Глава 2. Химическая термодинамика.

Химическая термодинамика - это раздел химии, который изучает энергетические эффекты химических реакций. Это позволяет предсказывать устойчивость веществ в заданных условиях, способность веществ вступать в реакции. Химическая термодинамика обладает своим набором понятий. Объектом исследования являются термодинамические системы.

Система - это реально или мысленно отделенная от всего окружающего (внешней среды) группа тел, тело или часть пространства . Система

Граница (реальная или мнимая)

Внешняя среда

Любая система отделена от окружающей среды границей, реальной или воображаемой. . Выбор системы произволен. Система макрообъект, т.е. 2 молекулы – это не система.

Фаза - совокупность частей системы , обладающих во всех точках однородностью состава, химических и физических свойств и отделенных от других частей системы видимой поверхностью раздела. Системы, состоящие из одной фазы, называются гомогенными; системы, состоящие из нескольких фаз, называются гетерогенными. С окружающей средой система может обмениваться веществом и энергией. В зависимости от характера обмена система может быть:

– изолированной, которая не обменивается с окружающей средой энергией или массой. Внутри системы могут происходить передача теплоты от нагретой части к менее нагретой, превращения энергии, выравнивание концентраций.

– закрытой, не обменивающейся с внешней средой веществом, но обменивающейся энергией.

– открытой, которая может обмениваться с внешней средой веществом и энергией.

Для описания состояния, в котором система находится, служат переменные, называемые параметрами состояния (температура, давление, объем и количества каждого из веществ).

Для описания изменения состояния системы, т.е. реальных процессов, происходящих с системами термодинамика использует функции состояния.

Функцией состояния – Ф[p, T, V, n(B)] называется такая зависимая от параметров состояния характеристика системы, изменение которой определяется только начальным (1) и конечным состоянием (2) системы и не зависит от пути перехода.

ΔФ = Ф₂ [p₂, T₂, V₂, n₂(B)] – Ф₁[p₁, T₁, V₁, n₁(B)]

Рассмотрим подробнее функции состояния термодинами-ческой системы.

Внутренняя энергия системы U - характеризует общий запас энергии системы и включает все виды энергии движения и взаимодействия частиц, составляющих систему.

U = U_k + U_n + U_x + U_a

U_k- кинетическая энергия движения составных частей системы;

U_n- потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия;

U_x- энергия внутримолекулярной химической связи;

U_a- атомная энергия взаимодействия нуклонов в ядрах.

Абсолютное значение U определить невозможно, поэтому определяют изменение внутренней энергии (U) при переходе от одного состояния в другое.

U = U₂ - U₁

Энергия передается от одной системе к другой в форме работы или теплоты. Теплота и работа не являются функциями состояния и измеряются в Джоулях.

Теплота (Q) – количественная мера хаотического движения частиц данной системы. Энергия более нагретого тела в форме теплоты передается менее нагретому. При этом не происходит переноса вещества от одной системы к другой.

Работа (W) – количественная мера направленного движения частиц системы, мерой энергии, передаваемой от одной системы к другой за счет переноса вещества от одной системы к другой.

В термодинамике величина U считается положительной, если внутренняя энергия системы возрастает, теплота и работа считаются положительными (Q>0 и W>0), если система получает энергию в виде теплоты от окружающей среды и производит работу над окружением. Это так называемая термодинамическая система знаков.