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.
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] Физическая химия , однако, была одной из первых отраслей науки, которая изучила и сформулировала «теорию сродства». Название affinitas было впервые 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 выделяется тепло 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 плане 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 использовал преподаватель химии XVIII века Уильям Каллен. [6] Неясно, придумал ли Каллен эту фразу, но его использование, похоже, предшествует большинству других, хотя оно быстро получило широкое распространение по всей Европе и использовалось, в частности, шведским химиком Торберном Олофом Бергманом в его книге De attractibus lectivis (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 мнению Пригожина, [9] термин был введен и развит Теофилем де Дондером . [10]
Гете использовал эту концепцию в своем романе «Избирательное сродство» (1809).
Концепция сродства была очень тесно связана с визуальным представлением веществ на столе. Первая в истории 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 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 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 .
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».
Настоящее определение ИЮПАК заключается в том, что сродство A представляет собой отрицательную частную производную свободной энергии Гиббса G по степени реакции ξ при постоянном давлении и температуре . [12] То есть
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:
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:
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).
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )