Это наука, изучающая взаимные превращения различных видов энергии, связанные с переходом энергии в форме теплоты и работы
Скачать 0.98 Mb.
|
| Химическая термодинамика. Термодинамика – это наука, изучающая взаимные превращения различных видов энергии, связанные с переходом энергии в форме теплоты и работы. Основные понятия и термины: Термодинамическая система (ТД система) – это любой объект природы, состоящий из достаточно большого числа структурных единиц, в частности молекул, отделенных от других объектов природы реальной или воображаемой границей раздела. Часть объектов природы, не входящих в систему, называются средой. Важными характеристиками системы являются масса вещества (m) и энергия (Е). В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой, ТД системы делятся на следующие виды:
Фаза – это часть системы с одинаковыми физическими и химическими свойствами, отделенная от других частей границей раздела, при переходе через которую свойства резко меняются. В зависимости от фазового состояния различают:
Состояние и свойства системы определяются термодинамическими параметрами, к которым относятся температура (t), давление (р), объем (V), концентрация (с). Для газообразных систем эти параметры связаны между собой уравнением Менделеева - Клапейрона: pV=n(x)RT; n(x)=m(x)/M(x) [моль]; R=8,314 Дж/моль·К => pV=(m(x)/M(x))RT. ^ называются стандартными, если они определяются при стандартных условиях: Т=25 0С =298 К, р=101,3 кПа = 1 атм. В термодинамике для определения изменения энергии системы пользуются различными энергетическими характеристиками, которые называются термодинамическими функциями состояния системы. К ТД функциям относятся:
Пусть Х - термодинамическая функция. Х1 - значение ТД функции в начальном состоянии. Х2 – значение ТД функции в конечном состоянии. Тогда Х=Х2-Х1 – изменение (приращение) ТД функции. Приращение, взятое с обратным знаком – убыль. Х0- изменение ТД функции при стандартных параметрах. 1. Внутренняя энергия (Е). Внутренняя энергия системы складывается из вращательного и колебательного движения всех микрочастиц системы, а также энергии их взаимодействия. Внутренняя энергия есть функция состояния системы, приращение которой (Е) равно теплоте, поступившей в систему при изохорном процессе (V=const). Е=Qv , где: Qv – теплота изохорного процесса. Е – кДж/моль. Изменение энергии системы обусловлено теплотой, поступившей в систему и работой, совершаемой при взаимодействии системы с окружающей средой. Соотношение между этими величинами составляет содержание первого закона (начала) термодинамики: приращение внутренней энергии системы в некотором процессе равно теплоте, поступившей в систему, плюс работа, выполненная над системой. Е=Q+W. В биологических системах теплота отдается в окружающую среду, а работа совершается за счет внутренней энергии. Поэтому для биологических систем математическое выражение первого начала ТД имеет вид: -Е=-Q-W. Закон ТД является количественным выражением всеобщего закона природы о вечности материи и движения. Впервые первый Закон ТД доказывает эквивалентность различных видов энергии. В уравнении Е – это и магнитная, и электрическая, и др. виды энергии. Энергия в системе не создается из ничего, и не исчезает бесследно. Она обязательно связана с теплотой, поступившей в систему, и с работой, выполненной над системой. О том, что теплота и работа являются эквивалентными формами энергии доказано трудами ряда ученых. 2. Энтальпия (Н). Энтальпия – это часть внутренней энергии системы, которая может совершить полезную работу. Из математической записи первого закона ТД выразим теплоту (Q): Q=Е–W; Теплота расширения в изобарном процессе (р=const), выражается как: W=-pV, где: V – изменение объема системы; V=V2-V1; Qp =Е+pV =(Е2+pV2) –(Е1+pV1), где: Qp – теплота изобарного процесса при p=const; Е+pV=Н, т.е. энтальпия, => Qp =Н2–Н1=Н, т.о. Н=Qp. Энтальпия – это функция состояния системы, приращение которой равно теплоте, поступившей в систему, в изобарном процессе. Т.к. Н=Qp, => Н=Е+pV, [кДж моль-1]. Данное уравнение связывает приращение энтпльпии и внутренней энергии системы. Для эндотермического процесса Н>0, а для экзотермического процесса Н<0. 3. Энтропия (S). Энтропия – функция состояния системы, приращение которой (S) равно минимальной теплоте (Q), поступившей в систему в обратимом изотермическом процессе, деленной на абсолютную температуру (T), при которой совершается этот процесс. Изотермическим называется процесс, протекающий при постоянной Т (Т=const). S=Qmin/T, где: S [Дж·моль-1·К-1 ]. Энтропия связана с вероятностью состояния системы уравнением Больцмана: S=KБln, где: КБ – постоянная Больцмана=R/N= 1,38 10-23 Дж К-1; - вероятность состояния системы. Это число микросостояний, которым может быть реализовано данное макросостояние. При абсолютном нуле прекращается колебательные движения частиц в узлах кристаллической решетки, и макросостояние кристалла при этом обусловлено одним вариантом расположения частиц, т. е. =1 => S=КБln1, а т.к. ln1=0, то S=0. ^ сопровождаются такие самопроизвольные процессы, как испарение жидкости, таяние льда, растворение веществ в растворителях, т.е. процессы, которые приводят к увеличению беспорядка в системе. ^ сопровождаются кристаллизация веществ, реакции полимеризации, поликонденсации, т.е. процессы, которые приводят к увеличению упорядоченности в системе. Т.о. энтропия является мерой неупорядоченности системы. 4. Энергия Гиббса. (G). Энергия Гиббса – это часть потенциальной энергии реагирующих веществ, которая может быть использована для осуществления полезной работы. При протекании изобарно – изотермических процессов (p и t = const) приращение энергии Гиббса (G) выражают следующим уравнением: G=Н–ТS [кДж моль-1]. Анализ уравнения:
Определяет стремление системы снизить свою энергию за счет образования сложных частиц из более простых, при этом совершается полезная работа.
Определяет стремление системы к хаотичному, неупорядоченному состоянию, за счет распада сложных частиц на более простые и распределению их по всему объему системы. Величина G служит критерием возможности самопроизвольного протекания процессов. Процесс протекает самопроизвольно, если G<0. При G>0, процесс самопроизвольно не протекает. Если G=0, то в системе установилось состояние равновесия. Влияние энтальпийно–энтропийного факторов на величину G при разных температурах.
Процессы, при протекании которых энергия Гиббса снижается (G<0) и совершается полезная работа, называются экзергоническими. Процессы, при протекании которых энергия Гиббса увеличивается (G>0) и совершается работа, называются эндергоническими. 5. Химический потенциал (). Химический потенциал какого–либо вещества в системе равен отношению энергии Гиббса (G) к количеству вещества (n). =G(x)/n(x), отсюда G(x)=n(x)(x). Если система состоит из нескольких веществ х1, х2, х3 и т.д., то химический потенциал (), через который выражается G, в математическом выражении записывается: G=n(x1)(x1)+ n(x2)(x2)+ n(x3)(x3). Для вещества, находящегося в растворе, зависит от концентрации раствора и природы растворителя. Эта зависимость носит логарифмический характер и выражается уравнением: (x) = 0(x) + RT ln c (x), где: (x) – химический потенциал, [Дж моль-1]; 0(x) – стандартный химический потенциал. Определяется при стандартных параметрах, т.е. при Т=298, р=101,3 Па и с(х)=1 моль·дм-3; Ln – натуральный логарифм, при е=2,7183; С(х) – концентрация вещества [моль дм-3]; С увеличением концентрации вещества в системе увеличивается. Химический потенциал используется для расчета энергии Гиббса системы, которая складывается из сумм энергий Гиббса компонентов ее составляющих. |
Похожие:
 | Закон сохранения массы Химия это наука, изучающая вещества, их состав, строение, свойства и взаимные превращения | | Развитие энергетики и состояние окружающей среды. Виды источников энергии Рост энергопотребления неразрывно связан с использованием различных видов энергии, получаемой от природных источников, называемых... |
| 1. Техническая термодинамика. Определение. Общие сведения. Термодинамика — Термодинамика — раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии | | Обмен и баланс энергии в организме и их регуляция. Характеристика... Обмен энергии тесно связан с обменом веществ. При этом справедлив закон сохранения и превращения энергии. Энергия пищевых веществ... |
 | Общая часть Электрические станции предназначены для преобразования различных видов энергии в электрическую энергию. По роду первичной энергии,... | | Основные понятия о технологическом процессе изготовления рэс Технология наука о закономерностях превращения материалов, полуфабрикатов, энергии в готовое изделие, о путях рационального использования... |
| Закон термодинамики примениние закона для изобарно-изотермических процессов Хим. Термодинамика-часть термодинамики,которая рассматривает превращения энергии и работы при химических реакциях | | Психической Энергии Хугаева Лейла Романовна, isbn 978-5-905691-18-8... От субстанций Духа и Материи к разделению космоса на Контрольный Ток Психической Энергии и Детерминированные Энергии природы |
| 1. у тебя нет двух энергий. Все твои энергии суть проявления одной.... Явления этой единой энергии, которая в свою очередь трансформируется в тот или иной вид энергии. Весь спектр того, что внутри вас... | | 1. у тебя нет двух энергий. Все твои энергии суть проявления одной.... Вления этой единой энергии, которая в свою очередь трансформируется в тот или иной вид энергии. Весь спектр того, что внутри вас... |