Закон термодинамики


НазваниеЗакон термодинамики
страница1/8
Дата публикации28.04.2013
Размер0.93 Mb.
ТипЗакон
userdocs.ru > Математика > Закон
  1   2   3   4   5   6   7   8
I закон термодинамики -тепло, приложенное к системе, расходуется на изменение внутренней энергии веществ и совершение работы: Q = ΔU + A , где Q -количество тепла , ΔU -внутренняя энергия, общий запас энергии системы (энергия поступательного и вращательного теплового движения молекул, колебательного движения атомов, энергия вращения электронов). Внутренняя энергия – полная энергия системы без потенциальной энергии, обусловленной положением системы в пространстве и без кинетической энергии системы как целого.

Количество выделенной или поглощенной теплоты называется тепловым эффектом реакции. В изобарно-изотермических системах при протекании процесса в открытых сосудах при атмосферном давлении (P = const) все тепло, приложенное к системе, идет как на изменение внутренней энергии, так и на совершение работы. Функция, учитывающая эти две составляющие, называется энтальпией или внутренним теплосодержанием системы. H = U+PV, а тепловой эффект при P = const Qv = ΔU+ PΔV=ΔH. ΔH - энтальпия - тепловой эффект реакции при P = const . Размерность кДж/моль, Дж/моль, ккал/моль, кал/моль (1кал = 4,1840 Дж). Для простых веществ энтальпия образования и внутренняя энергия приняты равными нулю.

Химические уравнения, в которых указаны тепловые эффекты реакций, называются термохимическими уравнениями. В термохимическом уравнении тепловой эффект приводится на один моль продукта, указывается агрегатное состояние «к», «ж», «г», «т», например: ½ H2 (г) + ½ Сl2 (г)= HCl(г) + 92 кДж , ΔH = – 92 кДж

Закон Гесса: Тепловой эффект реакции не зависит от пути перехода, а зависит только от начального и конечного состояния участвующих в реакции веществ. Согласно закону Гесса: ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 + ΔH4 = ΔH5 + ΔH6 + ΔH7

Закон позволяет рассчитать тепловой эффект любой промежуточной стадии процесса, которую нельзя осуществить экспериментально.

^ Следствие из закона Гесса: 1)Стандартный тепловой эффект реакции равен сумме стандартных теплот образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных теплот образования исходных веществ. Например, для реакции:


nA + mB + …  pC + qD + … ΔH0х.р.= ( pΔH0C + qΔH0D + …) – ( nΔH0A + mΔH0B +…)

2)Тепловой эффект реакции равен сумме теплот сгорания исходных веществ за вычетом суммы теплот сгорания продуктов реакции. 

Принцип Бертло. Любая система стремится к минимуму энергии, поэтому реакции протекают самопроизвольно при выделении тепла. Однако, при высоких температурах вопреки принципу Бертло, происходят процессы, сопровождающиеся поглощением тепла.

2SO2 + O2  2SO3 + 192,5 кДж (ΔH= -192,5 кДж) - экзотермическая химическая реакция - CH4 + CO2  2CO + 2H2 – 259,4 кДж (ΔH= +259,4 кДж) - эндотермическая химическая реакция

Изобарно-изотермический потенциал или свободная энергия Гиббса. Все системы самопроизвольно стремятся к минимуму энергии (ΔH) , но одновременно к максимуму неупорядоченности (S).

Функцией состояния, одновременно отражающей влияние обеих тенденций на направление протекания химических процессов, служит изобарно-изотермический потенциал или свободная энергия Гиббса. Изменение изобарно-изотермического потенциала или свободной энергии Гиббса в химическом процессе: ΔG = ΔH – TΔS (при P =const)

Процессы, протекающие в закрытых сосудах при постоянном объеме, характеризуются изменением свободной энергии Гельмгольца ΔF: ΔF = ΔU – TΔS (при V = const)

Энергии Гиббса и Гельмгольца являются функциями состояния, т.е. их изменение (ΔG и ΔF) зависят только от начального и конечного состояний и не зависят от пути осуществления процесса. ΔG0р = ∑ΔG0продуктов - ∑ΔG0исходных ΔG и ΔF имеют ту же размерность, что и энтальпия. ΔG0 образования простых веществ принимают равными нулю. ΔGр = ΔHр – TΔSр

При низких температурах значение TΔS мало, преобладает энтальпийный фактор(ΔH) и принцип Бертло справедлив - тепловой эффект определяет возможность самопроизвольного протекания реакции. При высоких температурах преобладает энтропийный фактор (– TΔS) и принцип Бертло неприменим. Если система находится в состоянии равновесия, в системе не происходит ни энергетических изменений (ΔH = 0), ни изменений в степени беспорядка (ΔS = 0), то есть ΔG = 0.

При постоянстве температуры и давления химические реакции могут самопроизвольно протекать только в таком направлении, при котором энергия Гиббса системы уменьшается (ΔG < 0).

Скорость химической реакциихарактеризуется изменением концентрации реагирующих веществ за единицу времени. Зависит от: Природы вещества, концентрации реагентов, температуры, катализатора,

Закон скорости реакций: aA+bB+…=cC+dD…(продукты реакции) Скорость реакции: , где скорость реакции прямо пропорционально произведению концентраций. a и b порядок реакции реагентов (а+b+…=n)-общий порядок реакции, k-константа скорости реакции(от природы реагентов, от температуры)-k-это скорость реакции при единичной концентрации.

Энергия активации - Ea (Дж/моль)— минимальное количество энергии, которое требуется сообщить системе, чтобы произошла реакция.

Зависимость скорости реакции от температуры выражает закон Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость гомогенной реакции возрастает на 2-4 раза. , где  - температурный коэффициент, равный .Чтобы произошла реакция, сталкивающиеся частицы должны обладать энергией достаточной для преодоления сил отталкивания, т.е. энергетического барьера (энергия активации Eaкт). При повышении температуры энергия вещества возрастает, возрастает и скорость реакции, что описывается с помощью уравнения Аррениуса. , где A – предэкспоненциальный множитель, R – универсальная газовая постоянная, T – температура, K, Еакт – энергия активации. В логарифмической форме уравнение Аррениуса имеет вид: .

Катализаторами называют вещества, которые изменяют скорость химической реакции, но в результате реакции не расходуются. Явление катализа распространено в природе (большинство процессов, происходящих в живых организмах, являются каталитическими) и широко используется в технике (в нефтепереработке и нефтехимии, в производстве серной кислоты, аммиака, азотной кислоты и др.). Большая часть всех промышленных реакций — это каталитические.

Катализ - сам процесс влияния катализатора на скорость химической реакции.

Отрицательные катализаторы(ингибиторы)- вещества, которые понижают скорость химической реакции.

Положительные катализаторы- вещества, которые повышают скорость химической реакции.

При гомогенном катализе катализатор находится в том же агрегатном состоянии, что и реагенты.(кислоты, соли, основания) H2О2 + I → H2О + IO

H2О2 + IO → H2О + О2 + I

При гетерогенном катализе катализатор находится в другом агрегатном состоянии, чем реагенты. (переходные металлы и их оксиды)

Химическое равновесие - состояние системы, в котором скорость прямой реакции (V1) равна скорости обратной реакции (V2). Реакции, которые могут одновременно протекать в прямом и обратном направлениях, называются обратимыми. 

Система обратима, когда скорость реакции прямой реакции, равна скорости обратной.

 .

I2 + H2 ⇄2HI

1=k1[I2]·[H2] - прямая реакция

2=k2[HI]2 – обратная реакция

1=2 – состояние равновесия

Закон действующих масс устанавливает соотношение между массами реагирующих веществ в химических реакциях при равновесии, а также зависимость скорости химической реакции от концентрации исходных веществ.

Зависимость скорости реакции от концентрации выражает закон действия масс (закон Гульдберга и Вааге): скорость реакции пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ в степенях, соответствующих их стехиометрическим коэффициентам. Для гомогенной реакции вида mA + nB = pC + qD υ = kc CAm CBn, В гетерогенных системах концентрация наиболее конденсированной фазы, на поверхности которой происходит реакция, постоянна и в законе действия масс не учитывается. Например, 2С(тв) + O2(г) → 2CO(г); V = kc·CO2.Закон действия масс справедлив для разбавленных растворов и идеальных газов.

Для гетерогенных реакций концентрации твердых и жидких веществ в выражение константы равновесия не входят ввиду их постоянства в гетерогенных реакциях (реагентов и продуктов) изменяется только в наименее упорядоченной гомогенной части системы. Для гетерогенных систем «газ + жидкость + твердое тело» это будет газовая фаза (индивидуальное вещество или газовый раствор), а для систем «жидкость + твердое тело» — жидкая фаза (индивидуальное вещество или жидкий раствор). Предполагается также, что остальные гомогенные части этих систем растворами не являются, а состоят из индивидуальных веществ.
  1   2   3   4   5   6   7   8

Похожие:

Закон термодинамики iconI закон термодинамики закон превращения и сохранения энергии
...
Закон термодинамики iconЗакон термодинамики примениние закона для изобарно-изотермических процессов
Хим. Термодинамика-часть термодинамики,которая рассматривает превращения энергии и работы при химических реакциях
Закон термодинамики iconЭкзаменационные вопросы по химии Основные понятия термодинамики....
Второе начало термодинамики. Термодинамические факторы, определяющие направление химических реакций
Закон термодинамики iconПредмет и методы теплотехники (технической термодинамики), ее основные задачи
Метод термодинамики представляет собой строгое математическое развитие законов термодинамики. В настоящее время в термодинамике используются...
Закон термодинамики iconВопросы к экзамену по курсу «Физические основы производства» гр....
Основное содержание и цели термодинамики. Термодинамические параметры и функции состояния. Основные определения термодинамики. Термодинамический...
Закон термодинамики iconЭлементы химической термодинамики Основные понятия
Однако в процессе своего развития термодинамика позволила теоретически предсказать многие явления задолго до появления теории, описывающей...
Закон термодинамики iconА Закон о рекламе б Закон о связях с общественностью в Закон о маркетинге г Закон о ребрендинге
Втупительный тест в российскую ассоциацию студентов по связям с общественностью (рассо)
Закон термодинамики iconИстория политических и правовых учений
Он считал, что любой закон, принятый в надлежащем порядке, необходимо исполнять, даже если этот закон будет не справедлив. Закон...
Закон термодинамики icon2 Закон о статусе судей говорит, что судьёй может быть гражданин РФ
Ст. 1195 гк рф, личный закон иностранцев, постоянно проживающих в рф, является закон РФ
Закон термодинамики iconВторое начало термодинамики
...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница