Принцип мінімізації вільної енергії – в стані рівноваги досягається мінімальна вільна енергія, можлива в цій системі. Люба мінеральна система прагне максимально зменшити свою вільну енергію.

Принцип Ле-Шател`є: якщо система, що знаходиться в рівновазі, піддається впливу певного фактору, що зміщує рівновагу, тоді в системі відбуваються перетворення, направлені на зниження впливу цього фактору.

При нагріванні йдуть ендотермічні реакції, при охолодженні - екзотермічні. Ріст тиску веде до формування мінералів із меншим молекулярним об’ємом і навпаки. Так як для більшості мінералів розплав є менш щільний ніж кристалічна речовина, то при зниженні тиску буде спостерігатись зниження температури плавлення мінералів.

Використовуючи цей принцип можна прогнозувати поведінку мінералів в різних геологічних процесах. Перевищення вiльної енергiї над мiнiмально можливим значенням при даних параметрах системи є рушійною силою всiх процесiв мiнералоутворення, а точніше всiх хiмiчних процесiв. При незмiнних значеннях T, P, кiлькостi компонентiв системи протікання термодинамiчного процесу в напрямку рiвноваги може здiйснюватись тiльки завдяки вирiвнюванню хiмiчних потенцiалiв компонентiв системи, тобто шляхом обмiну компонентiв мiж фазами. Для прикладу iз пiритом та магнетитом, якщо при даних умовах система має надлишок вiльної енергiї за рахунок високого хiмiчного потенцiалу пiриту, то процес буде вiдбуватись в напрямку збiльшенням кiлькостi молiв магнетиту iз невеликим хiмiчним потенцiалом за рахунок зменшення кiлькостi молiв пiриту в системi.

3.Охарактеризуйте геохімічні процеси, пов’язані із поверхнею мінералів. Які параметри на них впливають?(лекція 8)

Протонування поверхні мінералу та точка нейтрального заряду

Сорбційні позиції сполуки та адсорбційні комплекси Подвійний електричний шар на границі мінерал-електроліт

4.Охарактеризуйте основні принципи та закони, що описують поведінку геохімічної системи в рівноважних та нерівноважних умовах.(лекція 3)

Рівновага – це стан, коли ні один із параметрів системи не змінюється із часом і якщо насильно буде здійснена незначна зміна одного із параметрів системи, то цей параметр самовільно повернеться у початковий стан і система залишиться в стані рівноваги. Для того, щоб вивести систему із рівноваги потрібні значні збурення параметрів системи.

Термодинамічний процес - всяка зміна системи, пов'язана із змінами хоча б одного параметра.

• Процес

  • адіабатичний(ΔQ = 0, без зміни кількості теплоти в системі)

  • ізотермічний (ΔT = 0)

  • ізобаричний (ΔP = 0)

  • ізохорний (ΔV = 0)

Будь-які зміни можуть здійснюватись тільки в результаті перерозподілу енергії.

Енергія виступає як свідчення, і як кількісно оцінюваний фактор будь-яких змін.

Стан системи називається рівноважним, якщо в системі пройшли всі макроскопічні процеси і встановилась рівність всіх інтенсивних параметрів.

Нульовий закон термодинаміки стверджує, що дві системи в рівновазі мають одну і ту ж температуру

При переході системи із одного стану в інше зміна її властивостей не залежить від шляху переходу, а визначається тільки початковим і кінцевим його станом, тобто термодинамічними параметрами в цих станах.

Перший закон термодинаміки стверджує, що зміна енергії системи рівняється кількості енергії, отриманій системою із навколишнього середовища на протязі певного проміжку часу (Пригожин, Дефай, 1954). Енергія не виникає сама по собі, зміна її кількості у хімічній системі зумовлена обміном енергією між системою та навколишнім середовищем.

У відповідності із цим енергія ізольованої системи постійна. Саме для ізольованої системи сформульований принцип збереження енергії.

закон ідеального газу – зміна теплоти в системі призведе до зміни або тиску, або ж об’єму системи, і навпаки – зміна тиску чи об’єму спричинює зміну температури (при постійному складі системи).

Фізичний зміст ентальпії: різниця ентальпій в двох станах рівняється тепловому ефекту ізобарного процесу.

Якщо ми розглядаємо хімічну реакцію, то різниця сумарної ентальпії продуктів і сумарної ентальпії вихідних речовин є тепловим ефектом реакції.

Якщо H реакції > 0, то реакція екзотермічна, якщо H реакції < 0, то реакція ендотермічна.

Другий закон термодинаміки стверджує, що існує деяка екстенсивна властивість системи S (ентропія), зміна якої наступним чином зв'язана з теплотою, що поглинається і температурою системи:

• в самовільному (незворотньому) процесі dS>dQ/T

• в рівноважному (зворотньому) процесі dS=dQ/T

Самовільний процес в ізольованій системі йде з ростом ентропії

dS = d_i S > 0