شیمی فیزیک و ترمودینامیک مواد

ترمودینامیک مواد

کاربرد ترمودینامیک برای مطالعهٔ جامدات (خصوصاً جامدات کریستالی) را ترمودینامیک مواد یا ترمودینامیک جامدات می‌نامند که یک ابزار کمی قدرتمند برای بررسی خواص مهم مواد است.
به عنوان مثال با کمک ترمودینامیک بدون الزام به دانستن جزئیات اتمی کریستال‌ها می‌توان ساختار آنها را کنترل کرد. در این حالت نیازی به هیچگونه پیش‌بینی مدل خاصی برای اتم‌ها نیست و با استفاده از سه قانون ترمودینامیک و بکارگیری روش‌های ریاضیاتی می‌توان اکثر خواص ماکروسکوپیک را محاسبه کرد.
البته کاربرد ترمودینامیک کلاسیک برای مقاصد ترمودینامیک مواد ناکافی است. زیرا به دلیل عمومیت و سادگی ترمودینامیک کلاسیک، هیچ اطلاعاتی در مورد جزئیات روابط بین اتم‌ها و نابجایی‌ها در کریستال نمی‌توان بدست آورد. برای بدست آوردن چنین اطلاعاتی باید از مکانیک آماری (ترمودینامیک آماری) استفاده کرد.شیمی‌فیزیک

شیمی‌فیزیک یا فیزیک‌شیمی پایه‌ای‌ترین شاخهٔ شیمی است. شاخه‌ای که می‌توان قانونگاه شیمی نامید. این علم دارای دانشمندان بنامی چون گیبس، هلمهوتز، آرنیوس، نرنست، شرودینگر و ... می‌باشد. این علم با فیزیک رابطه‌ای نزدیک دارد. شیمی‌فیزیک دارای شاخه‌های زیر می‌باشد:

کاربرد‌های شیمی‌فیزیک

ارتباط شیمی‌فیزیک با سایر علوم، کاربردهای اقتصادی و اجتماعی این علم را بیان می‌کند. به عنوان مثال، با مطالعه الکتروشیمی، به پایه و اساس پدیده‌های طبیعی مانند خوردگی فلزات پی برده و می‌توان از ضررهای اقتصادی و اجتماعی چنین پدیده‌هایی جلوگیری کرده و یا این پدیده‌ها را به مسیری مفید برای جامعه سوق داد. علاوه بر آن، کاربرد قوانین ترمودینامیک مانند نقطه یوتکتیک در جلوگیری از ضررهای جانی و مالی پدیده‌های طبیعی مانند یخ‌بندان بعد از بارش برف، بسیار مفید می‌باشد. با توجه به نبودن مرز بين قوانين فيزيك و تحولات شيميايي جايگاه خاص اين بخش از بخش از علم مشخص است.
واژگان شیمی فیزیک
enthalpy of formation: آنتالپی تشکیل برای یک ماده مرکب معین ، تغییر آنتالپی واکنشی که در آن ، یک مول ماده مرکب از پایدارترین شکلهای عناصر آن تشکیل می شود، آنتالپی تشکیل می‌نامند.

▪ Hess,lawقانون هس یا قانون جمعبندی ثابت گرما تغییر آنتالپی واکنش شیمیایی ، ثابت است، خواه واکنش در یک مرحله ، خواه در دو مرحله انجام گیرد.
▪ قانون نسبتهای معین یک ماده مرکب خالص ، عناصر یکسان با نسبتهای جرمی یکسان دارد. law of definite propotions
▪ قانون پایستاری جرم در جریان واکنش شیمیایی ، تغییر قابل توجهی نمی‌کند. Law of conservation of mass
▪ انرژی ظرفیت انجام دادن کار Energy
▪ دما درجه داغی یا سردی ، خاصیتی که جهت جریان یافتن خود به خود گرما را معین می‌کند. temperature
▪ ظرفیت گرمایی مقدار گرمای لازمی است که دمای جرم معینی را یک درجه سانتی‌گراد بالا می‌برد. Heat capocity
▪ گرما شکلی از انرژی است که به‌طور خودبخود از جسمی با دمای زیادتر به جسمی با دمای کمتر جریان می‌یابد. Heat
▪ گرماسنج دستگاهی که برای اندازه گیری گرمای انتقال یافته در واکنشهای شیمیایی و تغییرات فیزیکی بکار می‌رود. Calorimeter
▪ گرماشیمی مطالعه تغییرات انرژی که همراه با تغییرات شیمایی و فیزیکی است. thermochemistry
▪ گرمای ویژه مقدار گرمای لازمی که دمای ۱gr ماده خالص را یک درجه سانتی‌گراد بالا می‌برد. specific heat
▪ مقیاس دمای سلسیوس یک مقیاس دمایی براساس تخصیص صفر درجه سانتی‌گراد به نقطه انجماد عادی آب و ْ۱۰۰ سانتی‌گراد به نقطه جوش عادی آب است. Celsius temperature scale
▪ مقیاس دمای فارنهایت نوعی مقیاس دمایی است که در آن ، نقطه انجماد عادی آب ، ْ۳۲فارنهایت و نقطه جوش عادی آب ْ۲۱۲فارنهایت است Fahrenheit temperature scale
▪ مقیاس دمای کلوین یک مقیاس دمایی براساس تخصیص ۲۷۳k به نقطه انجماد عادی آب و ۳۷۳k به نقطه جوش عادی آب Kelvin tempratire scale
▪ اصل عدم قطعیت تعیین همزمان موقعیت دقیق و حرکت یا تکانه (جرم در سرعت mv) دقیق یک الکترون ، ناممکن است. uncertainty principle
ت▪ ابش الکترومغناطیسی انرژی تابشی که با سرعت خاصی (سرعت نور ، c) حرکت می‌کند و می‌توان آن را به‌صورت موجی یا کوانتومی توصیف کرد. Electromagnetic radiation
▪ عدد کوانتومی اصلی عدد کوانتومی که پوسته انرژی الکترون مربوط را نشان می‌دهد. مقادیر n اعداد صحیح مثبت …و۳و۲و۱ است. main quantum number
▪ عدد کوانتومی فرعی عدد کوانتومی که نوع پوسته فرعی و شکل اوربیتال الکترونهای مربوط را تعیین می‌کند. Sub sidiary
▪ عدد کوانتومی مغناطیسی عدد کوانتومی که جهت گیری اوربیتال الکترونی را تعیین می‌کند. magnetic quantum number
▪ فوتون یک کوانتوم انرژی تابشی photon
کوانتوم مقدار کوچک و معین انرژی تابشی. نظریه پلانک براین اساس است که انرژی تابش ، در این مقادیر جذب یا نشر می شود. انرژی یک کوانتوم ، E ، مستقیما با فرکانس تابش ، v ، متناسب است و ثابت تناسب ، h ، ثابت پلانک است. quantum
▪ آنتالپی تصعید تغییر آنتالپی مربوط به فرآیندی که در آن ، یک جامد مستقیما به گاز تبدیل می‌شود. Enthalpy of sublimation
▪ چرخه بورن هابر روش تحلیلی برای تغییرات آنتالپی یک فرآیند. H∆ کل فرآیند را با جمع جبری مقادیر H∆ مجموعه مراحلی که به همان نوع تغییر می‌انجامد، برابر می‌گیرند. Born-Haber cycle
▪ اتمسفر واحد فشار که به صورت ۱۰۱۳۲۵Pa بیان می‌شود. atmosphere
▪ اصل آووگادرو حجمهای مساوی از تمام گازها ، در دما و فشار یکسان ، دارای عده مولکولهای مساوی‌اند. Avogadro,s principle
▪ پاسکال واحد فشار در دستگاه SI و آن برابر با نیرویی است که یک نیوتن (یا ۱kg.m.s۲) بر سطح یک متر مربع وارد می‌کند. Pascal
▪ تور واحد فشار که هم‌ارز با فشاری است که ستونی از جیوه را در ارتفاع ۱mm نگه می‌دارد. یک تور برابر ۷۶۰.۱ اتمسفر است. torr
▪ توزیع ماکسول- بولتسمان نحوه توزیع انرژی جنبشی یا سرعت مولکولی بین مولکولهای یک گاز Maxwell- Bultzman
▪ ثابت گازهای ایده‌آل ضریب تناسب در معادله حالت یک گار ایده‌آل و یکی از مقادیر ۰.۰۸۲۰۵۶L.atm/K.md است. Ideal gas constant
▪ جذر میانگین مجذور سرعت جذر میانگین مجذور سرعتهای مولکولی root-mean-square speed
▪ حجم مولی استاندارد حجم یک مول از گاز در دما و فشار استاندار که ۲۲.۴۱۴L است. standard molecular volume
▪ دمای بحرانی دمایی است که بالاتر از آن ، هرچند هم که فشار زیاد شود، مایع شدن گاز ناهمگن است. Critical temprature
▪ ضریب تراکم پذیری PV/RT که در آن ، P فشار گاز ، V حجم گاز ، R ثابت گازهای ایده آل و T دمای مطلق است. ضریب تراکم پذیری برای یک مول از گاز ایده‌آل همواره برابر واحد است. Conversion factor
▪ فشار نیرویی است که بر واحد سطح وارد می‌شود. Pressure
▪ فشار بحرانی فشار لازم برای مایع شدن یک گاز در دمای بحرانی آن Critical pressure
▪ فشار جزیی فشاری که یک جزء از یک مخلوط گازی اگر به تنهایی در حجم مورد نظر می‌بود، اعمال می‌کرد. Partial pressure
▪ قانون آمونتون فشار یک گاز ، در حجم ثابت ، به‌طور مستقیم با دما تغییر می‌کند. Amonton,s Law
▪ قانون بویل حجم یک گاز در دمای ثابت به نسبت عکس فشار تغییر می‌کند. Boyle ,s law
▪ قانون ترکیب حجمی گیلوساک حجم گازهای مصرف شده یا تولید شده در یک واکنش شیمیایی ، اگر در دما و فشار ثابت اندازه گیری شده باشند، با نسبتهای اعداد صحیح کوچک بیان می‌شود. Gay-Lussac,s low of combining
▪ قانون شارل حجم یک گاز ، در فشار ثابت ، به‌طور مستقیم با دمای مطلق تغییر می‌کند. charles Law
▪ قانون فشارهای جزیی دالتون فشار کل مخلوطی از گازها برابر مجموع فشارهای جزیی هر یک از گازها است. Dalton,s Law of partial pressure
▪ قانون نفوذ گراهام سرعت نفوذ یک گاز با جذر چگالی یا جذر وزن مولکول آن گاز نسبت معکوس دارد. Graham,s Law of effusion
▪ کسر مولی نسبت تعداد مولهای یک جزء در یک مخلوط به تعداد کل مولها در آن مخلوط mole fraction
▪ مسافت آزاد میانگین فاصله میانگینی است که یک مولکول بین برخوردهای خود با سایر مولکولهای گاز طی می‌کند. mean free path
▪ معادله واندروالس معادله حالت گازها. نوعی از معادله حالت گاز ایده‌آل که نیروهای جاذبه بین مولکولی و حجم اشغال شده توسط مولکولهای گاز را به حساب می‌آورد. Vander wool,s equation
▪ نظریه جنبشی گازها مدلی است در سطح مولکولی که می‌توان آن را برای توضیح قوانین گازها بکار برد و معادله گاز ایده آل را بدست آورد. Kinetic theory of gases
▪ آنتالپی تبخیر انرژی لازم برای تبخیر مقدار معینی مایع (معمولا یک مول یا یک گرم) در دمای معین Enthalpy of vaprization
▪ آنتالپی تبلور تغییر آنتالپی در تبدیل مقدار معینی مایع (معمولا یک مول یا یک گرم) به جامد در دمای معین Enthalpy of crystllization
▪ آنتالپی ذوب انرژی لازم برای ذوب کردن مقدار معینی جامد (معمولا یک مول یا یک گرم) بر جامد در دمای معین Enthalpy of fusion
▪ آنتالپی میعان تغییر آنتالپی در تبدیل مقدار معینی گاز (معمولا یک مول یا یک گرم) در دمای معین Enthalpy of condenstion
▪ تبخیر فرآیند تبدیل مایع به گاز Vaporization
▪ تصعید فرآیند تبدیل مستقیم جامد به گاز بدون عبور از حالت مایع Sublimation
▪ تعادل شرایطی که در آن ، سرعت دو تمایل مخالف برابر می‌شوند. equilibrium
▪ فشار بخار فشار بخار در حالت تعادل با مایع خالص یا جامد خالص در دمای معین vapour pressure
▪ معادله کلازیوس- کلاپیرون معادله ای است که فشار بخار یک مایع در دو دمای مختلف را با یکدیگر و با آنتالپی تبخیر آن مایع مرتبط می‌سازد Clausius- Clapeyron equation
▪ نقطه انجماد دمایی که در آن ، فازهای جامد و مایع با یکدیگر در حال تعادلند. اگر فشار کل ، ۱atm باشد، این مقدار را انجماد عادی می‌نامیم. Solidify point
▪ نقطه جوش نقطه جوش یک مایع ، عبارت از دمایی است که در آن ، فشار بخار مایع با فشار بیرونی برابر می‌شود و نقطه جوش عادی یک مایع ، دمایی است که در آن ، فشار بخار مایع برابر ۱atm است. boiling point
▪ نقطه ذوب مراجعه کنید به نقطه انجماد melting point
▪ نقطه سه گانه دما و فشاری که در آن ، حالات جامد ، مایع و گاز یک ماده در عین حال با یکدیگر در حال تعادل‌اند. triple point
▪ آبپوشی فرایندی است که آن ، مولکولهای آب به سوی ذرات ماده حل شده جذب می‌شوند و آنها را احاطه می‌کنند. Hydration
▪ آزیوتروپ محلولی است که فشار بخار آن ، بالاتر یا پایین‌تر از فشار بخار هر یک از اجرای خالص است. اگر فشار بخار بالاتر باشد، آن محلول ، آزیوتروپ با نقطه جوش مینیمم و اگر پایین‌تر باشد، آزیوتروپ با نقطه جوش ماکزیمم است. Azeotrope
▪ آنتالپی آبپوشی تغییر آنتالپی مربوط به فرآیند آبپوشی یونهای گازی از مقدار معینی (معمولا یک مول) از یک ماده حل شده است. Enthalpy of hydration
▪ آنتالپی انحلال تغییر آنتالپی مربوط به فرآیند انحلال مقدار معینی (معمولا یک مول) از یک حل شونده در یک حلال است. مقدار این آنتالپی به دما و غلظت نهایی محلول بستگی دارد. Enthalpy of solution
▪ اسمز فرآیند عبور مولکولهای حلال از غشای نیم‌تراوایی است که دو محلول را از یکدیگر جدا می‌کند. جهت عبور این مولکولها به سوی محلول غلیظتر است. Osmosis
▪ اصل لوشاتلیه هر سیستم در حالت تعادل نسبت به تغییر شرایط ، عکس‌العمل نشان داده، در جهت مقابله با آن عمل می‌کند. Le,chatelier,s priciple
▪ تقطیر جداسازی اجزای سازنده یک محلول با روش تبخیر و تراکم است. Distillation
▪ خواص غلظتی خواصی از یک محلول است که به غلظت ذرات ، نه به ماهیت این ذرات ، بستگی دارند. این خواص ، عبارتند از کاهش بخار ، نزول نقطه انجماد ، صعود نقطه جوش و فشار اسمزی Colligalive properties
▪ ضریب وانت- هوف عبارت از نسبت مقدار خاصیت غلظتی اندازه گیری شده یک محلول به مقدار محاسبه شده آن خاصیت است، به فرض اینکه ماده حل شده غیر الکترولیت باشد. Van,t Hoff factor
▪ قانون رایول فشار جزیی هر جزء از یک محلول ایده آل در بخار آن محلول برابر با حاصلضرب فشار بخار آن جزء به صورت خالص در کسر مولی آن جزء در محلول است. Rault,s Law
▪ قانون هنری وقتی که یک گاز در یک مایع بدون واکنش شیمیایی حل می‌شود، مقدار گاز حل شده در مقدار معینی از مایع با فشار جزیی آن گاز در بالای محلول نسبت مستقیم دارد. Hanry,s Law
▪ محلول ایده آل محلولی است که از قانون رایول پیروی می‌کند. یک محلول دو جزیی متشکل از B,A وقتی ایده آل است که در آن ، نیروهای بین مولکولی مولکولهای B,A و مولکولهای A,A و مولکولهای B,B اساسا یکسانند. Ideal solution

شیمی فیزیک و ترمودینامیک مواد

مطالب مشابه :

شیمی فیزیک و ترمودینامیک مواد

دانلود کتاب ترمودینامیک مواد

ترمودینامیک مواد گسگل

ترمودینامیک

ترمودینامیک

دانلود کتاب مقدمه ای بر ترمودینامیک مواد گسکل + حل المسائل

حل تمرین مقدمه ای بر ترمودینامیک مواد (دیوید گسکل)