книги / Физическая химия.-1

ства, как это имело место, например, в книге Гебера «Физиче­

в подобном комплексном изложении. Я счел поэтому своевре­ менным пойти теперь другим путем— дать биологу как систе­ матический курс физической химии, так и отдельное руковод­ ство по общей физиологии, построенное на надежном фунда­ менте физико-химических наук (последнее подготовляется мною к печати).

Настоящее руководство представляет попытку такого изло­ жения физической химии, которое в возможно большей мере соответствовало бы потребностям опирающихся на физическую химию биологичесхшх дисциплин. Приложенный к каждой главе литературный указатель поможет читателю перейти к более углубленному изучению соответствующих разделов физической

ХИМИИ*

Д. Рубинштейн

Москва, 1939 г. Отдел биологической физико-химии, ВИЭМ.

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Изучение физико-химических систем и протекающих в них процессов опирается на некоторые основные принципы и общие теоретические представления, рассмотрение которых необходимо предпослать дальнейшему изложению. Такими исходными пред­ посылками всякого физико-химического исследования служат основные принципы термодинамики, выражающие общие законы превращения энергии.

Первый принцип термодинамики — закон сохранения энер­ гии — явился теоретическим обобщением огромного количества практических наблюдений, показавших невозможность построе­ ния «машины вечного движения» (perpetuum mobile), которая безгранично производила бы работу путем новообразования энергии. Возникновение одного вида энергии всегда сопровож­ дается исчезновением строго определенного, эквивалентного количества какого-либо другого. Различные виды энергии лишь превращаются друг в друга, не исчезая и не возникая заново.

Закон сохранения энергии указывает количественные соот­ ношения, которые имеют место при превращении одного вида энергии в какой-либо другой, но ничего не говорит о том, в каком направлении фактически совершается превращение. Это направ­ ление определяется вторым принципом термодинамики. В ре­ зультате процессов трения в природе постоянно происходит превращение энергии движения и других видов энергии в теплоту. Между тем, возможности обратного перехода ограничены. Тепло­ вая энергия не может быть полностью использована для получе­ ния работы.'В противном случае без нарушения первого закона было бы все же возможно вечное упорядоченное движение в замк­ нутой системе. Судно, например, могло бы двигаться, используя в качестве энергетических ресурсов для своих моторов тепловые запасы, содержащиеся в окружающей воде вследствие ее тепло­ емкости; трение пароходных винтов о воду снова возвращало бы ей позаимствованную тепловую эпергию. Невозможность по­ добного «perpetuum mobile второго рода», представляющая экспе­ риментальную основу второго принципа, широко используется при анализе различных физико-химических процессов. Неиз­ бежным результатом подобной неравноценности разных видов

Приведенные соотношения показывают, что при нуле абсолютной шкалы давление газа делается равным нулю. Существование более низких температур, очевидно, невозможно.

Законы Гэ-Люссака и Бойля — Мариотта можно объединить в одну общую зависимость, связывающую между собой все фи­ зические переменные р, v и Т. Пусть начальное значение расоот­ ветствует объему v0 и температуре Т0. Изменим сперва только объем от v0 до г>х. Тогда давление ра превратится в

Если теперь, оставляя постоянным объем ©х, изменить темпера­ туру от Т0 до 7\, то давление изменит свое значение от р' до

Таким образом, отношение произведения давления и объема газа к его абсолютной температуре представляет для данного количества газа величину постоянную. Для разных газов, взятых в равном весовом количестве, эта постоянная имеет весьма раз­ личные значения. Применение закона Авогадро позволяет при­ дать ей общий, универсальный для всех газов характер.

Как установил Гэ-Люссак, при химическом взаимодействии газообразных веществ объемы реагирующих газов всегда равны друг другу или же находятся в простых кратных отношениях. Исходя из этого закона, Авогадро выдвинул в 1811 г. следую­ щую гипотезу, являющуюся в настоящее время основным поло­ жением учения о газах: при одинаковых условиях температуры и давления все газы, независимо от их химической природы, содержат в единице объема равное число молекул. Отсюда, сле­ дует, что вес равных объемов газов (при одинаковых значениях р и Т) пропорционален их молекулярному весу. Поэтому при сравнении поведения разных газов их следует брать не в равных весовых количествах, а в количествах, пропорциональных их молекулярному весу. В качестве подобной общепринятой теперь весовой единицы берут такое количество граммов вещества, ко­ торое равняется числовому значению его молекулярного веса. Эта единица получила название грамм-молекула или, сокра­ щенно, моль. Число молекул (iV), содержащихся в одной грамммолекуле вещества, называется числом Авогадро. Согласно совре­ менным измерениям N = 6.06*10аз.

Чтобы выведенное выше соотношение между объемом, давле­ нием и температурой отнести к грамм-молекулярным количествам газа и придать ему тем самым универсальное значение, произ­ вольный объем газа v (например, 1 л) заменяют грамм-молекуляр­