Chemiese affiniteit

In chemiese fisika en fisiese chemie is chemiese affiniteit die elektroniese eienskap waardeur verskillende chemiese spesies chemiese verbindings kan vorm.^[1] Chemiese affiniteit kan ook verwys na die neiging van 'n atoom of verbinding om deur chemiese reaksie met atome of verbindings van 'n ander samestelling te kombineer.

Geskiedenis

Vroeë teorieë

Die idee van affiniteit is buitengewoon oud en daar is baie pogings aangewend om die oorsprong daarvan te identifiseer.^[2] Fisiese chemie was egter een van die eerste vertakkings van die wetenskap wat 'n "teorie van affiniteit" bestudeer en geformuleer het. Die naam "affinitas" is die eerste keer gebruik in verband met chemie deur die Duitse filosoof Albertus Magnus teen die jaar 1250. Later, diegene soos Robert Boyle, Britse chemikus John Mayow, Duitse chemikus Johann Glauber, Isaac Newton en Duitse chemikus Georg Stahl, het idees voorgehou oor verkiesingsverwantskap in pogings om te verduidelik hoe hitte tydens verbrandingsreaksies ontwikkel.^[3]

Die term "affiniteit" is figuurlik gebruik sedert 1600 in besprekings van strukturele verhoudings in chemie, filologie, ens. en verwysing na "natuurlike aantrekkingskrag" is vanaf 1616 bekend. "Chemiese affiniteit" het histories verwys na die "krag" wat chemiese reaksies veroorsaak^[4] asook, meer algemeen en vroeër, die "neiging van enige paar stowwe te kombineer". Die breë definisie, wat gewoonlik deur die geskiedenis heen gebruik word, is dat chemiese affiniteit die "stof is wat ontbinding betref of weerstaan".^[2]

Die moderne term chemiese affiniteit is 'n gewysigde variasie van die agtiende-eeuse term "elektiewe affiniteit" of "elektiewe aantreklikhede", 'n term wat deur die 18de-eeuse chemiese dosent William Cullen gebruik is.^[5] [6] Dit het vinnig oral in Europa versprei en is deur die Sweedse chemikus Torbern Olof Bergman gebruik in sy boek De attractibus electivis (1775). Affiniteitsteorieë is deur die meeste chemici gebruik van ongeveer die middel van die 18de eeu tot die 19de eeu om die verskillende kombinasies waarin stowwe kan binnedring en waaruit dit opgespoor kan word, te verduidelik en te organiseer.^[6][7] Antoine Lavoisier, in sy 1789 boek Traité Élémentaire de Chimie (Elemente van Chemie), verwys na Bergman se werk en bespreek die konsep van elektiewe affiniteite of aantreklikhede.

Die Amerikaanse chemici Gilbert N. Lewis en Merle Randall se invloedryke handboek uit 1923 Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Reactions het gelei tot die vervanging van die term "affiniteit" deur die term "vrye energie" in 'n groot deel van die Engelssprekende wêreld.

Moderne opvattings

In moderne terme hou die verskynsel waardeur sekere atome of molekules die neiging het om te versamel of te bind verband met die konsep van affiniteit. In die boek Chemistry of Human Life geskryf deur George W. Carey, uit 1919, word daar byvoorbeeld gesê: "Gesondheid hang af van 'n behoorlike hoeveelheid ysterfosfaat Fe₃(PO₄)₂ in die bloed, want die molekules van hierdie sout het chemiese affiniteit vir suurstof en dra dit na alle dele van die organisme." In hierdie verouderde konteks word chemiese affiniteit soms sinoniem gebruik met die term "magnetiese aantrekkingskrag". Baie geskrifte, tot ongeveer 1925, verwys ook na 'n "wet van chemiese affiniteit".

Russiese chemikus Ilya Prigogine het die konsep van affiniteit opgesom en gesê: "Alle chemiese reaksies dryf die stelsel tot 'n ewewigstoestand waarin die affiniteite van die reaksies verdwyn."

Termodinamika

Die huidige IUSTC-definisie is dat affiniteit A die negatiewe gedeeltelike afgeleide van Gibbs se vrye energie G is met betrekking tot die mate van reaksie ξ teen konstante druk en temperatuur. Dit wil sê

${\displaystyle A=-\left({\frac {\partial G}{\partial \xi }}\right)_{P,T}.}$

Hieruit volg dat affiniteit positief is vir spontane reaksies.

In 1923 het die Belgiese wiskundige en fisikus Théophile de Donder 'n verband afgelei tussen affiniteit en die Gibbs-vrye energie van 'n chemiese reaksie. Deur 'n reeks afleidings het de Donder getoon dat as ons 'n mengsel van chemiese spesies met die moontlikheid van chemiese reaksie beskou, dit bewys kan word dat die volgende verband geld:

${\displaystyle A=-\Delta _{r}G.\,}$

Met die geskrifte van Théophile de Donder as basis, het Prigogine and Defay in Chemical Thermodynamics (1954) chemiese affiniteit gedefinieer as die tempo van verandering van die ongekompenseerde reaksiewarmte Q, aangesien die reaksieverloop veranderlik of die reaksiesom ξ oneindig klein groei:

${\displaystyle A={\frac {{\mathrm {d} }Q'}{{\mathrm {d} }\xi }}.\,}$

Hierdie definisie is nuttig vir die kwantifisering van faktore wat verantwoordelik is vir die toestand van ewewigstelsels (waar A = 0) en vir die verandering van die toestand van nie-ewewigstelsels (waar A ≠ 0).

Bronne

• Lewis, G.N.; Randall, M. (1923). Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances (in Engels). McGraw-Hill.

Verwysings

1. Ciamician, G.; Padoa, M. (6 September 1919). "Chemical Affinity and Atomic Valence". Scientific American (in Engels). Springer Science and Business Media LLC. 88 (2279supp): 154–155. doi:10.1038/scientificamerican09061919-154supp. ISSN 0036-8733.
2. Levere, Trevor H. (1971). Affinity and Matter – Elements of Chemical Philosophy 1800–1865 (in Engels). Gordon and Breach Science Publishers. ISBN 2-88124-583-8.
3. Partington, J. R. (1937). A short history of chemistry (in Engels). New York: Dover Publications. ISBN 0-486-65977-1. OCLC 19353301.
4. Thomson, T. (1802). A System of Chemistry in Four Volumes. A System of Chemistry (in Engels). Besoek op 2 Oktober 2020.
5. Donovan, A. L. (1975). Philosophical Chemistry in the Scottish Enlightenment: The Doctrines of William Cullen and Joseph Black (in Engels). Edinburgh University Press.
6. Eddy, Matthew Daniel (2004). "Elements, Principles and the Narrative of Affinity". Foundations of Chemistry (in Engels): 161–175.
7. Taylor, Georgette Nicola Lewis (2008). "Variations on a Theme: Patterns of Congruence and Divergence among 18th Century Chemical Affinity Theories (PhD dissertation)" (in Engels). University College London.