В химической физике и физической химии химическое сродство — это электронное свойство, благодаря которому разнородные химические виды способны образовывать химические соединения . [1] Химическое сродство может также относиться к тенденции атома или соединения вступать в химическую реакцию с атомами или соединениями разного состава.
Идея сродства чрезвычайно стара. Было сделано много попыток определить ее истоки. [2] Большинство таких попыток, однако, за исключением общих, заканчиваются тщетностью, поскольку «сродство» лежит в основе всей магии , тем самым предшествуя науке . [3] Физическая химия , однако, была одной из первых отраслей науки, изучавшей и формулировавшей «теорию сродства». Название affinitas впервые было использовано в смысле химического отношения немецким философом Альбертом Великим около 1250 года. Позже такие ученые, как Роберт Бойль , Джон Майоу , Иоганн Глаубер , Исаак Ньютон и Георг Шталь , выдвинули идеи об избирательном сродстве в попытках объяснить, как выделяется тепло во время реакций горения . [4]
Термин «сродство» использовался в переносном смысле с 1600 года в обсуждениях структурных отношений в химии, филологии и т. д., а ссылка на «естественное притяжение» появилась с 1616 года. «Химическое сродство» исторически относилось к « силе », которая вызывает химические реакции . [5] а также, в более общем смысле и ранее, к «тенденции к объединению» любой пары веществ. Широкое определение, которое обычно использовалось на протяжении всей истории, заключается в том, что химическое сродство — это то, посредством чего вещества вступают в разложение или сопротивляются ему. [2]
Современный термин химическое сродство является несколько измененной вариацией его предшественника восемнадцатого века «избирательное сродство» или избирательное притяжение, термин, который использовался преподавателем химии 18-го века Уильямом Калленом . [6] Неясно, придумал ли Каллен эту фразу, но его использование, кажется, предшествует большинству других, хотя она быстро стала широко распространена по всей Европе и использовалась, в частности, шведским химиком Торберном Улофом Бергманом в его книге De attractionibus electivis (1775). Теории сродства использовались в той или иной форме большинством химиков примерно с середины 18-го века до 19-го века для объяснения и организации различных комбинаций, в которые могли входить вещества и из которых они могли быть извлечены. [7] [8] Антуан Лавуазье в своем знаменитом труде 1789 года «Элементы химии» ссылается на работу Бергмана и обсуждает концепцию избирательного сродства или притяжения.
По словам историка химии Генри Лестера, влиятельный учебник 1923 года «Термодинамика и свободная энергия химических реакций » Гилберта Н. Льюиса и Мерла Рэндалла привел к замене термина «сродство» на термин « свободная энергия » во многих странах англоязычного мира.
По словам Пригожина, [9] этот термин был введен и разработан Теофилем де Дондером . [10]
Иоганн Вольфганг фон Гёте использовал эту концепцию в своем романе «Избирательное сродство» (1809).
Концепция сродства была очень тесно связана с визуальным представлением веществ на таблице. Первая в истории таблица сродства , которая была основана 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 течение XVIII века было предложено много версий таблицы, и ведущие химики, такие как Торберн Бергман в Швеции и Джозеф Блэк в Шотландии, адаптировали ее для учета новых химических открытий. Все таблицы были по сути списками, подготовленными путем сопоставления наблюдений за действием веществ друг на друга, показывающими различные степени сродства, проявляемые аналогичными телами для различных реагентов .
Важно отметить, что таблица была центральным графическим инструментом, используемым для обучения студентов химии, и ее визуальное оформление часто сочеталось с другими видами диаграмм. Джозеф Блэк, например, использовал таблицу в сочетании с хиастическими и круговыми диаграммами для визуализации основных принципов химического сродства. [11] Таблицы сродства использовались по всей Европе до начала 19 века, когда их вытеснили концепции сродства, введенные Клодом Бертолле .
В химической физике и физической химии химическое сродство — это электронное свойство, благодаря которому разнородные химические виды способны образовывать химические соединения . [1] Химическое сродство может также относиться к тенденции атома или соединения вступать в химическую реакцию с атомами или соединениями разного состава.
В современных терминах мы связываем сродство с явлением, при котором определенные атомы или молекулы имеют тенденцию к агрегации или связыванию. Например, в книге 1919 года « Химия человеческой жизни» врач Джордж У. 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 кислороду и переносят его во все части организма». В этом устаревшем контексте химическое сродство иногда оказывается синонимом термина «магнитное притяжение». Во многих работах вплоть до 1925 года также упоминается «закон химического сродства».
Илья Пригожин обобщил концепцию сродства, сказав: «Все химические реакции приводят систему в состояние равновесия , в котором сродства реакций исчезают».
Текущее определение ИЮПАК заключается в том, что сродство A является отрицательной частной производной свободной энергии Гиббса G по отношению к степени реакции ξ при постоянном давлении и температуре . [12] То есть,
Из этого следует, что сродство положительно для спонтанных реакций .
В 1923 году бельгийский математик и физик Теофиль де Дондер вывел соотношение между сродством и свободной энергией Гиббса химической реакции . С помощью ряда выводов де Дондер показал, что если рассматривать смесь химических видов с возможностью химической реакции, то можно доказать, что выполняется следующее соотношение:
Используя труды Теофиля де Дондера в качестве прецедента, Илья Пригожин и Дефей в «Химической термодинамике» (1954) определили химическое сродство как скорость изменения нескомпенсированной теплоты реакции Q' по мере того, как переменная хода реакции или степень реакции ξ возрастает бесконечно мало:
Это определение полезно для количественной оценки факторов, ответственных как за состояние равновесных систем (где A = 0 ), так и за изменения состояния неравновесных систем (где A ≠ 0).
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )