Химическое сродство

В химической физике и химии физической химическое сродство — это электронное свойство, благодаря которому разнородные химические соединения способны образовывать химические соединения . 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. Однако большинство таких попыток, за исключением общих, заканчиваются тщетностью, поскольку «родство» лежит в основе всей магии , тем самым предшествуя науке . 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 .

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 . 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.

Современный термин «химическое сродство» представляет собой несколько модифицированную вариацию своего предшественника восемнадцатого века «избирательное сродство» или избирательное влечение, термина, который использовал преподаватель химии XVIII века Уильям Каллен. 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. 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, термин был введен и развит Теофилем де Дондером .

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 18 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 существу 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 круговыми диаграммами, чтобы визуализировать основные принципы химического сродства. 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 . 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 . 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

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,