Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В химической физике и физической химии , химическое сродство является электронным свойством , по которому разнородным химическим частицы способны образовывать химические соединения . [1] Химическое сродство также может относиться к тенденции атома или соединения объединяться посредством химической реакции с атомами или соединениями разного состава.

История [ править ]

Ранние теории [ править ]

Идея близости очень старая. Было сделано много попыток определить его происхождение. [2] Однако большинство таких попыток, за исключением общих случаев, заканчиваются тщетно, поскольку «родство» лежит в основе всей магии , тем самым предшествуя науке . [3] Физическая химия , однако, была одной из первых областей науки, которая изучила и сформулировала «теорию сродства». Название affinitas впервые было использовано в смысле химического отношения немецким философом Альбертом Магнусом около 1250 года. Позже, такие как Роберт Бойль , Джон Мэйоу , Иоганн Глаубер ,Исаак Ньютон и Георг Шталь выдвинули идеи об избирательном сродстве в попытках объяснить, как выделяется тепло во время реакций горения . [4]

Термин « родство » использовался образно, 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 . [5], а также, в более общем смысле, и ранее, «тенденция к объединению» любой пары веществ. Широкое определение, обычно используемое на протяжении всей истории, заключается в том, что химическое сродство - это то, при котором вещества вступают в разложение или сопротивляются ему. [2]

Современный термин «химическое сродство» - это несколько видоизмененный вариант предшествовавшего ему в восемнадцатом веке «избирательного сродства» или избирательного влечения, термина, который использовал преподаватель химии 18-го века Уильям Каллен. [6] 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.[7] [8] Антуан Лавуазье в своей знаменитой работе 1789 года « Traité Élémentaire de Chimie» («Элементы химии») ссылается на работу Бергмана и обсуждает концепцию выборного 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, [9] термин был введен и разработан Теофилем де Дондер . [10]

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

Визуальные представления [ править ]

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 сродства Жоффруа (1718 г.): в заголовке столбца находится вещество, с которым могут сочетаться все вещества, указанные ниже, где 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 были по сути списками, подготовленными 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 другими видами диаграмм. Джозеф Блэк, например, использовал таблицу в сочетании с хиастическими диаграммами и круговыми диаграммами для визуализации основных принципов химического сродства. [11] Таблицы сродства использовались по всей Европе до начала 19 века, когда они были вытеснены концепциями сродства, введенными Клодом Бертолле .

Современные концепции [ править ]

В химической физике и физической химии , химическое сродство является электронным свойством , по которому разнородным химическим частицы способны образовывать химические соединения . [1] Химическое сродство также может относиться к тенденции атома или соединения объединяться посредством химической реакции с атомами или соединениями разного состава.

Говоря современным языком, мы связываем сродство с явлением, 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 года, также упоминается «закон химического сродства».

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

Термодинамика [ править ]

Настоящее ИЮПАК определение , что аффинность является отрицательной частной производной от свободной энергии Гиббса G относительно степени реакции £ , при постоянном давлении и температуре . [12] 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, которая бесконечно увеличивается:

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 ).

См. Также [ править ]

  • Химия
  • Химическая связь
  • Электроотрицательность
  • Электронное сродство
  • Этьен Франсуа Жоффруа - Таблица родства Жоффруа 1718 года
  • Валентность
  • Аффинная хроматография
  • Аффинный электрофорез

Заметки [ править ]

  1. ^ a b Chisholm 1911 , Affinity, Chemical
  2. ^ a b Левер, Тревор, Х. (1971). Сродство и материя - элементы химической философии 1800-1865 гг . Издательство Gordon and Breach Science. ISBN 2-88124-583-8.
  3. ^ Malthauf, RP (1966). Истоки химии. Стр. 299. Лондон.
  4. ^ Партингтон, JR (1937). Краткая история химии. Нью-Йорк: Dover Publications, Inc. ISBN 0-486-65977-1 
  5. ^ Томас Томсон . (1831 г.). Система химии , т. 1. стр.31 (химическое сродство описывается как «неизвестная сила»). 7-е изд., 2 тт.
  6. ^ См. Артур Донован, Философская химия в шотландском Просвещении, Эдинбург, 1975
  7. ^ Эдди, Мэтью Дэниел (2004). «Элементы, принципы и повествование о близости» . Основы химии . 6 (2): 161–175. DOI : 10,1023 / Б: FOCH.0000035061.02831.45 . S2CID 143754994 . 
  8. ^ О разнообразии теорий аффинити см. Жоржетт Тейлор, Вариации на тему; Паттерны конгруэнтности и расхождения между теориями сродства 18-го века, VDM Verlag Dr Muller Aktiengesellschaft, 2008
  9. ^ И.Пригожин. (1980). От бытия к становлению. Время и сложность в физических науках . Сан-Франциско: WHFreeman and Co
  10. ^ де Дондер, Т. (1936). L'affinité . Эд. Пьер Ван Риссельберге. Париж: Готье-Виллар
  11. ^ Эдди, Мэтью Дэниел (2014). «Как увидеть диаграмму: визуальная антропология химического сродства» . Осирис . 29 : 178–196. DOI : 10.1086 / 678093 . PMID 26103754 . 
  12. ^ Зеленая книга и Золотая книга ИЮПАК в .pdf

Ссылки [ править ]

  •  Эта статья включает текст из публикации, которая сейчас находится в общественном достоянии :  Chisholm, Hugh, ed. (1911). « Сродство, химическое ». Британская энциклопедия (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета.

Внешние ссылки [ править ]

  • Уильям Уэвелл . «Становление и развитие идеи химического сродства» . История научных идей . 2:15 и далее.
  • Химическое родство и абсолютный ноль - Нобелевская премия по химии 1920 г., презентационная речь Жерара Де Гира