Kémiai termodinamika (2) - absztrakt, oldal 1
1. Alapvető fogalmak és törvények kémiai termodinamika
1.1 fogalmak
Termodinamikai rendszer neve a szervezet vagy csoport szervek energetikai együttműködés és szellemileg vagy fizikailag elkülönül a környező szervek, amelyek az úgynevezett külső vagy környezetre.
1) a hő- és anyagátadás lehetőségek: izolált, zárt, nyitott. Egy izolált rendszer nem kommunikál a környezetet semmilyen anyag vagy energia. A zárt rendszer cseréjét energiát a környezet, de nem cserélnek számít. A nyitott rendszer cserék a környezet és az energia és az anyag. A koncepció egy elszigetelt rendszert alkalmazunk, a fizikai kémiában elméleti.
2) a belső szerkezete és tulajdonságai: homogén és heterogén. Úgynevezett homogén rendszerben, amelyen belül nincsenek felületek elosztjuk rendszer részéről a különböző tulajdonságok vagy kémiai összetételét. Példák a homogén rendszerek közé tartoznak a vizes oldatok, savak, bázisok, sók; gázkeverék; egyes tiszta anyagok. Heterogén rendszerek tartalmazzák magában a természetes felszíni. Példák a heterogén rendszerek közé rendszerek amely különböző halmazállapot anyagok: fém-és savas gázok és szilárd anyag, két oldhatatlan folyadékok egymással.
Fázis - homogén része egy heterogén rendszer, amely azonos összetételű, a fizikai és kémiai tulajdonságok, elkülönül a többi alkatrész a rendszer felülete legyen, amely a tulajdonságait a rendszer a változás hirtelen. A fázisokat szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú. Homogén rendszer minden esetben egy egyfázisú, heterogén - több. Szerint a fázisok száma a rendszer sorolják egyfázisú, kétfázisú, három-fázisú, stb
Komponens - minden olyan anyag szerepel a rendszer, amelyet meg lehet különböztetni belőle, és amely külön-külön vannak a rendszerben. A komponensek száma a rendszer sorolják egykomponensű, kétkomponensű, háromkomponensű, stb
Tulajdonságok rendszer a fizikai kémiában leírható meghatározott paraméterek a rendszer. Ahogy a hőmérséklet (T) gyakran jár paraméterek Nyomás (P), térfogat (V), az anyag mennyiségét (ν) és mások.
Ha a rendszer paraméterei állandóak, azt mondják, hogy a rendszer egyensúlyban van.
Ha a rendszer paraméterei megváltoznak, a rendszer egy termodinamikai folyamatot. A folyamat az úgynevezett egyensúlyi ha leírható, mint egy sorozat egymást követő állapotok a rendszer egyensúlya. Egyébként beszélni a nem-egyensúlyi folyamatok. Megkülönböztetése reverzibilis és irreverzibilis folyamatok. Ez az úgynevezett reverzibilis egyensúlyi folyamat, amely azonos körülmények között spontán módon eljárni mind előre és vissza irányban. Visszafordíthatatlan folyamatok egyensúlyi folyamatok és nonspontaneous.
Folyamatok lehetnek: izoterm (áramlási T = const), izobár (P = const), izochor (V = const), adiabatikus (nincs hőáram a környezetet). A legmagasabb érték a kémiai termodinamika izobár-izoterm (P, T = const) és izochor-izoterm (V, T = const) folyamatok. Ez ilyen körülmények között a kémiai reakciókat.
1.2 Kulcsértékek
A hő (Q) - az energia, amely át egy másik audio rendszer azok kölcsönhatását, attól csak a hőmérsékletet ezen rendszerek.
Működés (A) - az energia át egy másik audio rendszer, attól függően, hogy a jelenléte a erőtér vagy külső nyomás, amely alatt a rendszer megváltoztatja a térfogatát. Az utóbbi esetben beszélünk a tágulási erők.
A jelkonvenciót hő és a munka: a hő akkor tekinthető pozitívnak, ha jut a rendszerbe a környezettől (elnyelt hő) és a negatív, ellenkező esetben (Mivel hő); munka pozitívnak tekintik, ha ez megtörtént a rendszer környezetben, valamint negatív, ha a munkát a rendszerbe.
A belső energia (U) - Az energiaellátás a rendszer. Ez magában foglalja valamennyi energiahordozó kapcsolódó rendszer struktúráját, és nem tartalmazza a kinetikus és potenciális energia a rendszer egészére. Mivel abszolút tudás az anyag szerkezetét nem létezik, az abszolút érték a belső energia nem található.
Entalpia - energia tartalék rendszer hő formájában. Ez kapcsolódik a belső energia egyenlet H = U + PV. A belső energia, entalpia, hő és munka mérik J / mol. Belső energia és entalpia vannak, és a hő és a munka nem a funkció a rendszer állapotát.
A funkció a rendszer állam egy függvény, amelynek változás attól függ, csak a kezdeti és a végső állapotok a rendszer, és nem függ az utat az átmenet a kezdeti, hogy a végső állapot.
Változások a termodinamikai funkciók kémiai termodinamika jelöltük másként. Ha beszélünk a végén (több) cserélik, majd a görög szimbólum Δ. Például ,? H, Au. Infinitezimális változás funkciók, amelyek funkciója a rendszer állapotáról, képviseli a latin betű d (dU dH). Ha ez a funkció nem működik az állam, a rendszer, a végtelenül változást jelöli a görög betű delta (Aa, AQ). Változások a rendszer állapota funkciók függvényében számított különbség értéke a végleges és kezdeti állapot. Például,
Entrópia (S) - termodinamikai funkciója mennyiségileg jellemző fokú zavar a rendszerben. Függvénye az a rendszer állapotának mérjük J / mol ∙ K.
Helmholtz energia (F) - funkció a rendszer állam, amely jellemzi az során kémiai folyamatok a izochor-izoterm körülmények között.
Gibbs energia (G) - függvénye a rendszer állapotát, amely jellemzi az során kémiai folyamatok a izobár-izoterm körülmények között. Helmholtz és Gibbs energia mért J / mol.
Az arány a fő termodinamikai függvények az 1. ábrán látható.
1. ábra - közötti összefüggés termodinamikai funkciók
Hő-kapacitás (C) - a szám a már-jelentett hő-rendszer, a hivatkozott, hogy a megfigyelt a hőmérséklet-emelkedés:
Különböztesse fajhője állandó térfogaton Cv és a fajhő állandó nyomáson CP:
= CV, CP =. CP - CV = R,
ahol R = 8314 J / mol K ∙ - egyetemes gázállandó.
1.3 A termodinamika
A termodinamikai törvények empirikus, azaz által létrehozott általánosítás a kísérleti adatok. Eredetileg fogalmazott, hogy leírja a működését termikus gép közepén a XIX. Ezt követően alakult a egyetemesség.
A termodinamika első főtétele egy speciális esete az egyik legfontosabb törvények természettudomány - a törvény megőrzése és energia átalakítása. Ami a leírás hő motorok, ő azt állítja, hogy lehetetlen, hogy hozzon létre egy hőerőgép, amely elvégzi a mechanikai munka költsége nélkül hőt. Ezt a hőt a motor az úgynevezett örökmozgó az 1. fajta.
Általános tudományos megfogalmazása az első főtétele:
Az elnyelt hő a rendszer által költik a változás belső energia, és a jutalékos rendszerben működik:
Ha az egyetlen fajta munka a munka tágulási erők,
A legfontosabb következménye az első főtétele a törvény Hess, amely lehetővé teszi, hogy kiszámítja a hőhatás a kémiai reakciókat.
A termodinamika második törvénye meghatározza azokat a feltételeket a spontán folyamatok. Kezdeti megfogalmazása vonatkozó leírást termikus gépek. Néhány ezek közül:
Clausius posztulátum: nem lehet spontán hőátadást a kevésbé fűtött testet egy melegebb test.
Ostwald posztulátum: lehetetlen, hogy hozzon létre egy hőerőgép, ami az összes felvett hő alakítjuk munka (örökmozgó a második fajta).
Általános tudományos megfogalmazása a termodinamika második törvénye:
Van egy állapotának függvényeként a rendszer (entrópia), amely követi a változás miatt az elnyelt hő és a hőmérséklet a rendszer:
δQ ≤ TdS spontán folyamatok,
δQ = TdS reverzibilis folyamatok,
δQ ≥ adatlapot nonspontaneous folyamatokat.
A termodinamika második törvénye lehetővé teszi, hogy meghatározza az irányt a kémiai reakciók és létrehozásának feltételeit a kémiai egyensúly.
A harmadik főtétele leírja, folyamatba hőmérsékleten közel nulla Kelvin. Azt állítja, hogy lehetetlen, hogy hűtse a rendszer nullára Kelvin fok. Abszolút nulla elérhetetlen. A legfontosabb következtetés az, harmadik főtétele olyan rendelkezés, amely szerint az entrópia olyan anyag 0oK nulla. Így, ellentétben a belső energia és entalpia entrópia anyag bármilyen hőmérsékleten - abszolút entrópia.
1.4 termodinamikai potenciálok
A négy funkció a rendszer állapota U, H, F, G egyesül az általános neve - termodinamikai potenciálok. Egy olyan rendszer, amely egyetlen anyag, amelynek összege nem változik, írhatunk:
dU = TdS - PDV, U = f (S, V),
dH = TdS + VDP, H = f (S, P),
dF = -SdT - PDV, F = f (T, V),
dG = -SdT + VDP, G = f (T, P).
A változók (S, V, P, T), amely attól a termodinamikai potenciálok nevezzük természetes változók. A fizikai értelmében a különbségek a termodinamikai potenciálok attól függ, hogy a négy változó állandó. Ha a módosítás csak két természetes változók (S, V), és a másik két (P, T) állandó marad, a változás a belső energia (dU) cseréjét jelenti az energia a rendszer és a környezet hő formájában (TDS), és egy munka (PDV). A entalpia változás dH (állandó V és T) jelentése a csere energiát csak a hő formájában. Valóban, az első ciklus TdS = δQ, és a második tag VDP v = const jelenti izochor hőátadási folyamatot. A változás dF állandó S és P azt jelzi, hogy az energia cseréjére csak a munka formájában (SDT = Aa egyensúlyi adiabatikus folyamat). Változás dG állandó S és V jelzi, hogy nincs energia csere a rendszer és a környezet.
Feltételek spontán folyamat:
A rendszer spontán történik csak folyamatok csökkenése kíséri a termodinamikai potenciálok.