ХІМІЧНА ТЕРМОДИНАМІКА

1. Предмет хімічної термодинаміки

Термодинаміка вивчає закони взаємних перетворень різних видів енергії, стану рівноваги та їх залежність від різних факторів, можливість та межу перебігу фізико-хімічних процесів.

Термодинаміка базується на експери-ментально визначених об'єктивних законо-мірностях, які виражено в трьох основних законах термодинаміки.

Класична термодинаміка має такі обмеження:

Термодинаміка не розглядає внутрішню будову тіл та механізми процесів, які протікають в термо-динамічних системах

Класична термодинаміка вивчає лише макроскопічні системи

В термодинаміці відсутнє поняття часу

2. Основні поняття термодинаміки

Термодинамічна система – це будь-яке тіло або сукупність тіл, що знаходяться у взаємодії та здатні обмінюватись енергією та речовиною і фактично або уявно відділені від навколишнього середовища.

Типи термодинамічних систем:

ізольована система – це система, яка не обмінюється з іншими системами ні речовиною, ні енергією;

закрита система – це система, яка обмінюється з оточуючим середовищем лише енергією;

відкрита система – це система, яка обмінюється з оточуючим середовищем енергією та речовиною.

Термодинамічний стан системи – це сукупність фізичних та хімічних властивостей системи.

Параметри стану – це фізичні та хімічні властивості системи, які характеризують її стан, піддаються безпосередньому виміру та не залежать від способу досягнення даного стану.

Термодинамічний процес – це зміна стану системи за часом. При цьому змінюється хоча б один з параметрів системи.

Стан рівноваги – це такий стан ТС, який характеризується незмінністю за часом усіх параметрів системи.

Рівноважний процес – це нескінченно повільний процес, в ході якого система проходить через низку нескінченно близьких один до одного станів рівноваги. При цьому всі параметри змінюються дуже повільно.

Нерівноважний процес – це процес, при якому система послідовно проходить через низку нерівноважних станів.

Термодинамічні процеси поділяють на:

Ізотермічний процес – це процес, який відбувається при постійній температурі.

Ізобарний процес – це процес, який відбувається при постійному тиску.

Ізохорний процес – це процес, який відбувається при постійному об’ємі.

Адіабатичний процес – це процес, який відбувається без обміну теплотою з навколишнім середовищем.

Функція стану – це функція, зміна якої визначається лише початковим та кінцевим станом системи і не залежить від шляху протікання процесу.

Зміна об’єму не залежить від шляху процесу і визначається його початковим (V₁) та кінцевим (V₂) значеннями.

ΔV = V₂ – V₁

Внутрішня енергія – це функція стану, яка характеризує повний запас енергії системи і складається з суми кінетичної енергії руху молекул або атомів, що утворюють систему, потенціальної енергії їх взаємодії і внутрішньої молекулярної енергії.

ΔU = U₂ – U₁

ΔU не залежить від того, як відбувається процес, проте залежить від початкового та кінцевого стану системи.

3. Розрахунок роботи в термодинамічних процесах

A = F dx ,

де F - сила тиску на поршень

F = р S,

A = р S dx = p dV ,

де dV - нескінченно малий приріст об'єму газу.

Робота розширення газу дорівнює:

3.1. Ізобарний процес (P = сonst)

3.2. Ізохорний процес (V = сonst)

3.3. Ізотермічний процес (Т = сonst)