Химическое сродство - Chemical affinity

В химическая физика и физическая химия, химическое сродство электронное свойство, по которому непохожие химические вещества способны формировать химические соединения.^[1] Химическое сродство также может относиться к тенденции атом или соединение для объединения химическая реакция с атомами или соединениями разного состава.

История

Ранние теории

Идея близость очень старый. Было сделано много попыток определить его происхождение.^[2] Однако большинство таких попыток, за исключением общих, заканчиваются тщетно, поскольку «родство» лежит в основе всех магия, тем самым предшествуя наука.^[3] Физическая химия Однако это был один из первых разделов науки, который изучил и сформулировал «теорию сродства». Название affinitas впервые был использован в смысле химического отношения немецким философом Альбертус Магнус около 1250 года. Позже те, что Роберт Бойл, Джон Мэйоу, Иоганн Глаубер, Исаак Ньютон, и Георг Шталь выдвинули идеи об избирательном сродстве в попытках объяснить, как высокая температура развивается во время реакции горения.^[4]

Период, термин близость используется в переносном смысле, начиная с c. 1600 в обсуждениях структурных взаимосвязей в химии, филология и т. д., а ссылка на «естественное притяжение» датируется 1616 годом. «Химическое сродство» исторически относилось к «сила "что 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 видоизмененная вариация предшествовавшего ему в восемнадцатом веке «избирательного сродства» или выборного влечения, термина, который использовал преподаватель химии 18-го века Уильям Каллен.^[6] Неясно, придумал ли Каллен эту фразу, но его использование, похоже, предшествовало большинству других, хотя оно быстро стало широко распространяться по всей Европе и использовалось, в частности, шведским химиком. Торберн Улоф Бергман на протяжении всей его книги De Attractionibus electivis (1775 г.). 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 его знаменитом 1789 г. Traité Élémentaire de Chimie (Элементы химии), ссылается на работы Бергмана и обсуждает концепцию выборного сходства или влечения.

По словам историка химии Генри Лестера, влиятельный учебник 1923 г. Термодинамика и свободная энергия химических реакций. к Гилберт Н. Льюис и Мерл Рэндалл привело к замене термина "близость" термином "свободная энергия "в большей части англоязычного мира.

По словам Пригожина,^[9] термин был введен и разработан Теофиль де Дондер.^[10]

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

Визуальные представления

Концепция сродства была очень тесно связана с визуальным представлением веществ на столе. Первый в истории таблица соответствия, который был основан на реакции замещения, был опубликован в 1718 году французским химиком Этьен Франсуа Жоффруа. Имя Жоффруа лучше всего известно в связи с этими таблицами «родства» (таблицы des rapports), которые впервые были представлены Французская Академия Наук в 1718 и 1720 годах, как показано ниже:

Джеффруа Таблица сходства (1718): В заголовке столбца находится вещество, с которым могут сочетаться все указанные ниже вещества, где каждый столбец ниже заголовка ранжируется по степени "близость".

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 по сути представляли собой списки, подготовленные путем сопоставления наблюдений за действием веществ друг на друга, показывая разную степень сродства, проявляемую аналогичными телами для разных реагенты.

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 и круговыми диаграммами, чтобы наглядно представить основные принципы химического сродства.^[11] Таблицы сродства использовались по всей Европе до начала 19 века, когда они были вытеснены концепциями сродства, введенными Клод Бертолле.

Современные концепции

В химическая физика и физическая химия, химическое сродство электронное свойство, по которому непохожие химические вещества способны формировать химические соединения.^[1] Химическое сродство также может относиться к тенденции атом или соединение для объединения химическая реакция с атомами или соединениями разного состава.

Говоря современным языком, мы связываем сродство с феноменом, при котором определенные атомы или молекулы имеют тенденцию объединяться или связываться. Например, в книге 1919 г. Химия человеческой жизни врач Джордж У. Кэри утверждает, что «Здоровье зависит от надлежащего количества фосфата железа Fe₃(PO₄)₂ в крови, поскольку молекулы этой соли обладают химическим сродством к кислороду и переносят его во все части организма ». В этом устаревшем контексте химическое сродство иногда считается синонимом термина« магнитное притяжение ». Во многих работах вплоть до около 1925 г. также относятся к «закону химического сродства».

Илья Пригожин резюмировал концепцию сродства, сказав: «Все химические реакции приводят систему в состояние равновесие в которой родство реакции исчезают ".

Термодинамика

Настоящее ИЮПАК определение в том, что близость А это отрицательный частная производная из Свободная энергия Гиббса грамм относительно степень реакции ξ при постоянном давление и температура.^[12] То есть,

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

Отсюда следует, что сродство положительно для спонтанные реакции.

В 1923 году бельгийский математик и физик Теофиль де Дондер вывели связь между сродством и свободной энергией Гиббса химическая реакция. Посредством ряда выводов де Дондер показал, что если рассматривать смесь химические вещества с возможностью химической реакции можно доказать, что имеет место следующее соотношение:

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

С сочинениями Теофиль де Дондер как прецедент, Илья Пригожин и Defay в Химическая термодинамика (1954) определили химическое сродство как скорость изменения некомпенсированного высокая температура реакции Q ' как переменная прогресса реакции или степень реакции ξ растет бесконечно мало:

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

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

Смотрите также

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

Примечания

1. Чисхолм 1911, Родство, химическое
2. Левер, Тревор, Х. (1971). Сродство и материя - элементы химической философии 1800-1865 гг.. Издательство Gordon and Breach Science. ISBN  2-88124-583-8.
3. Мальтауф, Р. П. (1966). Истоки химии. Стр. 299. Лондон.
4. Партингтон, Дж. Р. (1937). Краткая история химии. Нью-Йорк: Dover Publications, Inc. ISBN  0-486-65977-1
5. Томас Томсон. (1831). Система химии, т. 1. стр.31 (химическое сродство описывается как «неизвестная сила»). 7 изд., 2 тт.
6. См. Артур Донован, Философская химия в шотландском Просвещении, Эдинбург, 1975 г.
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 аффинити см. Жоржетт Тейлор, Вариации на тему; Паттерны конгруэнтности и расхождения среди теорий 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: W.H. Freeman 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 сходства». Осирис. 29: 178–196. Дои:10.1086/678093. PMID  26103754.
12. Зеленая книга и Золотая книга ИЮПАК в .pdf

Рекомендации

• В эту статью включен текст из публикации, которая сейчас находится в всеобщее достояние: Чисхолм, Хью, изд. (1911). "Сродство, химическое ". Британская энциклопедия (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета.

внешняя ссылка

• Уильям Уэвелл. «Становление и развитие идеи химического сродства». История научных идей. 2:15 и далее.
• Химическое сродство и абсолютный ноль - Презентация Нобелевской премии по химии 1920 г. Жерар Де Гир