Химическая термодинамика. Основные понятия презентация

Владимирович

процессах и энергетические характеристики различных веществ.
Система – часть физического мира, ограниченная каким-либо образом:
- изолированная – отсутствует обмен веществом и энергией с окружающей средой (герметично закрытая смесь бензола с толуолом, установленная в термостат);
- закрытая – отсутствует только обмен веществом с окружающей средой (воздушный шарик);
- открытая – присутствует обмен веществом и энергией с окружающей средой (капелька воды на листе, мечтающий на занятиях студент);
Независимые термодинамические параметры состояния – величины, поддающиеся непосредственному измерению и характеризующие какое-либо макроскопическое свойство рассматриваемой системы:
- интенсивные – величина не зависит от массы: температура, давление;
- экстенсивные – величина пропорциональна массе: объем системы, масса, количество вещества, концентрация и т. п.
Термодинамическое равновесие – состояние системы, при котором значения параметров состояния одинаковы в любой точке системы, и остаются таковыми во времени.

переходит из одного состояния равновесия в другое через непрерывный ряд промежуточных равновесных состояний.


Необратимый процесс – процесс, который нельзя провести в противоположном направлении через тот же непрерывный ряд промежуточных равновесных состояний. Обычно реальные процессы, протекающие самопроизвольно в одном направлении – в сторону приближения к равновесному состоянию (прекращаются при его достижении) Пример: теплопроводность, диффузия, испарение перегретой жидкости.
Энергия – мера различных форм движения и взаимодействия материи [Дж].
- внутренняя энергия [U] (полная энергия, включающая Ек. и Еп. элементарных частиц, Е поступательного, колебательного, вращательного движения; притяжения и отталкивания; внутримолекулярную и внутриатомную химическую энергию; внутриядерную, гравитационную и пр.);
- кинетическая [Eк.] – энергия движения системы (как целого);
- потенциальная [Eп.] – энергия положения и взаимодействия частиц системы (как целого).

от способа перехода системы из одного состояния в другое.










Теплообмен не связан с изменением положения тел, составляющих систему, а состоит в непосредственной передаче энергии между молекулами тел при контакте.
Функция состояния системы – функция F(x,y) параметров состояния, значение которой зависит только от этих параметров состояния, и не определяется процессами, приводящими к этому состоянию (U, Еп., pV) .

сумма всех видов энергии постоянна, при их взаимных превращениях энергия не теряется и не создается вновь (Р. Клаузиус).
Невозможно создать машину, которая совершает работу не затрачивая на нее соответствующее количество энергии.



Состояние 1 → Состояние 2 процесс А или процесс В, тогда:


Однако совсем не обязательно и
Работа (А) и теплота (Q) не являются функциями состояния системы, т.к. их соотношение зависят от протекания процесса.

- тепловая энергия процесса при постоянном объеме (в данном случае является функцией состояния системы).
Протекают в закрытом сосуде, между тв. телами и жидкостями без выделения газа, между газами (при условии, что число молекул остается постоянным).
Процессы при постоянном давлении:
Система: Сост.№1 (m, p, T1, V1) → Сост.№2 (m, p, T2, V2)

или , или


Величина называется энтальпией, [Дж] (функция сост. системы).
Тогда - тепловая энергия процесса при постоянном давлении (функция сост. системы).
Соотношение Qv и Qp:

идет с выделением тепловой энергии системой:

Стандартное состояние (условия) – нужны для сравнения энергетических функций системы:

точно задано физическое (устойчивое) агрегатное состояние.

Энтальпия образования соединения - равна изменению энтальпии, сопровождающему реакцию образования 1 моль этого соединения из элементов или простых веществ при постоянном давлении.
Стандартная энтальпия образования соединения – соответствует стандартным условиям образования продуктов (для простых веществ =0).

пути перехода (промежуточных процессов), а зависит только от вида и состояния исходных веществ и конечных продуктов.














Справедлив для процессов при P=const, либо V=const.

Однако процессы могут быть самопроизвольными:
- газ заполняет весь имеющийся объем;
- тепло передается от более нагретого тела более холодному;
- диссоциация NaCl в воде;
- окисление Zn в реакции с CuSO4 (прямой процесс в элементе Даниэля-Якоби) и пр.
и несамопроизвольными:
- сжатие газа в объеме,
- разложение CaCO3 до СО2 и CaО;
- восстановление Zn из ZnSO4 в реакции с медью (обратный процесс в элементе Даниэля-Якоби) и пр.

температур.
Т1>T2 ; Q1>Q2, А = Q1(T1) – Q2(T2)
Невозможно с помощью циклически действующей машины превратить теплоту Q1, полученную при температуре Т1, в работу, не передав часть теплоты Q2 системе с более низкой температурой Т2. (Карно).

на одном энергетическом уровне.
Теплота не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому (Р. Клаузиус).
Невозможно построить периодически
действующую машину, единственным
результатом действия которой было бы
совершение механической работы за счет
охлаждения теплового резервуара
(Кельвин и Планк).
Разность температур в течение времени
совершения работы постоянно уменьшается,
следовательно, количество энергии, которое может быть потрачено на работу постоянно уменьшается, а количество («связанной») энергии, которую уже нельзя превратить в работу неуклонно растет.
Для учета недоступной энергии Р. Клаузиус (1865г.) предложил ввести величину энтропии [S]

поглощённое системой.
Для необратимого
самопроизвольного превращения


Для изолированной системы:
обратимое превращение

Самопроизвольный процесс

В любой изолированной системе полная энергия
остается постоянной, а полная энтропия со временем
только повышается.

белым (вариант упаковки
шариков) – микросостояние.
W – термодинамическая вероятность – число
микросостояний, которыми может быть реализовано
данное макросостояние. Тогда:
Энтропия – мера беспорядка
в системе (функция состояния).

Третье начало термодинамики – энтропия чистых веществ, существующих в виде идеальных кристаллов, при температуре абсолютного нуля равна нулю.

при любой температуре.

Необратимый процесс





Если P = const., то:


Или
G (изобарно-изотермический потенциал, функция состояния) – свободная энергия Гиббса.

При T=const. или

Необратимый процесс



Если T = const. и V = const.:

F (изохорно-изотермический потенциал, функция состояния) – свободная энергия Гельмгольца.



Для реакции:
- наступило термодинамическое равновесие;
- самопроизвольно протекает прямой процесс образования продуктов С и D;
- прямой процесс самопроизвольно протекать не может (возможен самопроизвольный обратный процесс).

2.



3.



4.

образования 1 моль сложного соединения из элементов или простых веществ при постоянном давлении.
Стандартная свободная энергия образования соединения – соответствует стандартным условиям образования продуктов из элементов или простых веществ (для простых веществ ).