Лекция № 1. Основы химической термодинамики План

1. Основные понятия и определения химической термодинамики.

2. Первое начало термодинамики.

3. Законы термохимии.

4. Направление самопроизвольного протекания процессов. Второе начало термодинамики.

5. Особенности термодинамики биологических систем.

Химическая термодинамика изучает энергетические явления при химических процессах и устанавливает направление и пределы протекания процессов при заданных условиях.

1. Основные понятия и определения химической термодинамики.

Объектом изучения в химической термодинамике является система.

Система – это вещество или смесь веществ, мысленно или фактически выделенные из окружающей среды.

По характеру взаимодействия с окружающей средой различают открытые, закрытые и изолированные системы.

Открытые системы обмениваются с окружающей средой веществом и энергией.

Закрытые системы обмениваются с окружающей средой только энергией, но не веществом.

Изолированные системы не обмениваются с окружающей средой ни веществом, ни энергией.

По фазовому состоянию различают гомогенные и гетерогенные системы.

Гомогенные системы состоят из одной фазы. Примеры гомогенных систем: любые истинные растворы – плазма крови, воздух, сплавы.

Гетерогенные системы состоят из двух и более фаз. Примеры гетерогенных систем: осадок и раствор над ним, две несмешивающиеся жидкости, цельная кровь.

Фаза – это гомогенная часть системы с одинаковыми во всех точках свойствами и отделенная от других частей системы поверхностями раздела.

Система может находиться в различных состояниях, каждое из которых характеризуется определенным набором термодинамических параметров. Параметр – это любое свойство системы: температура, объем, давление, масса, количество вещества и т.д. Любое изменение одного или нескольких параметров системы означает переход системы из одного состояния в другое или процессом. В каждом состоянии система обладает определенными энергетическими характеристиками, которые являются функциями состояния системы

Функции состояния системы – это энергетические характеристики системы, которые зависят только от параметров состояния системы и не зависят от того, каким способом это состояние было достигнуто.

Внутренняя энергия, теплота, работа.

Внутренняя энергия системы (U) – это кинетическая энергия движения и потенциальная энергия взаимодействия всех частиц, образующих систему (молекул, ионов, электронов, ядер и т.д.)

Свойства внутренней энергии:

1) Внутренняя энергия является функцией состояния системы, т.е. ее изменение (U) не зависит от пути процесса, а определяется только начальным и конечным состоянием системы.

2) Абсолютное значение внутренней энергии не поддается определению, так как это требует учета слишком большого числа факторов, многие из которых современной науке неизвестны. Однако можно определить изменение внутренней энергии при переходе системы из одного состояния в другое. Этими относительными величинами и пользуются в термодинамических расчетах.

Энергообмен между системой и окружающей средой осуществляется путем совершения работы (А) или передачи теплоты (Q). Т.о., теплота и работа – формы передачи энергии.

Теплота – это микроскопическая форма передачи энергии путем хаотического движения частиц. Эта форма передачи энергии не имеет направления.

Работа – это макроскопическая форма передачи энергии путем перемещения масс под действием сил, она имеет направление.

Внутреннюю энергию, теплоту и работу измеряют в Дж и кДж.

В отличие от внутренней энергии, теплота и работа не являются функциями состояния системы. Их вклад в энергообмен между системой и окружающей средой при переходе системы из одного состояния в другое может быть различным в зависимости от пути этого перехода. Т.о., теплота и работа – функции пути.