Раздел 5. Физическая и коллоидная химия.

f

Тема 5л. 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.

Е[араметры состояния системы связаны между собой соотношением, которое называется уравнением состояния. Для п молей идеального газа уравнением со­стояния является уравнение Менделеева-Клайперона:

PV-nRT

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 Г есса?