Лекция 4. Химическая термодинамика и химическая кинетика

4.1. Основные понятия химической термодинамики

Химические процессы могут протекать с изменением химического состава вещества (такие процессы называются химическими реакциями) и без изменения, как, например, в фазовых переходах. Часто процессы условно записывают в виде уравнений химических реакций.

Совокупность веществ, находящихся во взаимодействии и мысленно выделенная из окружающей среды, называется системой. Открытой системой называется система, которая может обмениваться энергией и массой с окружающей средой. Закрытой системой называется система, которая может обмениваться с окрyжающей средой только энергией, такие процессы реализуются в герметично закрытых или запаянных сосудах. Изолированной системой называется система постоянного объема, в которой не происходит обмена с окружающей средой ни массой, ни энергией.

Отдельная часть системы, отделенная от других ее частей хотя бы одной поверхностью раздела, называется фазой. Фазы могут быть механически разделены. Если все вещества в системе находятся в одной фазе, то система называется гомогенной, если фаз несколько, то такая система называется гетерогенной. Компонентом системы называется вещество, которое может быть выделено из системы и существовать вне ее.

В химической термодинамике мы будем рассматривать только системы, в которых отсутствуют направленные потоки теплоты, концентрации и давления, то есть системы, находящиеся в термодинамическом равновесии. Для описания состояния такой системы нам требуются следующие термодинамические параметры:

1. температура (Т, t) характеризует степень нагретости системы, среднюю кинетическую энергию частиц вещества, измеряется в К или ^oC (273К = 0^oC);

2. давление (р) характеризует подвижность молекул и определяется силой действия газообразных частиц на стенки сосуда, измеряется в Па;

3. о6ъем (V) характеризует часть пространства, занимаемого веществом, и определяется энергией взаимодействия молекул между собой, измеряется в м³;

4. концентрация вещества определяет количественный состав раствора, смеси или расплава, измеряется моль/л или г/л или М.

Набор параметров (p, V, Т) назовем состоянием системы. Изменение состояния системы будем считаться процессом. Существует 4 типа процессов:

1. изохорный (V = const);

2. изобарный (р = const);

3. изотермический (Т = const);

4. адиабатический (теплота Q = О).

Равновесные процессы обратимы, то есть термодинамическая система может возвратиться в начальное состояние тем же путем. Изменение отдельных параметров системы определяется только значениями параметров в конечном и исходном состояниях. Они не зависят от того, как были достигнуты исходное и конечное состояния. Такие свойства однозначно характеризуют систему и называются функциями состояния системы.

Превращения одних видов энергии и работы в другие изучает наука термодинамика.

Контрольный вопрос:

В каком из пунктов перечислены все процессы, которые могут проходить в изохорном процессе?

Нагревание, передача тепла, увеличение внешнего давления