Основы химической термодинамики
Система – тело или группа тел, мысленно выделенных из окружающей среды. Окружающая среда – все, что находится за пределами системы.
Фаза – часть системы, ограниченная поверхностью раздела.
Классификация систем:
1. По отношению к окружающей среде.
Открытая система – обменивается с окружающей средой массой и энергией. Закрытая система – обменивается с окружающей средой только энергией.
Изолированная система – не обменивается ни массой, ни энергией.
2. По количеству фаз в системе.
Гомогенная система состоит из одной фазы. Гетерогенная система состоит из двух и более фаз.
Состояние системы - совокупность ее химических и физических свойств, которые подразделяются на термодинамические параметры состояния и
термодинамические функции.
Термодинамические параметры состояния – величины, которые могут быть непосредственно измерены (давление Р, температура Т, концентрация С, объем V).
Математическое выражение, связывающее параметры состояния, называется
уравнением состояния:
PV = νRT,
где ν – количество вещества.
Уравнение Менделееева-Клапейрона
Энергия системы -
мера способности системы совершать работу, качественная мера движения и взаимодействия материи.
Энергия является неотъемлемым свойством материи.
Полная энергия системы -
Потенциальная энергия, обусловленная положением тела в поле некоторых сил (Eп), кинетическая энергия, обусловленная изменением положения тела в пространстве (Eк) и внутренняя энергия (U). Единица измерения – Джоуль (Дж).
Термодинамические функции
–величины, которые не могут быть непосредственно измерены
изависят от параметров состояния.
Подразделяются
1. На функции состояния (U – внутренняя энергия; Н – энтальпия; S – энтропия, G – энергия Гиббса, А – изохорно- изотермический потенциал).
Измерение функций состояния не зависят от пути и способа проведения процесса, а зависят только от начального и конечного состояния системы.
Изменение функции, например, U = U2 − U1, не зависит от того, как осуществляется процесс.
2. Функции процесса
(Q – теплота; А – работа). Изменение функций процесса зависит от того, в каких условиях и каким путем протекал процесс.
Теплота и работа
– две разные формы передачи энергии от одной системы к другой или от системы к окружающей среде.
Теплота — форма передачи энергии путём неупорядоченного движения молекул. Передача энергии, вызываемая градиентом температуры, называется передачей теплоты. Теплота не является параметром состояния системы. Например, вода в стакане может иметь температуру 40 оС, но нельзя сказать, что вода содержит теплоту. Если нагреть воду до 70 оС, то ей нужно передать некоторую энергию в форме теплоты. Наоборот, при охлаждении воды до комнатной температуры часть энергии передается окружающей среде в виде теплоты.
Итак, понятие «теплота» относится не к состоянию системы, а к какому-то процессу ее передачи, т. е. теплота является функцией процесса. Единица измерения теплоты
– Джоуль (Дж). Если теплота поглощается системой, то величина ее количество в окружающей среде уменьшается, Q<0. Если теплота выделяется в окружающую среду, то величина Q>0.
Работа процесса –
это энергия, передаваемая одним телом другому при их взаимодействии и не зависящая от температуры. Система выполняет работу только если она преодолевает внешнее сопротивление. В этом случае работа положительна (А>0). Если работа выполняется над системой, то А <0. Пример – процесс
расширения и сжатия газа. То есть, работа также является функцией процесса.
S – площадь поршня, Δh = h2
– h1
A = FΔh, F = PS A = PS Δh = p ΔV