22. Энергетика химических связей. Характеристика систем. Функции состояния.

Системой называется вещество или совокупность веществ, которые подвергаются экспериментальному или теоритическому изучению.

Система:

• открытая, если через границу, реальную или условную, разделяющую систему и внешнюю среду, может происходить обмен веществом и энергией (жидкость и ее пар)

• закрытая, если она может обмениваться с внешней средой энергией, но не может обмениваться веществом

• изолированная, не может обмениваться ни веществом, ни энергией.

Параметры состояния – это переменные величины, определяющие состояние системы: давление, температура, состав системы, объем системы.

Функции состояния – это состояние системы и происходящие в ней изменения, зависящие от параметров состояния и не зависящие от пути перехода системы из одного состояния в другое.

К функциям состояния относятся:

• внутренняя энергия (U)

• энтальпия (a)

• энтропия (S)

• изобарно-изотермический потенциал – энергия Гиббса (G)

Процессы, которые протекают при постоянном давлении, называются изобарными; при постоянной температуре – изотермическими; при постоянном объеме – изохорными.

23. Внутренняя энергия. Энтальпия и энтропия.

Внутренняя энергия систем – это полная энергия системы, состоящая из кинетической и потенциальной энергии.

Кинетическая энергия – энергия движения; потенциальная энергия – энергия взаимодействия тел, т.е. притяжения и отталкивания частиц.

U – внутренняя энергия

Любая система обменивается с внешней средой тепловой (Q) и механической (А) энергией, при этом происходит ее переход из первого состояния во второе.

∆U = U₂ - U₁, где U₂ – конечное состояние, U₁ – начальное состояние.

∆U = Q + A - т.е. кол-во энергии, которое выделяется или поглощается системой (Q + A) равняется изменению полной энергии системы.

Энтальпия (Н) — это свойство вещества, указывающее количество энергии, которую можно преобразовать в теплоту.

Энтальпия — это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии, сохранённой в его молекулярной структуре.

Это значит, что, хотя вещество может обладать энергией на основании температуры и давления, не всю её можно преобразовать в теплоту. Часть внутренней энергии всегда остаётся в веществе и поддерживает его молекулярную структуру. Часть кинетической энергии вещества недоступна, когда его температура приближается к температуре окружающей среды. Следовательно, энтальпия — это количество энергии, которая доступна для преобразования в теплоту при определенной температуре и давлении. Единицы энтальпии — джоуль для энергии и Дж/кг для удельной энергии.

Энтальпия или энергия расширенной системы Е равна сумме внутренней энергии газа U и потенциальной энергии поршня с грузом E_пот = pSx = pV

H = E = U + pV

Таким образом, энтальпия в данном состоянии представляет собой сумму внутренней энергии тела и работы, которую необходимо затратить, чтобы тело объёмом V ввести в окружающую среду, имеющую давление р и находящуюся с телом в равновесном состоянии. Энтальпия системы H — аналогично внутренней энергии — имеет вполне определенное значение для каждого состояния: ΔH = H2 − H1

Если система каким-либо путём возвращается в исходное состояние (круговой процесс), то изменение любого её параметра равно нулю, а отсюда ΔU = 0 и ΔH = 0.

Энтропия - понятие, впервые возникшее в термодинамике как мера необратимого рассеяния энергии.

Энтропию относят к определенным условиям – t = 25^о, p = 101,325 кПа, T = 298.

Энтропия (S (Дж/К)) связана с числом (W) равновероятных микроскопических состояний, которыми можно реализовать данное макроскопическое состояние системы, уравнением

S=k*lgW

Где K- коэффициент пропорциональности.

Наименьшую энтропию имеют идеально правильно построенные кристаллы при абсолютном нуле. Энтропия кристалла, который имеет какие-либо неправильности несколько больше.

С повышением температуры энтропия всегда возрастает, так же возрастает при превращение вещества из кристаллического состояния в жидкое, и в особенности при переходе из жидкого состояния в газообразное.

Энтропия зависит только от состояния системы. Но связь изменения энтропии с теплотой зависит от способа проведения процесса – от его скорости.

Если процесс проходит обратимо и при постоянной температуре:

Изменение S = Q_(обр)/T, где Q_(обр) - кол-во теплоты, T- абсолютная температура.