (օգտագործվում է նաև ընդհանրացված իմպուլսը`) և ` ընդհանրացված կոորդինատ: Այս վերջինը նմանակն է մեխանիկայում հայտնի կոորդինատին: Այն փոխվում է ընդհանրացված ուժի ազդեցության տակ: էքստենսիվ պարամետր է, իսկ - ն` ինտենսիվ:

Ինչպես նշվեց ջերմությունն ու աշխատանքը էներգիայի փոխանցման ձևեր են: Բայց երկուսն էլ ունեն միևնույն մոլեկուլային հիմքը. դա գազում և շրջապատում գտնվող մոլեկուլների միջև տեղի ունեցող բախումների հետևանքով իմպուլսի փոխանակումն է:

Հաշվի առնելով այն հանգամանքը, որ ֆիզիկական քիմիայի, հատկապես թերմոդինամիկայի մի շարք հիմնահարցեր քննարկելիս սկզբունքային նշանակություն են ստանում նշված երեք հասկացությունները` էներգիան (E), ջերմությունը (q) և աշխատանքը (w) անհրաժեշտ ենք համարում առավել հանգամանալի անդրադառնալ դրանց, խուսափելու համար հետագայում շփոթ և թյուրիմացություններ առաջանալուց:

Սևանից ջուրն ինքնաբերաբար հոսում է դեպի Արարատյան դաշտավայր, որովհետև Հոսող ջրի ընթացքի վրա տեղակայված որոշ սարքեր հնարավորություն են տալիս հոսող ջրի հոսքի էներգիան վերածել էլեկտրականի: Հետևաբար, տվյալ դեպքում կատարվում է դրական աշխատանք Իսկ արտեզյան ջրհորերից ջուրը Արարատյան դաշտավայրից ինքնաբերաբար Երևան չի կարող բարձրանալ, որովհետև այս դեպքում Ճանապարհին հատուկ պոմպեր են տեղակայում, որոնք ջուրը բարձրացնում են և հաղթահարում են ջրի ինքնակամ հետ հոսքը: Տվյալ դեպքում գործ ունենք բացասական աշխատանքի հետ Սա պայմանական մոտեցում է: հաղթահարող մեքենան կոչվում է մղիչ (պոմպ):

Որպեսզի մղիչը կարողանա հաղթահարել նշված -ը պետք է դրսից էներգիա ստանա: Դա իրականացնելու ուղիներից մեկը համակարգին դրսից q հաղորդելն է: Բնական է, որ մղիչի (մեքենայի) անընդհատ աշխատանքն ապահովելու համար անհրաժեշտ է, որ, նախ և երկրորդ, հաղորդված ջերմությունն ավելի մեծ լինի քան կատարվող աշխատանքը: Ընդունում ենք, որ ջերմության կորուստներ չկան:

Վերևում բերված օրինակների հիման վրա կարելի է ասել, որ երբ ապա համակարգը կատարում է դրական աշխատանք: Փորձենք նշվածը կիրառել այն դեպքի նկատմամբ, երբ h-ը (բարձրությունը) փոխարինում ենք ճնշումով

Նկ. II-1 պատկերում է մի տարողություն, որում գազը գտնվում է ճնշման տակ: Արտաքին ճնշումը է: Եթե կողմնակի ազդեցությունների բացակայության դեպքում մխոցի դիրքը կմնա անփոփոխ: Ասում են, որ համակարգը գտնվում է հավասարակշռության վիճակում: Եթե ապա մխոցն ինքնաբերաբար կբարձրանա, գազի ծավալը կմեծանա և -ն կփոքրանա մինչև Մխոցը կանգ կառնի