Transcript فایل ارائه
به نام خدا معرفی میان رشتهای شیمی فیزیک سروش آقایی حیدر حیدری ایمان سلیمانزاده سید محمد جواد طباطبایی شاخهها • ترموشیمی • الکتروشیمی • سینتیک شیمیایی • شیمی سطح • شیمی کوانتوم شیمی فیزیک شیمی فیزیک شاخه ای از دانش شیمی می باشد که در آن ،از قواعد و قوانین فیزیکی ،برای حل مسائل شیمی استفاده می گردد .یعنی هدف از شیمی فیزیک ،یادگیری قواعد نظری فیزیک در توجیه موضاعات شیمی است. ترموشیمی • علمی است که به مطالعه تغییرات گرما و انرژی در طی یک واکنش شیمیایی می پردازد. ترموشیمی پیدایش علم ترموشیمی،حاصل پیوند و بارورسازی متقابل تولید قدرت و علم گرما بود. عامل موثر توسعه آن،اختراع ماشین بخار در سال 1700بتوسط جیمز وات بود. بین سال های 1700تا 1900علم ترمودینامیک به کندی و به سختی پیشرفت می کرد. در سال ،1900علم ترموشیمی ،به سبب تالش های دانشمندانی چون مایر،گیبس،کلوین؛کالزیوس و... که طی 200سال اخیر صورت گرفته بود ذاتا کامل شده بود. هم اکنون شاخه های مختلف و تخصصی از علم ترمودینامیک توسعه یافته اند. ترموشیمی قانون صفرم ترمودینامیک تاریخچهی دما و دماسنج گالیله فارنهایت سلسیوس آنتوان الوازیه جان دالتون کلوین مفهوم دما ترموشیمی گرما در فیزیک و فناوری سه معنای متمایز برای گرما می شناسیم. یکی از تعبیرهای گرما،دما یا میزان“گرمی“ است. تعبیر دوم از گرما عبارت است از:آن قسمت از انرژی داخلی که همراه با دما تغییر می کند. سومین تعبیر گرما را،که در ترمودینامیک تقریبا همیشه با نماد Qنشان داده می شود ،انتقال انرژی گرمایی می نامند. ترموشیمی تاریخچه فعالیتهای ژول و مایر پایستگی آزمایش ژول کار و گرما ماشین کارنو ترموشیمی قانون دوم ترمودینامیک نسبت تامسون آنتروپی انرژی گیبس الکتروشیمی • الکتروشیمی شاخهای از شیمیفیزیک و شیمیتجزیه است که به بررسی واکنشهای شیمیایی میپردازد که در اثر عبور جریان الکتریکی انجام میشوند و یا انجام یافتن آنها سبب ایجاد جریان الکتریکی میشود. الکتروشیمی • الکترولیت • سلول های گالوانی • برقکافت الکترو شیمی • برای این که یک مدار کامل حاصل شود ،حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ،اجزای شیمیایی معینی (که الزم نیست حتما حامل بار باشند) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ،الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ،در نتیجه آن ،اجزا اکسید شوند .الکترونها از منبع جریان خارج شده ،به طرف کاتد رانده میشوند. سینتیک شیمیایی • سینتیک شیمیایی را میتوان علم مطالعه سیستمهای ناظر بر تجزیه شیمیایی و یا تغییر حالت مولکولها دانست. • ویلهمی را میتوان پایه گذار سینتیک نامید. • تفاوتهای سینتیک و ترموشیمی شیمی سطح جامد -جامد جامد -مایع جامد -گاز مایع -مایع مایع -گاز شیمی کوانتومی شیمی کوانتومی ،دانش کاربرد مکانیک کوانتومی در مسایل مربوط به شیمی است. شیمی کوانتومی • • • • دانشمندان شیمی فیزیک ،مکانیک کوانتومی را (به کمک مکانیک آماری) در محاسبات مربوط به خواص ترمودینامیکی (مانند آنتروپی و ظرفیت حرارتی) گازها ،در تفسیر طیفهای مولکولی به منظور تائید تجربه خواص مولکولی (مانند طولها و زوایای پیوندی) ،در محاسبات نظری خواص مولکولی، برای محاسبه خواص حاالت گذار واکنشهای شیمیایی به منظور برآورد ثابتهای سرعت واکنش ،برای فهم نیروهای بین مولکولی و باالخره برای بررسی ماهیت پیوند در جامدات بکار میبرند. دانشمندان شیمی آلی از مکانیک کوانتومی ،برای برآورد پایداریهای نسبی مولکولها ،محاسبه خواص واسطههای واکنش ،بررسی ساز و کار واکنشهای شیمیایی ،پیش بینی میزان ترکیبات و تحلیل طیفهای NMRاستفاده میکنند. دانشمندان شیمی تجزیه از مکانیک کوانتومی برای تفسیر شدت و فرکانسهای خطوط طیفی استفاده میکنند. دانشمندان شیمی معدنی از نظریه میدان لیگاند که یک روش تقریبی مکانیک کوانتومی است ،در توضیح خواص یونهای مرکب فلزات واسطه سود میبرند. شیمی کوانتومی • فرضیه پالنک ،سرآغاز مکانیک کوانتومی • انیشتین • احتمال • مدل اتمی بوهر • عدم قطعیت هایزنبرگ • مدل شرودینگر و تابع موج شیمی کوانتومی • انرژی پارامتر حیاتی برای علم شیمی • اما برای جوابهایی که یک شیمیدان در آزمایشگاه بدست می آورد نیازمند یک دلیل محکم ریاضی است. • اینجاست که علم شیمی به یک فیزیکدان نظری کار نیاز پیدا میکند • با پیشرفت فیزیک در زمینه های مختلف من الجمله پیدایش کوانتوم مکانیک ،فرصت برای بررسی ساختار مولکولی با دید کوانتومی مهیا شد. • و از این پس رابطه بین علم شیمی و نظریه پردازان کوانتومی بوجود آمد. • نظریه کوانتومی بیشتر به محاسبه ی تقریبی برای سیستم های واقعی • منبع اصلی اطالعات تجربی در مورد حاالت انرژی طیف سنجی است. شیمی کوانتومی روش های متفاوتی برای طیف سنجی • • • • • • طیف سنجی رزنانس مغناطیسی هسته و چهارقطبی طیف سنجی اسپین الکترون طیف سنجی چرخش محض طیف سنجی ارتعاشی و چرخش طیف سنجی الکترونی و..... اشتراک همه ی این روش ها تاثیر تابش الکترومغناطیسی با ماده ی نمونه است: • • • • تاثیر تابش الکترومغناطیس با ماده به سه شکل صورت میپذیرد : جذب :مادون قرمز و ماورابنفش و رزنانس مغناطیسی هسته نشر :تابش فلورسنس و فسفرسنس پراکندگی شیمی کوانتومی • طیف شناس ← ν ← Ei – E j • کوانتوم تئوریست ← معادله شرودینگر ← انرژی های Ejو Ei • مقایسه دیگر میان داده های تجربی و برآوردهای کوانتومی • اندازه گیری شدت بوسیله ی طیف سنجی ← افزایش دقت در محاسبه ی تابع موج الکترون شیمی کوانتومی • اندازه گیری شدت • قانون بوگیور – المبرت • برای یک الیه ی نازک از ماده ی جذب کننده،کاهش در شدت اشعه ی نور تک رنگ در ماده جذب کننده متناسب با شدت اولیه و ضخامت الیه است. • استدالل بیر • شیمی کوانتومی واحد های اتمی • طول : • انرژی : • • هلیوم : • معادله ی یونیزاسیون : شعاع بور ( h/mc2 =0.529 A0 = )a0 E= -me2/2h2 = -1/2 H = - e2/2a0 He → He+ + e- • محاسبات تجربی (IP)He = -24.6 eV • • بدون تقریب : تقریب مرتبه اول : • (IP)He = 20.4 eV )(17% )(IP)He = 54.4 eV = 2H (38% EHe = -78.98 )EHe = -109 eV = -2H (100% )EHe = -4H + 5/8Z = -74.8 eV (5% <ψ I r12 Iψ> = 5/8 Z شیمی کوانتومی تقریب مرتبه ی دوم : حدس زدن چندین تابع برای تابع حالت و محاسبه مقدار قابل انتظار انرژی و انتخاب مینیمم مقدار. تابع روبرو را برای تصحیح مرتبه دوم برای اوربیتال φدر نظر میگیریم : Φ0 = Ae-zr/a ´EHe = (z´)2 - 2zz′ + 5/8 z → z′ = z – 5/16 dE/dz′ = 0 → z´ - z + 5/16 = 0 )(IP)He = 23.05 eV ( 6% ) EHe = - 77.45 eV (2% شیمی کوانتومی اما دانشمندان بدنبال روش با قاعده تری هستند : ) Φ0 = N ( C1 e-αr + C2 e-βr + …. ممنون از همراهیِتان...