Afinidade química - Chemical affinity

Na física química e na físico-química , a afinidade química é a propriedade eletrônica pela qual espécies químicas diferentes são capazes de formar compostos químicos . Afinidade química também pode se referir à tendência de um átomo ou composto para combinar por reação química com átomos ou compostos de composição diferente.

História

Primeiras teorias

A ideia de afinidade é extremamente antiga. Muitas tentativas foram feitas para identificar suas origens. A maioria dessas tentativas, entretanto, exceto de uma maneira geral, termina em futilidade, uma vez que as "afinidades" estão na base de toda magia , portanto, pré-datando a ciência . A físico-química , entretanto, foi um dos primeiros ramos da ciência a estudar e formular uma "teoria da afinidade". O nome affinitas foi usado pela primeira vez no sentido de relação química pelo filósofo alemão Albertus Magnus perto do ano 1250. Mais tarde, aqueles como Robert Boyle , John Mayow , Johann Glauber , Isaac Newton e Georg Stahl apresentaram ideias sobre afinidade eletiva na tentativa de explicar como o calor é desenvolvido durante as reações de combustão .

O termo afinidade tem sido usado figurativamente desde c. 1600 nas discussões de relações estruturais em química, filologia , etc., e a referência à "atração natural" é de 1616. "Afinidade química", historicamente, se refere à " força " que causa as reações químicas . bem como, de forma mais geral e anterior, a ″ tendência de combinação ″ de qualquer par de substâncias. A definição ampla, geralmente usada ao longo da história, é que afinidade química é aquela pela qual as substâncias entram ou resistem à decomposição.

O termo moderno afinidade química é uma variação um tanto modificada de seu precursor do século XVIII, "afinidade eletiva" ou atrações eletivas, um termo que foi usado pelo conferencista de química do século XVIII William Cullen. Se Cullen cunhou a frase não está claro, mas seu uso parece ser anterior à maioria dos outros, embora tenha se espalhado rapidamente pela Europa, e foi usado em particular pelo químico sueco Torbern Olof Bergman ao longo de seu livro De Attractionibus electivis (1775). As teorias de afinidade foram usadas de uma forma ou de outra pela maioria dos químicos de meados do século 18 até o século 19 para explicar e organizar as diferentes combinações nas quais as substâncias podiam entrar e das quais podiam ser recuperadas. Antoine Lavoisier , em seu famoso Traité Élémentaire de Chimie (Elementos de Química) de 1789 , refere-se à obra de Bergman e discute o conceito de afinidades ou atrações eletivas.

De acordo com o historiador da química Henry Leicester, o influente livro de 1923 Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Reactions, de Gilbert N. Lewis e Merle Randall, levou à substituição do termo "afinidade" pelo termo " energia livre " em grande parte do mundo. mundo falante.

Segundo Prigogine, o termo foi introduzido e desenvolvido por Théophile de Donder .

Goethe usou o conceito em seu romance Afinidades eletivas (1809).

Representações visuais

O conceito de afinidade estava intimamente ligado à representação visual de substâncias em uma mesa. A primeira tabela de afinidade , baseada em reações de deslocamento , foi publicada em 1718 pelo químico francês Étienne François Geoffroy . O nome de Geoffroy é mais conhecido em conexão com essas tabelas de "afinidades" ( tables des rapports ), que foram apresentadas pela primeira vez à Academia Francesa de Ciências em 1718 e 1720, conforme mostrado abaixo:

Tabela de Afinidade de Geoffroy (1718): No cabeçalho da coluna está uma substância com a qual todas as substâncias abaixo podem se combinar, onde cada coluna abaixo do cabeçalho é classificada por graus de " afinidade ".

Durante o século 18, muitas versões da tabela foram propostas com importantes químicos como Torbern Bergman na Suécia e Joseph Black na Escócia adaptando-a para acomodar novas descobertas químicas. Todas as tabelas eram essencialmente listas, preparadas pela comparação de observações sobre as ações de substâncias umas sobre as outras, mostrando os vários graus de afinidade exibidos por corpos análogos para diferentes reagentes .

Crucialmente, a mesa era a ferramenta gráfica central usada para ensinar química aos alunos e seu arranjo visual era frequentemente combinado com outros tipos de diagramas. Joseph Black, por exemplo, usou a tabela em combinação com os diagramas quiástico e circlet para visualizar os princípios básicos da afinidade química. As tabelas de afinidade foram usadas em toda a Europa até o início do século 19, quando foram substituídas por conceitos de afinidade introduzidos por Claude Berthollet .

Concepções modernas

Na física química e na físico-química , a afinidade química é a propriedade eletrônica pela qual espécies químicas diferentes são capazes de formar compostos químicos . Afinidade química também pode se referir à tendência de um átomo ou composto para combinar por reação química com átomos ou compostos de composição diferente.

Em termos modernos, relacionamos a afinidade com o fenômeno pelo qual certos átomos ou moléculas têm a tendência de se agregar ou se ligar. Por exemplo, no livro de 1919 Chemistry of Human Life, o médico George W. Carey afirma que, "A saúde depende de uma quantidade adequada de fosfato de ferro Fe ₃ (PO ₄ ) ₂ no sangue, pois as moléculas deste sal têm afinidade química com oxigênio e carregue-o para todas as partes do organismo. " Nesse contexto antiquado, a afinidade química às vezes é considerada sinônimo do termo "atração magnética". Muitos escritos, até cerca de 1925, também se referem a uma "lei da afinidade química".

Ilya Prigogine resumiu o conceito de afinidade, dizendo: "Todas as reações químicas conduzem o sistema a um estado de equilíbrio no qual as afinidades das reações desaparecem."

Termodinâmica

A presente definição IUPAC é que a afinidade A é a derivada parcial negativa da energia livre G de Gibbs em relação à extensão da reação ξ a pressão e temperatura constantes . Isso é,

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

Conclui-se que a afinidade é positiva para reações espontâneas .

Em 1923, o matemático e físico belga Théophile de Donder derivou uma relação entre afinidade e a energia livre de Gibbs de uma reação química . Por meio de uma série de derivações, de Donder mostrou que se considerarmos uma mistura de espécies químicas com possibilidade de reação química, pode-se comprovar que a seguinte relação se mantém:

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

Com os escritos de Théophile de Donder como precedentes, Ilya Prigogine e Defay in Chemical Thermodynamics (1954) definiram a afinidade química como a taxa de mudança do calor não compensado da reação Q ' como a variável de progresso da reação ou extensão da reação ξ cresce infinitesimalmente:

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

Esta definição é útil para quantificar os fatores responsáveis ​​tanto pelo estado dos sistemas de equilíbrio (onde A = 0 ), quanto pelas mudanças de estado dos sistemas fora de equilíbrio (onde A ≠ 0 ).

Veja também

• Química
• Ligação química
• Eletro-negatividade
• Afinidade de elétron
• Étienne François Geoffroy - Tabela de Afinidade de Geoffroy em 1718
• Valência
• Cromatografia de afinidade
• Eletroforese de afinidade

Notas

Referências

•  Este artigo incorpora texto de uma publicação agora em domínio público :  Chisholm, Hugh, ed. (1911). " Affinity, Chemical ". Encyclopædia Britannica (11ª ed.). Cambridge University Press.

links externos

• William Whewell . "Estabelecimento e Desenvolvimento da Idéia de Afinidade Química" . História das Idéias Científicas . 2: 15ss.
• Chemical Affinity and Absolute Zero - 1920 Discurso de apresentação do Prêmio Nobel de Química de Gerard De Geer