Вопрос 1 - Основные понятия и определения химической термодинамики

Химическая термодинамика - один из разделов теоретической физики - раздел химии, изучающий энергетику физических и фазовых превращений, направление протекания процессов в физико-химических системах, химические и фазовые равновесия.

В химической т/д рассматриваются только макроскопические объекты.

Методы химической т/д позволяют рассчитать изменения энергии в биохимических реакциях, предсказать их направление.

Объектом изучения химической т/д является термодинамическая система, тело или совокупность макроскопических тел, отделенных от других объектов природы реальной или условной границей.

Всё, что находится за рамками системы - окружающая среда.

В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой системы делятся на:

-открытые - могут обмениваться с окружающей средой веществом и энергией (m,V,U const)

-закрытые - могут обмениваться с окружающей средой энергией, но не веществом (m=const; V,U const)

-изолированные - не могут обмениваться с окружающей средой ни веществом, ни энергией (m,V,U=const)

Системы делятся на:

-гомогенные - между любыми частями гомогенной системы нет поверхностей раздела. Интенсивные свойства во всех частях одинаковые (воздух, вода, плазма крови)

-гетерогенные - состоит из отдельных частей, разграниченных поверхностями раздела. При переходе через поверхность раздела хотя бы одно свойство меняется скачкообразно.

Фаза - гомогенная часть гетерогенной системы, ограниченная поверхностями раздела.

По признаку агрегатного состояния системы делятся на:

-твердые - образуют самостоятельные фазы

-жидкие - могут смешиваться, могут не смешиваться

-газообразные - всегда образуют однородную смесь

Фазы бывают постоянного и переменного состава. Химические вещества, входящие в состав системы называют её компонентами.

Состояние системы зависит от её свойств. Свойства:

-интенсивные - зависят от массы системы - V,U,n,q - аддитивно складываются при взаимодействии систем.

-экстенсивные - не зависят от массы системы - T,p, удельные и молярные величины (ρ,С) - при взаимодействии не складываюся

Свойства, выбранные в качестве независимых переменных называются т/д параметрами или параметрами состояния. В качестве параметров состояния нередко используются свойства, легко определяемые экспериментально - p,V,T,химический состав.

Между параметрами состояния существует зависимость - уравнение состояния (pv=νRT)

Все остальные свойства - функции параметров состояния.

Состояния т/д системы:

-равновесное - все характеристики системы постоянны. При этом нет потоков вещества и энергии. При стабильном равновесном состоянии всякое бесконечно малое воздействие вызывает бесконечно малое изменение состояния, а при его устранении система возвращается в исходное состояние. В равновесном состоянии система может находится долго, пока её не выведут из него с помощью любых внешних воздействий.

-стационарное состояние - т/д свойства постоянны во времени, но в системе есть потоки вещества и энергии (пламя свечи)

-неравновесное - всякое бесконечно малое воздействие вызывает конечное изменение в системе. Любое изменение параметров - процесс. Процесс в т/д - последовательность состояний системы, ведущая от начального к конечному состоянию.

Процессы могут проходить при фиксированных параметрах:

• изобарный

• изохорный

• изотермический

• адиабатный

• изохорно-изотермический

• изобарно-изотермический

Замкнутый процесс называют циклом. В цикле параметры состояния изменяются, но в конце возвращаются к исходным значениям (цикл Карно).

Все процессы делятся на самопроизвольные (нет затрат энергии) и несамопроизвольные (требуют затрат энергии). Или на равновесные (система не выходит из состояния равновесия, протекают бесконечно долго) и неравновесные.

При равновесном процессе система проходит через ряд равновесных состояний, такой процесс можно провести обратимо, т.е. без каких-либо изменений в окружающей среде или системе (квазистатический)

Функции состояния - их изменение при переходе системы из одного состояния в другое однозначно определяется исходным и конечным состояниями системы, не зависит от пути перехода и способа проведения процесса.

Функции процесса - функции, значение которых зависит от пути протекания процесса, условий и способов его проведения.