История зарождения и становления физической химии. Миттова И.Я - 17 стр.

UptoLike

17
4. ÔÈÇÈÊÎ-ÕÈÌÈ×ÅÑÊÈÉ ÀÍÀËÈÇ
Óñòàíîâëåííîå Ä. Ó. Ãèááñîì ïðàâèëî ôàç ÿâèëîñü ìîùíûì
èíñòðóìåíòîì äëÿ èññëåäîâàíèÿ õèìè÷åñêèõ ðàâíîâåñèé â ãåòåðî-
ãåííûõ ñèñòåìàõ, ïðåæäå âñåãî â ðàçëè÷íûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ñïëà-
âàõ. Èçó÷åíèå ðàâíîâåñíûõ ïðîöåññîâ ñ ïðèìåíåíèåì ïðàâèëà ôàç
ïðèâåëî ê ðàçâèòèþ ãðàôè÷åñêîãî ìåòîäà îòîáðàæåíèÿ ýòèõ ïðîöåññîâ
è ñîñóùåñòâóþùèõ ôàç. Òàêèå ãðàôèêè, ïîëó÷èâøèå íàçâàíèÿ äèàã-
ðàìì ñîñòîÿíèÿ èçó÷àåìûõ ñèñòåì èëè äèàãðàìì «ñîñòàâñâîéñòâî»
äàþò âîçìîæíîñòü ïîëó÷èòü íàãëÿäíîå ïðåäñòàâëåíèå î ïðåäåëüíûõ
óñëîâèÿõ ðàâíîâåñèé â äâîéíûõ è òðîéíûõ ñèñòåìàõ. Äëÿ èçîáðà-
æåíèÿ òðîéíûõ ñèñòåì â 1876 ã. Ãèááñ ïðåäëîæèë èñïîëüçîâàòü òðå-
óãîëüíóþ äèàãðàììó. Âïîñëåäñòâèè íà îñíîâå âñåõ ýòèõ ðàáîò ïîëó-
÷èë ðàçâèòèå ìåòîä ôèçèêî-õèìè÷åñêîãî àíàëèçà, ñòàâøèé îäíèì
èç íàèáîëåå âàæíûõ íàïðàâëåíèé ñîâðåìåííîé ôèçè÷åñêîé õèìèè.
Äàííûé ìåòîä øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ ïðè àíàëèçå ðàâíîâåñèé â ãîìî-
ãåííûõ è ãåòåðîãåííûõ ñèñòåìàõ íà îñíîâå ìåòàëëè÷åñêèõ ñïëàâîâ,
ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñîåäèíåíèé, âîäíûõ è íåâîäíûõ ðàñòâîðîâ,
ñîëåâûõ ñèñòåì è ò. ä.
Îñíîâîïîëîæíèêàìè ìåòîä ôèçèêî-õèìè÷åñêîãî àíàëèçà ìíî-
ãèå àâòîðû ñ÷èòàþò ãîëëàíäñêîãî ïðîôåññîðà Ãåíðèêà Âèëëåìà
Ðîçåáîìà è íåìåöêîãî ó÷åíîãî Ãóñòàâà Òàììàíà, õîòÿ îñíîâíûå
ýêñïåðèìåíòàëüíûå ìåòîäû èçó÷åíèÿ ñïëàâîâ áûëè çàëîæåíû åùå
â ïåðâîé ïîëîâèíå XIX ñòîëåòèÿ âûäàþùèìñÿ ðîññèéñêèì ìåòàë-
ëóðãîì Ï. Ï. Àíîñîâûì. Òàììàí îñíîâàë â Ãåòòèíãåíå èíñòèòóò
ìåòàëëîãðàôè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé, êîòîðûé âñêîðå ïðèîáðåë ìè-
ðîâóþ èçâåñòíîñòü. Ïðèìåíÿÿ ðàçëè÷íûå ìåòîäû ôèçèêî-õèìè-
÷åñêîãî àíàëèçà äëÿ èçó÷åíèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ñïëàâîâ, Òàììàí
çàëîæèë îñíîâû ñîâðåìåííîé ìåòàëëîãðàôèè. Åãî ïåðó ïðèíàäëå-
æèò èçâåñòíàÿ êíèãà «Ó÷åáíèê ìåòàëëîâåäåíèÿ. Õèìèÿ è ôèçèêà
÷èñòîì ñîñòîÿíèè ðàâíà íóëþ, à ïðè ëþáîì äðóãîì ñîñòîÿíèè âå-
ùåñòâà ýíòðîïèÿ áîëüøå íóëÿ. Ê äðóãèì ñîñòîÿíèÿì âåùåñòâà â
äàííîì ñëó÷àå îòíîñÿòñÿ íåèäåàëüíûå êðèñòàëëû, ñòåêëîîáðàçíûå
è àìîðôíûå âåùåñòâà, ðàñòâîðû è ñìåñè âåùåñòâ. Ýíòðîïèÿ òàêèõ
ñèñòåì ïðè T = 0 K âñåãäà áîëüøå íóëÿ.
Ýòî äîïóùåíèå íàçûâàþò ïîñòóëàòîì Ïëàíêà. Ïðè äàëüíåéøåì
ðàçâèòèè òåðìîäèíàìèêè ýòîò ïîñòóëàò ñòàëè øèðîêî ïðèìåíÿòü
ïðè îïðåäåëåíèè òàê íàçûâàåìûõ àáñîëþòíûõ çíà÷åíèé ýíòðîïèè.
Ïîñëåäóþùèå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ïîñòóëàò Ïëàíêà íîñèò
õàðàêòåð óñëîâíîãî äîïóùåíèÿ, ïîñêîëüêó äàæå ïðè àáñîëþòíîì íóëå
â èäåàëüíûõ êðèñòàëëàõ ñîäåðæàòñÿ íåêîòîðûå îòëè÷íûå îò íóëÿ
ñîñòàâëÿþùèå ýíòðîïèè, íàïðèìåð, îáóñëîâëåííûå ñïèíîì àòîìíûõ
ÿäåð èëè èçîòîïíûì ñîñòàâîì.
÷èñòîì ñîñòîÿíèè ðàâíà íóëþ, à ïðè ëþáîì äðóãîì ñîñòîÿíèè âå-
ùåñòâà ýíòðîïèÿ áîëüøå íóëÿ. Ê äðóãèì ñîñòîÿíèÿì âåùåñòâà â
äàííîì ñëó÷àå îòíîñÿòñÿ íåèäåàëüíûå êðèñòàëëû, ñòåêëîîáðàçíûå
è àìîðôíûå âåùåñòâà, ðàñòâîðû è ñìåñè âåùåñòâ. Ýíòðîïèÿ òàêèõ
ñèñòåì ïðè T = 0 K âñåãäà áîëüøå íóëÿ.
     Ýòî äîïóùåíèå íàçûâàþò ïîñòóëàòîì Ïëàíêà. Ïðè äàëüíåéøåì
ðàçâèòèè òåðìîäèíàìèêè ýòîò ïîñòóëàò ñòàëè øèðîêî ïðèìåíÿòü
ïðè îïðåäåëåíèè òàê íàçûâàåìûõ àáñîëþòíûõ çíà÷åíèé ýíòðîïèè.
Ïîñëåäóþùèå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ïîñòóëàò Ïëàíêà íîñèò
õàðàêòåð óñëîâíîãî äîïóùåíèÿ, ïîñêîëüêó äàæå ïðè àáñîëþòíîì íóëå
â èäåàëüíûõ êðèñòàëëàõ ñîäåðæàòñÿ íåêîòîðûå îòëè÷íûå îò íóëÿ
ñîñòàâëÿþùèå ýíòðîïèè, íàïðèìåð, îáóñëîâëåííûå ñïèíîì àòîìíûõ
ÿäåð èëè èçîòîïíûì ñîñòàâîì.

            4. ÔÈÇÈÊÎ-ÕÈÌÈ×ÅÑÊÈÉ ÀÍÀËÈÇ
     Óñòàíîâëåííîå Ä. Ó. Ãèááñîì ïðàâèëî ôàç ÿâèëîñü ìîùíûì
èíñòðóìåíòîì äëÿ èññëåäîâàíèÿ õèìè÷åñêèõ ðàâíîâåñèé â ãåòåðî-
ãåííûõ ñèñòåìàõ, ïðåæäå âñåãî â ðàçëè÷íûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ñïëà-
âàõ. Èçó÷åíèå ðàâíîâåñíûõ ïðîöåññîâ ñ ïðèìåíåíèåì ïðàâèëà ôàç
ïðèâåëî ê ðàçâèòèþ ãðàôè÷åñêîãî ìåòîäà îòîáðàæåíèÿ ýòèõ ïðîöåññîâ
è ñîñóùåñòâóþùèõ ôàç. Òàêèå ãðàôèêè, ïîëó÷èâøèå íàçâàíèÿ äèàã-
ðàìì ñîñòîÿíèÿ èçó÷àåìûõ ñèñòåì èëè äèàãðàìì «ñîñòàâ—ñâîéñòâî»
äàþò âîçìîæíîñòü ïîëó÷èòü íàãëÿäíîå ïðåäñòàâëåíèå î ïðåäåëüíûõ
óñëîâèÿõ ðàâíîâåñèé â äâîéíûõ è òðîéíûõ ñèñòåìàõ. Äëÿ èçîáðà-
æåíèÿ òðîéíûõ ñèñòåì â 1876 ã. Ãèááñ ïðåäëîæèë èñïîëüçîâàòü òðå-
óãîëüíóþ äèàãðàììó. Âïîñëåäñòâèè íà îñíîâå âñåõ ýòèõ ðàáîò ïîëó-
÷èë ðàçâèòèå ìåòîä ôèçèêî-õèìè÷åñêîãî àíàëèçà, ñòàâøèé îäíèì
èç íàèáîëåå âàæíûõ íàïðàâëåíèé ñîâðåìåííîé ôèçè÷åñêîé õèìèè.
Äàííûé ìåòîä øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ ïðè àíàëèçå ðàâíîâåñèé â ãîìî-
ãåííûõ è ãåòåðîãåííûõ ñèñòåìàõ íà îñíîâå ìåòàëëè÷åñêèõ ñïëàâîâ,
ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñîåäèíåíèé, âîäíûõ è íåâîäíûõ ðàñòâîðîâ,
ñîëåâûõ ñèñòåì è ò. ä.
     Îñíîâîïîëîæíèêàìè ìåòîä ôèçèêî-õèìè÷åñêîãî àíàëèçà ìíî-
ãèå àâòîðû ñ÷èòàþò ãîëëàíäñêîãî ïðîôåññîðà Ãåíðèêà Âèëëåìà
Ðîçåáîìà è íåìåöêîãî ó÷åíîãî Ãóñòàâà Òàììàíà, õîòÿ îñíîâíûå
ýêñïåðèìåíòàëüíûå ìåòîäû èçó÷åíèÿ ñïëàâîâ áûëè çàëîæåíû åùå
â ïåðâîé ïîëîâèíå XIX ñòîëåòèÿ âûäàþùèìñÿ ðîññèéñêèì ìåòàë-
ëóðãîì Ï. Ï. Àíîñîâûì. Òàììàí îñíîâàë â Ãåòòèíãåíå èíñòèòóò
ìåòàëëîãðàôè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé, êîòîðûé âñêîðå ïðèîáðåë ìè-
ðîâóþ èçâåñòíîñòü. Ïðèìåíÿÿ ðàçëè÷íûå ìåòîäû ôèçèêî-õèìè-
÷åñêîãî àíàëèçà äëÿ èçó÷åíèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ñïëàâîâ, Òàììàí
çàëîæèë îñíîâû ñîâðåìåííîé ìåòàëëîãðàôèè. Åãî ïåðó ïðèíàäëå-
æèò èçâåñòíàÿ êíèãà «Ó÷åáíèê ìåòàëëîâåäåíèÿ. Õèìèÿ è ôèçèêà

                                                              17