ФизХимия

Иванов Сергей Сергеевич.

Экзамен.

8(966) 316-99-05

1. Термодинамика –

2. Теория равновесия –

   1. Гетерогенное равновесие

   2. гомогенное равновесие

Электррохимия – Восстановительные и окислительные процессы.

Термодинамика.

Наука изучающая привращение энергии из одной формы в другую в различных процессах. обычно выделяют:

1. Общую (физическую)

2. Техническую

3. Химическую – изучает приложение общих законов к химическим и физхим явлениям.

Термодинамика возникла и сформировалась в 19м веке и базируется на 2х основных закономерностях называемых: 1м и 2м началами термодинамики. В последствии конец 19 века В. Нернцтом была сформулирована тепловая теорема (3й закон термодинамики).

Основным объект термодинамики система. Система – тело или группа тел (газ в баллоне, вещество, тепловая машина), мысленно выделяемые из окружающего мира и состоящая из большого числа частиц. Термодинам система может быть:

1. изолированной – совершенно не взаимодействует с окружающей средой (не обменивается веществом и энергией

2. замкнутой – обмен веществом невозможен. Обмен энергией есть

3. открытой – свободна от этих ограничений.

Состояние системы можно ахорактеризовать некоторыми величинами которые называют Термодинамическими параметрами:

1. давление P

2. Объём V

3. Температура T

Все эти параметры взаимосвязаны. Если заданны количество вещества n температура и давление то можно рассчитать объём .

Взаимосвязь параметров выражается уравнением Менделеева-Клаперона

R – универсальная газовая постоянная 8,31

моль – колво вещества, число структурных единиц. Равное Na число Авагадро

n=1000гр

n=1000/18=55моль

R – работа моля идеального газа при его нагревании на 1 градус.

Идеальный газ – молекулы которого не испытывают сил взаимодействия со стороны других частиц.

T=t+273

Экстенсивные параметры – Объём и масса пропорциональны количеству вещества.

Интенсивные араметры – не зависят от количества вещества. P, V, T, концентрация С.

В термодинамике рассматриваются равновесные системы . Системы в любой точке которой значение парамсетров одинаковы и самопроизвольно не изменяются во времени

Если температура, давление и состав одинаковы во всех точках то система находится в состоянии теплового, химического и механического равновесия.

f(P,T,V)

V=f(T,P)

P= f(T,V)

T= f(V,P)

в общем виде такие уравнения записываются в виде 3х переменных равных 0/ Все эти функции являются функциями состояния. Какое либо свойство системы численное значение которого полностью определяет состояние системы в данный момент. Изменение такой функции в любом процессе вычисляется по исходным и конечным величинам, независимо от пути осуществления этого процесса.

Это означает что бесконечно малое изменение какого либо параметра является полным дифференциалом

Потенциальная энергия тела E=m*g*h. это функция состояния так как она зависит от m и g и не зависит от h.

Термодинамические процессы это совокупность последрвательных состояний через которые после взаимодействия с внешней средой параметры системы претерпевают изменения. Если в результате измений в какомто из промежуточных состояний система находится в равновесии то система называется равновесной. Особенность:

1. Бесконечно большая длительность

2. равенство действия сил и противодействия

3. отсутствие потерь

Если система способна вернутся в исходное состояние, тоесть в обратном направлении, такой процесс называют обратимым. Если процесс возвращающий систему в первоночальное состояние без изменений во внешней среде и в самой системе то такой процесс называется обратимым. Процесс необратим если в окр среде и в самой системе остаются возникают изменения, тоесть необратимость процесса обусловлена их неравновесностью.

Равновесные процессы являются идеализируемой моделью и на практике не осуществимым.

Теплота и работа

являются 2мя формами передачи энергии (движение материи от одной системы к другой). Теплота – характеризует передачу движения за счёт хаотичного беспорядочного движения частиц. Которое осущечтвляется при контакте 2х тел имеющих различные тампературы. Её противоположность Работа – передача упорядоченного движения от одной системы к другой.

PVT работа и теплота не являются функциями состояния, так как их величина зависит от пути перехода от одного сорстояния к другому. Поэтому не говорим о малом или конечном приращении теплоты или работы, а пишем бесконечно малое. В самой системе теплота и работа не содержатся. В системе содержится энергия в виде различных форм движения которые могут становится работой и теплотой. Получаемой или отдаваемой системы. В процессе равновесного перехода Система может совершать работу А за счёт преодоления внешних сил. за счёт преодоления внешних сил, если на систему действует внешние силы. Тогда её можно записать

бесконечно малое колво производимой работы и бесконечно малое работы

работа в макро масштабе.

Изотермический процесс

T=const

наиболее частые процессы.

Используем уравнение выше приведённое и уравнение , можно получить.

этот процесс относится к изобарному процессу P=const. Применим к уравнению уравнение , выразив через T и P объём.

Изохорный процесс

При нём работа равна 0

P₁V₁=P₂V₂

V₂/V₁=P₁/P₂

Работа системы Положительна, а работа внешних сил указывается отрицательной.

1й Закон термодинамики

отражает закон сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам. Поглощением, выделением, преобразованием теплоты. В его основу положен принцип эквивалентности теплоты Q и работы А. Это равенство характерно для круговых процессов.

Q-A=0

Из этого выражения следует что невозможно построить механизм который бы совершал работу не потребляя энергии. Для не круговых процессов в которых система не возвращается в исходное состояние это уравнение не выполняется. Так как на ряду с превращением теплоты в работу происходят изменения в системе.

Внутренняя энергия системы – полная энергия системы включающая потенциальную и кинетическую энергию системы и связи составляющих вещество частиц. Внут энергия не зависит от состояния системы, определяется её параметрами и является функцией состояния для не круговых процессов. Q-A=ΔU. Тепло подводимое к системе расходуется на работу и изменение внутренней энергии. . Поэтому КПД тепло машин <1.

Все процессы делятся на:

1. Изобарные – протекающие при P – const.

2. Изохорные – протекающие при t – const.

поэтому часто нужно рассмотривать условия прохождение того или иного процесса. Кроме того учитывают в какой системе происходят такие процессы.

Из 1го закона термодинамики следует

Изолированные системы (без обмена вещества и энергии) – в такой системе не может осуществляется обмен энергией с окружающей средой и . и поэтому внутренняя энергия системы постоянна. Все процессы сопровождаются превращениями из одних форм энергии в другие при сохранении полной энергии системы. Большинство процессов в основе которых хим реакц протек в условиях постоянства объёма и давления.

1. Изобарный процесс – при постоянном давлении при переходе системы из состояния 1 в состояние 2 происходит совершение работы которая равна произведению P*V. После интегрирования выражения U₁→U₂ V₁→V₂ уравнение переписывается (Q_p – тепло при постоянном давлении) .

Функция приращения внутренней энергией работой против сил называется Энтальпией

при изобарном процессе теплота равно изменению энтольпии, поскольку p, V, U парамет ры системы, энтольпия тоже функция состояния системы.

2. Изохорный процесс – в ходе процесса объём системы постоянен и dV=0. В соответствии с 1м законом термодинамики работа не совершается Δα=0. Теплота процесса равна изменению внутренней энергии.

Можно выразить P, V через другие параметры, Используя уравнение Менделеева Клаперона. pV=NRT