- •Министерство высшего образования
- •Введение
- •1. Химическая термодинамика предмет и задачи термодинамики
- •1.1 Основные понятия и определения химической
- •1.2 Первый закон термодинамики
- •1.3 Применение первого закона термодинамики к процессам в любых системах
- •1.6 Теплоемкость. Связь теплоемкости с
- •1.7 Зависимость теплового эффекта oт температуры.
- •1.8 Второй закон термодинамики
- •1.9 Энтропия
- •1.10 Второй закон термодинамики для обратимых и
- •1.12 Постулат планка.Вычисление абсолютной энтропии
- •1.14 Энергия гельмгольца (изохорно-изотермический
- •1.15 Энергия гиббса (изобарно-изотермический
- •1.16 Уравнение гиббса-гельмгольца
- •1.17 Характеристические функции
- •1.18 Химический потенциал.Летучесть
- •1.20 Уравнение изотермы реакции
- •1.21 Зависимость константы равновесия от температуры
- •1.23 Тепловая теорема нернста
- •1.24 Расчет химического равновесия с помощью
- •2. Фазовые равновесия
- •2.1 Общие понятия
- •2.2 Условия фазового равновесия
- •2.3 Правило фаз гиббса
- •2.4 Уравнение клаузиуса-клапейрона
- •2.5 Однокомпонентная система воды
- •2.6 Диаграммы состояния двухкомпонентных
- •2.6.1 Система с неограниченной растворимостью
- •2.6.3 Система с ограниченной растворимостью
- •2.7 Трехкомпонентные системы
- •3. Растворы
- •3.1 Характеристика растворов
- •3.2 Закон рауля
- •3.5 Жидкие бинарные системы. Идеальные растворы
- •3.6 Растворы с положительными и отрицательными
- •3.7 Состав паровой фазы над растворами. Законы
- •3.7.1 Диаграммы состав – давление пара (температура
- •3.7.2 Перегонка. Ректификация
- •Ректификация
- •3.8 Термодинамика концентрированных
- •3.10 Растворимость твердых тел в жидкостях
- •3.12Распределение растворенного вещества между
- •4.2 Математическое описание волнового движения
- •4.3 Уравнение шредингера
- •4.4 Решение уравнения шредингера
- •4.7 Распространение волнового уравнения на
- •4.8 Атомные термы
- •5.1 Ионная связь. Энергия кристаллической решетки
- •5.2 Ковалентная связь
- •5.4 Расчет молекулярного иона водорода
- •5.7 Квантовохимические представления о координационных соединениях
- •5.9 Водородная связь
- •6.1 Дипольный момент молекул
- •Содержание
- •1.Химическая термодинамика
- •2.Фазовые равновесия
- •3.Растворы
- •4.Строение атомов
- •5.Химическая связь
- •6.Электрические и магнитные свойства молекул
1. Химическая термодинамика предмет и задачи термодинамики
Термодинамика возникла в конце первой половины 19 века. В тот период цель термодинамики сводилась к установлению взаимосвязи между теплотой и работой и разработке теории паровой машины. В дальнейшем цели термодинамики расширяются и основные ее положения используются в различных областях, в том числе и химии.
Термодинамика базируется на трех законах, из которых все остальные положения данной науки можно получить путем логических рассуждений.
Первый закон термодинамики связан с законом сохранения энергии и позволяет рассчитывать тепловые балансы процессов.
Второй закон термодинамики - закон о возможности протекания самопроизвольных процессов.
Третий закон термодинамики - закон об абсолютном значении энтропии.
Та часть термодинамики, которая имеет дело с применением этих законов к химическим процессам и фазовым переходам называется химической термодинамикой.
Химическая термодинамика разрабатывает наиболее рациональные методы расчета тепловых эффектов химических процессов, раскрывает закономерности при равновесии, определяет благоприятные условия для осуществления химического процесса.
1.1 Основные понятия и определения химической
ТЕРМОДИНАМИКИ
СИСТЕМА - тело или группа тел, мысленно выделенная из окружающей среды.
ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА - система, которая может обмениваться с окружающей средой энергией и веществом.
ЗАКРЫТАЯ СИСТЕМА - отсутствует обмен веществом с окружающей средой, но она может обмениваться энергией с ней.
ИЗОЛИРОВАННАЯ СИСТЕМА - система, объем которой остается постоянным и которая не обменивается энергией и веществом с окружающей средой.
Система может быть гомогенной или гетерогенной.
Совокупность всех физических и химических свойств системы называется
состоянием системы. Свойства, которые могут быть выражены через функции температуры, давления и концентрации веществ называются термодинамическими. Для полного описания системы достаточно знать некоторое наименьшее число термодинамических свойств, которые рассматривают как внутренние параметры системы (параметры состояния системы).
Обычно в качестве параметров состояния системы выбирают такие ее свойства, которые наиболее легко определить экспериментальным путем, например давление (Р),объем (V),температура (Т) и концентрация (Сi)компонентов.
Параметры состояния системы связаны между собой соотношением, которое называется уравнением состояния. В общем виде f(P,V,T) = 0
PV=nRT
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС - изменение во времени хотя бы одного из термодинамических свойств.
САМОПРОИЗВОЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ - процессы, не требующие затраты энергии извне.
НЕСАМОПРОИЗВОЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ -процессы, требующие затраты энергии.
РАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ - состояние системы, которое сохраняется неизменным во времени.
ПОСТУЛАТ - Протекание самопроизвольного процесса в конечном счете приводит систему в равновесное состояние.
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ - совокупность всех видов энергии частиц в системе. Обозначается U. Является функцией состояния, т.е. ее изменение не зависит от того как идет процесс, а будет определяться только исходным и конечным состояниями системы.
РАБОТА ПРОЦЕССА - форма передачи энергии от изучаемой системы к окружаюшей среде или от окружающей среды к системе путем преодоления сил, действующих на систему со стороны окружающих тел или в противоположном направлении. Обозначается W(A). Работа, совершаемая системой, принимается положительной, а работа окружающей среды отрицательной. Полная работа (W) рассматривается как сумма работ изменения объема системы и всех других видов работ, связанных с преодолением сил, действующих на систему, называемых полезной работой (Wп). Работа определяется соотношением
W = F dl
Если действующая сила вызвана внешним давлением (F = PS ), где S - площадь, к которой приложено давление, то работа преодоления внешнего давления
W = P S dl =P dV
Полная работа
W = P dV + Wп
ТЕПЛОТА ПРОЦЕССА (Q) - форма передачи энергии от изучаемой системы к окружающей среде путем микрофизических процессов (столкновений молекул).Теплота считается положительной, когда она подводится к системе.