Kemisk affinitet - Chemical affinity

I kemisk fysik och fysikalisk kemi är kemisk affinitet den elektroniska egenskapen genom vilken olika kemiska arter kan bilda kemiska föreningar . Kemisk affinitet kan också hänvisa till tendensen hos en atom eller förening att kombineras genom kemisk reaktion med atomer eller föreningar med olik sammansättning.

Historia

Tidiga teorier

Idén om samhörighet är extremt gammal. Många försök har gjorts för att identifiera dess ursprung. Majoriteten av sådana försök slutar emellertid, förutom på ett allmänt sätt, meningslöst, eftersom "affiniteter" ligger till grund för all magi och därmed fördaterar vetenskapen . Fysisk kemi var dock en av de första grenarna av vetenskapen som studerade och formulerade en "teori om affinitet". Namnet affinitas användes först i betydelsen kemisk relation av den tyska filosofen Albertus Magnus nära år 1250. Senare lade de som Robert Boyle , John Mayow , Johann Glauber , Isaac Newton och Georg Stahl fram idéer om valbar affinitet i försök att förklara hur värme utvecklas under förbränningsreaktioner .

Termen affinitet har använts bildligt sedan år c. 1600 i diskussioner om strukturella förhållanden inom kemi, filologi etc., och hänvisning till "naturlig attraktion" är från 1616. "Kemisk affinitet" har historiskt hänvisat till " kraften " som orsakar kemiska reaktioner . liksom, mer allmänt och tidigare, ″ tendensen att kombinera ″ av valfritt par ämnen. Den breda definitionen, som används allmänt genom historien, är att kemisk affinitet är den där ämnen tränger in i eller motstår nedbrytning.

Den moderna termen kemisk affinitet är en något modifierad variant av dess föregångare från 1700-talet "elektiv affinitet" eller elektiva attraktioner, en term som användes av 1700-talets kemföreläsare William Cullen. Huruvida Cullen myntade frasen är inte klart, men hans användning verkar föregå de flesta andra, även om den snabbt blev utbredd i hela Europa och användes särskilt av den svenska kemisten Torbern Olof Bergman genom hela sin bok De attraktionibus electivis (1775). Affinitetsteorier användes på ett eller annat sätt av de flesta kemister från omkring mitten av 1700-talet till 1800-talet för att förklara och organisera de olika kombinationer som ämnen kan komma in i och från vilka de kan hämtas. Antoine Lavoisier hänvisar i sitt berömda Traité Élémentaire de Chimie 1789 (Elements of Chemistry) till Bergmans arbete och diskuterar begreppet elektiva affiniteter eller attraktioner.

Enligt kemihistorikern Henry Leicester ledde den inflytelserika läroboken 1923 Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Reations av Gilbert N. Lewis och Merle Randall till att termen "affinitet" ersattes av termen " fri energi " på mycket av det engelska- talande världen.

Enligt Prigogine introducerades och utvecklades termen av Théophile de Donder .

Goethe använde konceptet i sin roman Elective Affinities (1809).

Visuella representationer

Affinitetskonceptet var mycket nära kopplat till den visuella representationen av ämnen på ett bord. Den första affinitetstabellen någonsin , som baserades på förskjutningsreaktioner , publicerades 1718 av den franska kemisten Étienne François Geoffroy . Geoffroys namn är mest känt i samband med dessa tabeller över "affiniteter" ( tabeller des rapports ), som först presenterades för den franska vetenskapsakademin 1718 och 1720, som visas nedan:

Geoffroys affinitetstabell (1718): I kolumnens huvud finns ett ämne som alla ämnen nedan kan kombineras, där varje kolumn under rubriken rankas efter grader av " affinitet ".

Under 1700-talet föreslogs många versioner av tabellen med ledande kemister som Torbern Bergman i Sverige och Joseph Black i Skottland som anpassade den till nya kemiska upptäckter. Alla tabeller var i huvudsak listor, beredda genom att sammanställa observationer om substansernas inverkan på varandra, vilket visar de olika grader av affinitet som uppvisas av analoga kroppar för olika reagens .

Avgörande var att tabellen var det centrala grafiska verktyget som används för att undervisa kemi för studenter och dess visuella arrangemang kombinerades ofta med andra slags diagram. Joseph Black använde till exempel tabellen i kombination med chiastiska diagram och cirkeldiagram för att visualisera kärnprinciperna för kemisk affinitet. Affinitetstabeller användes i hela Europa fram till början av 1800-talet då de fördrevs av affinitetskoncept som introducerades av Claude Berthollet .

Moderna uppfattningar

I kemisk fysik och fysikalisk kemi är kemisk affinitet den elektroniska egenskapen genom vilken olika kemiska arter kan bilda kemiska föreningar . Kemisk affinitet kan också hänvisa till tendensen hos en atom eller förening att kombineras genom kemisk reaktion med atomer eller föreningar med olik sammansättning.

I moderna termer relaterar vi affinitet till fenomenet där vissa atomer eller molekyler har en tendens att aggregera eller binda. Till exempel, i 1919-boken Chemistry of Human Life, säger läkaren George W. Carey att "Hälsan beror på en riktig mängd järnfosfat Fe 3 (PO 4 ) 2 i blodet, för molekylerna i detta salt har kemisk affinitet för och transportera det till alla delar av organismen. " I detta föråldrade sammanhang är kemisk affinitet ibland synonymt med termen "magnetisk attraktion". Många skrifter, fram till omkring 1925, hänvisar också till en "lag om kemisk affinitet".

Ilya Prigogine sammanfattade begreppet affinitet och sa: "Alla kemiska reaktioner driver systemet till ett jämviktstillstånd där reaktionernas affiniteter försvinner."

Termodynamik

Föreliggande IUPAC- definition är att affinitet A är det negativa partiella derivatet av Gibbs fri energi G med avseende på reaktionsgraden ξ vid konstant tryck och temperatur . Det är,

Det följer att affinitet är positiv för spontana reaktioner .

År 1923 härledde den belgiska matematikern och fysikern Théophile de Donder ett samband mellan affinitet och Gibbs fria energi från en kemisk reaktion . Genom en serie avledningar visade de Donder att om vi betraktar en blandning av kemiska arter med möjlighet till kemisk reaktion kan det bevisas att följande samband gäller:

Med skrifter Théophile de Donder som motstycke, Ilya Prigogine och DeFay i Kemisk termodynamik (1954) definierad kemisk affinitet som ändringshastigheten för den okompenserade värmereaktions Q' som reaktions framsteg variabel eller reaktion utsträckning ξ växer oändligt:

Denna definition är användbar för att kvantifiera de faktorer som är ansvariga både för tillståndet för jämviktssystem (där A = 0 ) och för tillståndsförändringar för icke-jämviktssystem (där A ≠ 0 ).

Se även

Anteckningar

Referenser

externa länkar