ФизХимия / ФХ_Т3ПЕЧ
.doc|
|
|
Физическая химия.
Термодинамика. Лекция Т3. «».
-
Содержание.
I - ое начало термодинамики и химические реакции. Термохимия.
-
Начинаем с повторений.
Термодинамические параметры. Парциальные величины. Энергию нельзя измерить непосредственно, только (1) теплообмен с окружающей средой, и (2) работу над окружающей средой.
|
аналогия |
Зарядка ↔ разряд аккумулятора |
-
Первое начало.
|
|
|
Рис.Т3.1. Самая простая схема: изохора, изобара, адиабата.
I.
II.
III.
|
,
тепло поглощается, работа совершается;
.
,
однако
.
,
по определению – адиабата!
История учит, что
сумма (теплота + механическая работа)
получает более общий смысл:
(работа над средой в циклическом процессе)
(теплота, поглощаемая из среды), и вот
закон
или
.
Математика учит,
что условие
является достаточным, чтобы назвать
полным дифференциалом некоторой функции.
Это и есть внутренняя энергия (U)
системы:
не зависит от пути циклического процесса.
|
постулат заклинание I-ое начало ТД |
Невозможно построить периодически действующую тепловую машину, создающую работу без затрат энергии из окружающей среды. Вечный двигатель (I - ого рода) невозможен. |
Для любой системы
.
Теплота и работа – формы ( способы)
передачи энергии, т.е. они связаны с
процессом, а не с состоянием системы.
Первое начало ТД вводит понятие «энергия»
и утверждает
(не доказывает!),
что
.
В закрытой системе
и тогда
.
|
пример |
Если
определить
|
и
,
получается
,
а для конечных изменений: Q=∆U+A.
|
определение |
Теплоемкость системы – отношение количества сообщенной «ей» теплоты к изменению «ее» температуры.
|
,
,
.
,
.
|
пример |
Для
одного моля одноатомного газа
|
,
а
.Для
твердых тел (1819г, Дюлонг и Пти) молярная
.
-
Термохимия: объект изучения – теплота.
Химические реакции сопровождаются выделением или поглощением тепла.
|
Закон Гесса |
Тепловой эффект химической реакции не зависит от пути реакции, а только от природы начальных и конечных состояний веществ. |
1836 год, теория теплорода… Единица измерения – калория – была предложена до того, как установили эквивалентность теплоты и работы.
Итак,
и если
,
и если внешних работ нет,
.
|
I-ая важная идея |
Два условия (Т1 = Т2) и (V = const) и похожи, и не одинаковы: Т1 = Т2 относится к методу измерения, начало и конец; V = const относится ко всем этапам превращения. |
|
II-ая важная идея |
Необходимо точно характеризовать состояние исходной системы и продуктов реакции, иначе грош цена точному измерению ∆Q. Не любая химическая реакция подходит… |
|
пример |
H2(г)+1/2 O2(г) = H2O(ж)+Q1 KCL(т)+(300 H2O) = KCL(раствор)+ Q2 Si(кр)+O2(г) = 0.75 SiO2(амор)+0.25 SiO2(кр)+Q3 |
Если условия
проведения реакции не изохорические
(V
= const)
а близкие к материаловедению изобарические
(P
= const),
тогда
.
|
определение |
энтальпия системы (H) – функция состояния. H ≡ U+PV |
В этом случае тепловой эффект реакции ∆Hp ≡ ∆Up+P∆V. Практика термохимических расчетов заключается в подсчете разностей энергий – уровень отсчета произволен. Если происходит поглощение теплоты системой из окружающей среды (dQv>0, (e)→(i)), тепловой эффект считается положительным, а реакция называется эндотермической. В противном случае – (dQv<0, (e)→(i)),экзотермической.
Договоренность о стандартном состоянии!
|
Определение 1931 |
Стандартное состояние системы – 1.013∙105 Па и 298К |
|
Пример точности |
Al2O3
|
-
Глоссарий.
Энтальпия системы (H) – функция состояния, H ≡ U+PV.
Стандартное состояние системы – 1.013∙105 Па и 298К.
Теплоемкость системы – отношение количества сообщенной «ей» теплоты к изменению «ее» температуры.
Закон Гесса - тепловой эффект химической реакции не зависит от пути реакции, а только от природы начальных и конечных состояний веществ.
Мораль Т3.
|
Для |
материаловеда, |
|
который |
обращает внимание на тепловые эффекты, сопровождающие превращения, |
|
термохимия |
является идеологией |
|
которая |
объединяет термодинамику и теорию химических реакций. |
|
В отличие от |
эмпирических рекомендаций и аналогий |
|
термохимия |
предоставляет метод расчета, пригодный для экспериментальной проверки в макроскопических системах. |
Таблица Т3.
|
Уместный вопрос |
Возможный ответ |
|
Почему I-ое начало термодинамики рассматривается в физической химии как самостоятельный закон? |
|
|
Каким образом I-ое начало термодинамики устанавливает связь между понятиями «теплота» и «работа»? |
|
|
Что такое теплоемкость системы? |
|
|
Что такое средняя, удельная и молярная теплоемкость вещества? |
|
|
Каким образом теплоемкость зависит от температуры? |
|
|
В чем заключается закон Гесса для теплового эффекта химических реакций? |
|
|
Что такое экзо- и эндотермические реакции? |
|
|
Какие условия характеризуют стандартное состояние вещества? |
|