7 Основні термодинамічні рівняннядля опису енергії поверхневих шарів.

Для термодинамического описания поверхностных явлений необходимы уравнения как для самих поверхностных слоёв, так и для комплекса поверхностного слоя с одной или с двумя объёмными фазами.

dU=dQ – dA (1) –первый закон термодинамики. Закон сохранения превращения энергии: внутрення энергия системы является однозначной функцией её состояния и изменяется только под влиянием внешних воздействий. Внешние вздействия:

-А – работа, которая совершается системой или которую внешние тела совершают над системой. Если А>0, то система совершает работу.

-Q –количество теплоты, которая в процессе теплопроводности (теплопередачи) передаётся системе или отнимается от неё. Если Q>0, то тепло передаётся системе.

Второй закон термодинамики утверждает о существовании у любой термодинамической системы однозначные функции состояния – энтропия (S). При любых процессах, происходящих в системе её энтромия не может убывать:

dS = dQ / T. (2)

Уравнение для объёмных фаз. Из первого и второго закона термодинамики следует, что изменение dU открытой системы в равновесных условиях:

dU = TdS + dA + Σ μi dmi, (3) где

μi – химический потенциал – функция состояния, используемая для описания термодинамической системы с переменным числом частиц.

dA – работа, совершаемая над системой внешними телами

n – число компонентов

m – число молей i-того компонента.

Если внешние тела совершают только механическую работу, то величина dA даётся выражениями:

Для объёмной фазы: dA = - pdV (4)

Для поверхностного слоя :dA = - pdV + σ Fn (5)

(р-давление, V-объём, Fn-площадь поверхности, σ-поверхностная энергия)

Подстановка (4) в (3) приводит к основному фундоментальному уравнению для объёмных фаз:

dU = TdS – pdV + Σμi dmi (6)

Из которого можно получить, что эдентично:

F = U – TS = -pV + Σμi dmi (7)

H = U + pV = TS + Σμi dmi (8)

G = U – TS + pV (9)

Уравнение для поверхностных слоёв:

dU = TdS – pdV + σ Fn + Σμi dmi (10)

U = TS – pV + σ Fn + Σμi dmi (11)

Применять уравнение (3) к поврехностному слою можно лишь при условии самостоятельного существования поверхностного слоя. Уравнения (10), (11) в равной степени применимы к поврехностному слою и к сколь угодно толстому слою двуфазной системы, содержащей внутри себя поверхностный слой.

8 Характеристичні функції(6), термодинамічні потенціали, оцінка спрямованості протікання реакцій

9 Загальна характеристика методів розрахунку вільної енергії Гібса..

Термодинамические потенциалі (ТП) – єто функции состояния переменніх, определяющие состояние системі при помощи которіх можно вічислить работу, производимую системой в обратимом процессе при заданніх условиях.

К числу ТП относятся характеристические термодинамические функции: U, H, F, G.

G = H – TS = U + pV – TS – свободная энергия Гиббса, та часть энергии которая выделяется или поглощается при химической реакции, протекающей при постоянной температуре и давлении.

На практике чаще имеют дело с процессами при постоянном давлении, поэтому при анализе принципиальной возможности процесса чаще используют энергию Гиббса.

Три случая направленности реакции:

1. dG < 0 – самопроизвольный (без затраты работы) процесс принципиально возможен, химическая реакция самопроизвольно может протекать в прямом направлении.

2. dG > 0 – самопроизвольный процесс не возможен, химическая реакция самопроизвольно не протекает. Может происходить за счёт получения энергии извне.

3. dG = 0 – процесс находится в состоянии равновесия. Это предел самопроизвольного протекания процесса при постоянных температуре и давлениях.