6 Елементи хімічної термодинаміки

Хімічна термодинаміка є одним з розділів фізичної хімії — науки, яка розглядає зміну складу та властивостей матеріальних систем в залежності від фізичних умов при яких відбуваються ці зміни.

Знання законів термодинаміки, володіння її розрахунковим апаратом дозволяє передбачати, керувати металургійними процесами при зварюванні, та відповідно, складом та властивостями зварного шва.

В основі термодинаміки лежать два початки термодинаміки (підкоряються тепловому закону Нернста), які дозволяють розраховувати хімічні рівноваги, в частковому випадку, константи рівноваги, які встановлюють імовірність протікання тих чи інших хімічних реакцій.

6.1 Основні поняття та визначення

Початок термодинаміки справедливий для різних матеріальних систем.

Тіло чи група тіл, що знаходяться у взаємодії, та уявно відокремлених від навколишнього середовища носять назву термодинамічної системи.

Основна одиниця маси термодинамічної системи є моль або кмоль.

Кмоль — це кількість кілограм речовини, яка кількісно дорівнює атомній чи молекулярній вазі цієї речовини, яка виражена у вуглецевих одиницях.

Кожний моль будь–якої речовини містить в собі N елементарних частинок (молекул, атомів, іонів). N—число Авогадро (N = 6,02·10²³ моль^–1).

Маса кожної елементарної частинки у N разів менша, ніж маса 1 моля.

При постійних температурі та тиску моль будь–якої газоподібної речовини займає однаковий об’єм.

Рівняння стану газу Клапейрона для 1 моля

. (6.1)

Для однорідної газової системи, яка складається з n молей

. (6.2)

, (6.3)

де m — маса речовини;

М — молекулярна маса цієї речовини.

Для газової суміші

, (6.4)

, (6.5)

де V₀ — об’єм газової суміші;

— сума парціальних тисків складових газової суміші.

Гомогенна термодинамічна система — це система, яка не має границі розподілу фаз і будь-який її об’єм має однаковий склад та властивості.

Будь–яка фізична величина (р, T, V, тощо) яка здібна змінити стан термодинамічної системи має назву термодинамічного параметру стану.

Зміна хоча б одного із параметрів веде до зміни всієї термодинамічної системи — термодинамічного процесу.

Оборотний термодинамічний процес — це процес, який будучи проведений у прямому та зворотному напрямкам, не викликає зміни у навколишньому середовищі.

Оборотний термодинамічний процес ототожнюють з термодинамічною рівновагою, тобто таким станом системи, при якому взаємно компенсовані процеси не викликають змін параметрів стану системи.

Розрізняють однорідні та неоднорідні термодинамічні системи.

Однорідні — системи, у яких рівномірний розподіл хімічного складу та властивостей.

У неоднорідних термодинамічних системах довільно з’являються процеси дифузії та теплоперенесення, які являють собою незворотні термодинамічні процеси.

Ізольована термодинамічна система — система, у якій відсутні обмін енергією та речовиною з навколишнім середовищем.

Замкнена термодинамічна система — відсутній обмін речовиною, але можливий обмін енергією з навколишнім середовищем.

Тепловий ефект — кількість енергії (теплоти), яку поглинула чи виділила система. Якщо теплота поглинається — ендотермічна реакція, навпаки — екзотермічна.