Химическое сродство

В химической физике и химии физической химическое сродство — это электронное свойство, благодаря которому разнородные химические соединения способны образовывать химические соединения . ^{[ 1 ]} Химическое сродство также может относиться к тенденции атома или соединения соединяться в результате химической реакции с атомами или соединениями разного состава.

История

Ранние теории

Идея близости чрезвычайно стара. Было предпринято множество попыток определить его происхождение. ^{[ 2 ]} Однако большинство таких попыток, за исключением общих случаев, заканчиваются тщетностью, поскольку «родство» лежит в основе всей магии , тем самым предшествуя науке . ^{[ 3 ]} Однако физическая химия была одной из первых отраслей 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 люди, как Роберт Бойль , Джон Мэйоу , Иоганн Глаубер , Исаак Ньютон и Георг Шталь выдвинули идеи об избирательном сродстве в попытках объяснить, как тепло выделяется во время реакций горения . ^{[ 4 ]}

Термин близость использовался в переносном смысле с ок. 1600 г. в дискуссиях о структурных отношениях в химии, филологии и т. д., а упоминание о «естественном притяжении» относится к 1616 г. «Химическое сродство» исторически относилось к « силе », вызывающей химические реакции . ^{[ 5 ]} а также, в более общем смысле и ранее, «тенденция к объединению» любой пары веществ. Широкое определение, которое обычно использовалось 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» представляет собой несколько модифицированную вариацию своего предшественника восемнадцатого века «избирательное сродство» или избирательное влечение, термина, который использовался преподавателем химии XVIII века Уильямом Калленом . ^{[ 6 ]} Неясно, придумал ли Каллен эту фразу, но его использование, похоже, предшествовало большинству других, хотя оно быстро получило широкое распространение по всей Европе и, в частности, использовалось шведским химиком Торберном Олофом Бергманом в его книге De Attractibus Electivis (1775). Теории сродства так или иначе использовались большинством химиков примерно с середины 18-го по 19-й века для объяснения и организации различных комбинаций, в которые вещества могут входить и из которых они могут быть извлечены. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Антуан Лавуазье в своей знаменитой книге «Элементы химии» 1789 года ссылается на работу Бергмана и обсуждает концепцию избирательного сродства или влечения.

По словам историка химии Генри Лестера, влиятельный учебник Гилберта Н. Льюиса и Мерла Рэндалла «Термодинамика и свободная энергия химических реакций» 1923 года « привел к замене термина сродство» термином « свободная энергия » в большей части английского языка. говорящий мир.

По словам Пригожина, ^{[ 9 ]} термин был введен и развит Теофилем де Дондером . ^{[ 10 ]}

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

Визуальные представления

Жоффруа *Таблица сродства* (1718 г.): во главе столбца указано вещество, с которым могут сочетаться все вещества, указанные ниже, причем каждый столбец ниже заголовка ранжируется по степеням «сродства».

Концепция сродства была очень тесно связана с визуальным представлением веществ на столе. Первая в мире 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 «сродства» ( tables des rapports ), которые были впервые представлены Французской академии наук в 1718 и 1720 годах.

В XVIII веке было предложено множество версий таблицы, и ведущие химики, такие как Торберн Бергман в Швеции и Джозеф Блэк в Шотландии, адаптировали ее для новых химических открытий. Все таблицы представляли собой, по сути, списки, составленные путем сопоставления наблюдений за действием веществ друг на друга и показывающие различную степень сродства, проявляемого аналогичными телами к различным реагентам .

Важно отметить, что таблица была центральным графическим инструментом, используемым при обучении студентов химии, и ее визуальное расположение часто сочеталось с другими видами диаграмм. Джозеф Блэк, например, использовал таблицу в сочетании с хиастическими и кольцевыми диаграммами, чтобы визуализировать основные принципы химического сродства. ^{[ 11 ]} Таблицы сходства использовались по всей Европе до начала 19 века, когда они были вытеснены концепциями сходства, введенными Клодом Бертолле .

Современные концепции

В химической физике и физической химии химическое сродство — это электронное свойство, благодаря которому разнородные химические соединения способны образовывать химические соединения . ^{[ 1 ]} Химическое сродство также может относиться к тенденции атома или соединения соединяться в результате химической реакции с атомами или соединениями разного состава.

Говоря современным языком, мы связываем сродство с явлением, при котором определенные атомы или молекулы имеют тенденцию агрегировать или связываться. Например, в книге « Химия человеческой жизни» 1919 года врач Джордж Кэри утверждает, что «здоровье зависит от надлежащего количества фосфата железа Fe ₃ (PO ₄ ) ₂ в крови, поскольку молекулы этой соли имеют химическое сродство к кислорода и доставлять его ко всем частям 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 к состоянию равновесия , в котором сродство реакций исчезает».

Термодинамика

Настоящее ИЮПАК определение заключается в том, что сродство A представляет собой отрицательную частную производную G свободной энергии Гиббса по степени реакции ξ при постоянном давлении и температуре . ^{[ 12 ]} То есть,

A=-\left({\frac {\partial G}{\partial \xi }}\right)_{P,T}.

Отсюда следует, что аффинность положительна для спонтанных реакций .

В 1923 году бельгийский математик и физик Теофиль де Дондер установил связь между сродством и свободной энергией Гиббса химической реакции . С помощью ряда выводов де Дондер показал, что если мы рассмотрим смесь химических веществ с возможностью химической реакции, можно доказать, что выполняется следующее соотношение:

A=-\Delta _{r}G.\,

Опираясь на работы Теофиля де Дондера в качестве прецедента, Илья Пригожин и Дефе в «Химической термодинамике» (1954) определили химическое сродство как скорость изменения некомпенсированной теплоты реакции Q' по мере того, как переменная хода реакции или степень реакции ξ растет бесконечно мало:

A={\frac {{\mathrm {d} }Q'}{{\mathrm {d} }\xi }}.\,

Это определение полезно для количественной оценки факторов, ответственных как за состояние равновесных систем (где А = 0 ), так и за изменения состояния неравновесных систем (где А ≠ 0).

См. также

Химия
Химическая связь
Электроотрицательность
Сродство к электрону
Этьен Франсуа Жоффруа — Таблица родства Жоффруа 1718 года
Валентность
Аффинная хроматография
Аффинный электрофорез

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Чисхолм 1911 , Родство, Химическое
^ Jump up to: ^а ^б Левер, Тревор, Х. (1971). Сродство и материя – элементы химической философии 1800-1865 гг . Издательство Гордон и Бреч Сайенс. ISBN 2-88124-583-8 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Мальтауф, Р.П. (1966). Истоки химии. Стр. 299. Лондон.
^ Партингтон-младший (1937). Краткая история химии. Нью-Йорк: Dover Publications, Inc. ISBN 0-486-65977-1
^ Томас Томсон . (1831). Система химии , том. 1. стр.31 (химическое сродство описывается как «неизвестная сила»). 7-е изд., 2 т.
^ См. Артур Донован, Философская химия в эпоху шотландского Просвещения, Эдинбург, 1975.
^ Эдди, Мэтью Дэниел (2004). «Элементы, принципы и повествование о близости» . Основы химии . 6 (2): 161–175. дои : 10.1023/B:FOCH.0000035061.02831.45 . S2CID 143754994 .
^ О разнообразии теорий близости см. Джорджет Тейлор, Вариации на тему; Закономерности совпадения и расхождения среди теорий аффинности XVIII века, VDM Verlag Dr Muller Aktiengesellschaft, 2008 г.
^ И.Пригожин. (1980). От бытия к становлению. Время и сложность в физических науках . Сан-Франциско: WHFreeman and Co.
^ де Дондер, Т. (1936). Близость . Эд. Пьер Ван Риссельберг. Париж: Готье-Виллар
^ Эдди, Мэтью Дэниел (2014). «Как увидеть диаграмму: визуальная антропология химического сродства» . Осирис . 29 : 178–196. дои : 10.1086/678093 . ПМИД 26103754 . S2CID 20432223 .
^ «Зеленая книга ИЮПАК и Золотая книга в формате .pdf» .

Литература

В эту статью включен текст из публикации, которая сейчас находится в свободном доступе : Чисхолм, Хью , изд. (1911). « Сродство, химическое ». Британская энциклопедия . Том. 1 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 301.

Внешние ссылки

Уильям Уэвелл . «Создание и развитие идеи химического сродства» . История научных идей . 2:15 и далее.
Химическое сродство и абсолютный ноль Нобелевская премия по химии 1920 года - речь Джерарда Де Гира,

[Chisholm_1911_loc=Affinity,_Chemical-1] Jump up to: ^а ^б Чисхолм 1911 , Родство, Химическое

[Levere-2] Jump up to: ^а ^б Левер, Тревор, Х. (1971). Сродство и материя – элементы химической философии 1800-1865 гг . Издательство Гордон и Бреч Сайенс. ISBN 2-88124-583-8 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[3] Мальтауф, Р.П. (1966). Истоки химии. Стр. 299. Лондон.

[4] Партингтон-младший (1937). Краткая история химии. Нью-Йорк: Dover Publications, Inc. ISBN 0-486-65977-1

[5] Томас Томсон . (1831). Система химии , том. 1. стр.31 (химическое сродство описывается как «неизвестная сила»). 7-е изд., 2 т.

[6] См. Артур Донован, Философская химия в эпоху шотландского Просвещения, Эдинбург, 1975.

[7] Эдди, Мэтью Дэниел (2004). «Элементы, принципы и повествование о близости» . Основы химии . 6 (2): 161–175. дои : 10.1023/B:FOCH.0000035061.02831.45 . S2CID 143754994 .

[8] О разнообразии теорий близости см. Джорджет Тейлор, Вариации на тему; Закономерности совпадения и расхождения среди теорий аффинности XVIII века, VDM Verlag Dr Muller Aktiengesellschaft, 2008 г.

[9] И.Пригожин. (1980). От бытия к становлению. Время и сложность в физических науках . Сан-Франциско: WHFreeman and Co.

[10] де Дондер, Т. (1936). Близость . Эд. Пьер Ван Риссельберг. Париж: Готье-Виллар

[11] Эдди, Мэтью Дэниел (2014). «Как увидеть диаграмму: визуальная антропология химического сродства» . Осирис . 29 : 178–196. дои : 10.1086/678093 . ПМИД 26103754 . S2CID 20432223 .

[12] «Зеленая книга ИЮПАК и Золотая книга в формате .pdf» .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]