Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 31
I. Химическая термодинамика
– это раздел физической химии, которая изучает превращения различных видов энергии при химических реакциях, процессах растворения, кристаллизации. Химическая термодинамика исследует возможности и границы самопроизвольного протекания физических процессов. Объектом изучения в термодинамике является термодинамическая система
, под которой понимают условно выделенную из пространства совокупность тел, между которыми возможен масса- и теплообмен. Системы, которые могут обмениваться с окружающей средой и энергией и веществом называются открытыми
. Системы, которые обмениваются только энергией, называются закрытыми
. Если между средой и системой отсутствует и тепло- и массообмен – это изолированная система
. Различают также гомогенные
системы, состоящие из одной фазы и гетерогенные
, состоящие из нескольких фаз. Реакции, которые протекают на границе раздела фаз – гетерогенные
. Совокупность свойств системы называется состоянием системы
. Одна и та же система может находиться в различных состояниях. Каждое состояние характеризуется определённым набором значений термодинамических параметров. Параметры, описывающие состояние системы, называются параметрами состояния
. Они делятся на интенсивные и экстенсивные. Интенсивные не зависят от размера системы, а зависят от температуры и давления, экстенсивные зависят от массы и объёма. Изменение одного из параметров приводит к изменению состояния в целом. Состояние системы называется равновесным
, если параметры системы во времени самопроизвольно не изменяются. Неравновесная
система – параметры во времени изменяются. Состояние системы и происходящие в ней изменения определяются так же с помощью функций состояния. Функции состояния – внутренняя энергия, энтропия, изобарный, изотермический потенциал. Переход системы из 1-го состояния во 2-ое называется процессом
. 1. 2. 3. Основной функцией состояния системы является её полная энергия, которая является суммой 3-х состояний: При термодинамическом описании системы Экспериментально внутреннюю энергию II. Если система обменивается с внешней средой тепловой энергией Для изохорного процесса (при Для изобарного процесса ( Функция Энтальпия
– есть функция состояния системы, имеет размерность энергии. III. Сущность химических реакций сводится к разрыву связей в исходных веществах и образованию связей в продуктах реакции. Т.к. образование связей протекает с выделением энергии, а разрыв с поглощением энергии, то химические реакции сопровождаются энергетическими эффектами. Раздел термодинамики, который изучает тепловые эффекты химических реакций, называется термохимией
. Энергия, которая выделяется и поглощается, называется тепловым эффектом химической реакции. Если прочность связей в продуктах реакции больше чем в реагентах, то выделяется энергия в виде теплоты Процессы, протекающие с выделением теплоты называются экзотермическими
, а с поглощением – эндотермическими
. Тепловой эффект
эндотермической реакции считают положительным «+» (поглощение тепла), а экзотермической – отрицательным «−» (выделение тепла). Тепловой эффект в изобарных условиях определяется изменением энтальпии Величины Для систем, в которых вещества находятся в конденсированном состоянии изменение объёма в ходе реакции мало, т.е. При термомеханическом описании реакции опускают Закон Гесса
: тепловой эффект химической реакции протекающий или при Тепловой эффект реакции зависит от природы регентов и продуктов реакции, их агрегатного состояния, условия проведения реакции, а также от количества, участвовавшего в реакции. Поэтому тепловой эффект принято относить к 1-му моль вещества и определять его в стандартных условиях: При термохимических расчётах важными являются Если С термохимическими уравнениями можно проводить любые математические действия. 3) 1) 2) Тепловой эффект изменяется с изменением температуры в соответствии с законом Кирхгофа: где Теплоёмкость при IV. Реакцию, идущую саму по себе (без помощи извне) называют самопроизвольной
. Некоторые самопроизвольные реакции являются эндотермическими. Два газа разделены перегородкой, если ее убрать начнется самопроизвольный процесс взаимодиффузии
. Система, состоящая из различных молекул, в разных сосудах более упорядочена, чем смесь разных молекул в одном сосуде, т.е. все самопроизвольные изменения заключаются в переходе из упорядоченного состояния частиц в менее упорядоченное. Степень беспорядка или неупорядоченность в системе характеризуется состоянием системы называемом энтропией
. Энтропия
– функция меры беспорядка В изолированных системах изменение энтропии служит критерием определяющим направление процесса. 2-ое начало термодинамики
: В изолированных системах самопроизвольно протекают те процессы и реакции, в ходе которых энтропия Процессы, для которых Процессы, для которых Если в ходе реакции объём возрастает, то В ряде однотипных соединений В отличие от энтальпии Энтропия, определяемая в стандартных условиях ( Изменение энтропии Изменение энтропии V. Только для изолированной системы, у которой нет обмена энергией с окружающей средой, энтропия является единственным фактором, определяющим возможность протекания процессов. На практике обычно системы закрытые, в которых изменяется внутренняя энергия и совершается работа против внешних сил. Для таких систем критерием направления протекания процесса является не только стремление системы перейти в состояние с наибольшей термодинамической вероятностью, но и стремление системы перейти в состояние с наименьшей энергией, т.е. выделить теплоту в окружающую среду. Стремление среды к увеличению энтропии называется энтропийным фактором
. Стремление системы получить внутреннюю энергию называется энтальпийным фактором
. Суммарный эффект этих двух противоположно действующих факторов в условиях при Поскольку Для процессов в конденсированных средах в ходе реакции Изменение энергии Гиббса Величина и знак Самопроизвольно в направлении образования продуктов реакции протекают только те реакции, в ходе которых происходит уменьшение Если Не протекает (протекает в обратном направлении) В открытых системах
изменение внутренней энергии где Если в системе Химический потенциал
– функция состояния. В условиях Вопросы для самоконтроля 1. Термодинамические системы: открытые, закрытые, изолированные; гомогенные, гетерогенные. 2. Параметры системы. 3. Функции состояния системы: внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, химический потенциал, изобарно- и изохорно-изотермический потенциал. 4. Изобарные, изохорные, изотермические процессы. 5. Первое (закон сохранения энергии) и второе начало термодинамики.
|