Раздел 5. Физическая и коллоидная химия.

Тема 5.1. Вступление. Основные понятия и законы термодинамики. Термохимия.

Предмет и задачи физической и коллоидной химии. Термодинамика.

Термохимия. Тепловой эффект реакции при постоянном давлении, измеряемый изме­нением энтальпии, термохимические уравнения, теплота (энтальпия) образование и разложение· Теплота сгорания. Теплота растворения. Основные законы термохимии.

Термохимические расчеты, их значение в энергетике биохимических и физиологических процессов.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Физическая химия – это наука, изучающая связь химических и физических свойств веществ, физических и химических явлений и процессов.

Для теоретических обобщений и практических выводов физическая химия широко используется термодинамическим методом исследования, который дает точные соотно­шения между энергией и свойствами систем. Химическая термодинамика изучает вза­имные переходы химической энергии в другие формы энергии, энергетические эффекты химических процессов, их зависимость от внешних условий, а также возможность и направление химических реакций при заданных свойствах.

Необходимо усвоить некоторые понятия и термины, используемые при изучении раздела «Термодинамика».

В термодинамике под системой понимают вещество или группу взаимодействующих веществ, фактически или мысленно обособленных от окружающей среды. Тела, находя­щиеся за пределами термодинамической системы, называют окружающей средой.

К изолированным относятся системы, которые не обмениваются массой и энергией с внешней средой. Системы бывают гомогенными (однофазными), обладающими одинако­выми физическими свойствами и химическими в любой части объема, например, воз­дух, раствор хлорида калия, раствор поваренной соли без осадка. Гетерогенной системой называет систему, состоящую из различных фаз. Так, системы: насыщенный раствор соли - твердая соль, лед - пар, жидкая вода - пар являются гетерогенными (разнородными) системами. Характерной чертой таких систем будет наличие в них поверхностей, отделяющих одну фазу от другой - граница раздела фаз, например, растительное масло с водой, супы, щи, борщи. Состояние системы описывается тер­модинамическими параметрами – температурой, давлением, объемом, концентрацией, внутренней энергией.

Параметры состояния системы связаны между собой соотношением, которое называ­ется уравнением состояния. Для n молей идеального газа уравнением состояния яв­ляется уравнение Менделеева-Клайперона:

PV= nRТ

Изменение термодинамических параметров состояния системы приводит к возникно­вению термодинамического процесса. Если термодинамические параметры с течением времени самопроизвольно не изменяются и сохраняют одинаковые значения в пределах каждой фазы, то состояние является равновесным. Состояния, характеризуемые не­равномерным и изменяющимся во времени распределением температуры, давления и со­става внутри фаз, относятся к неравновесным.

Различные термодинамические процессы, протекающие при постоянной температуре, называются изотермическими, при постоянном давлении - изобарными (например, в автоклаве, приготовление пищи в скороварке), при постоянном объёме - изохорными.

Все тела (термодинамические системы) в природе независимо от агрегатного состояния обладают определенным запасом внутренней энергии, представляющей собой сумму энергий, движение всевозможных частиц, из которых они состоят, молекул, ионов, атомов, электронов, протонов, и т.д.

Изучите законы термодинамики. Первый закон термодинамики является постулатом и не доказывается логическим путем.

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ОБУЧАЮЩИЙСЯ ДОЛЖЕН ЗНАТЬ И УМЕТЬ:

- Содержание и задачи физической и коллоидной химии.

- Основные понятия термодинамики.

- Термохимия, законы термохимии.

- Объяснять понятие термодинамики.

- Объяснять суть законов термодинамики и термохимии.

- Записывать математическое выражение законов термодинамики и термохимии.

- Производить расчеты на основании закона Гесса и следствия из него.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:

1. Приведите примеры гомогенных и гетерогенных систем из технологии приготовле­ния пищи.

2. Дайте математическое выражение первого закона термодинамики и объясните со­держание входящих в него величин.

3. Приведите примеры экзо- и эндотермических реакций.

4. Какие уравнения называются термохимическими и почему в них могут быть дроб­ные коэффициенты?

5. Что называется тепловым эффектом реакции, и в каких единицах он выражается?

6. Как формулируется закон Гесса?