chemistry / chemistry1 / ХимиЯ / 116-117

ходит перенос вещества и энергии через систему. Термодинами! изучает переходы системы из одного состояния в другое. Но nej ходы должны осуществляться при термодинамическом равновеск, с окружающей средой, т.е. очень медленно, а в идеале — бесконеч-'< но медленно. При этом могут изменяться все параметры состояния¹ системы, либо некоторые параметры остаются без изменения. Если процессы перехода системы происходят при постоянстве каких-то параметров системы, то они называются:

а) изобарическими {р = const); ( б) изохорическими (V= const); \в) изотермическими (Г= const);

V) изобарно-изотермическими (р = const, T= const) и т.д.

Термодинамика изучает возможность или невозможность само­произвольного перехода системы из одного состояния в другое и энергетические эффекты этих переходов. Скорость и механизм процессов перехода — это области химической кинетики.

В последние годы получила развитие термодинамика неравно­весных процессов, которая изучает и скорости химических реак­ций. Основополагающий вклад в ее развитие внес И. Пригожий (Бельгия). Рассмотрение этого направления термодинамики выхо­дит за пределы нашего учебника.

Термодинамические свойства системы можно выразить с помо­щью нескольких функций состояния системы, называемых х^а -рактеристическими функциями: внутренней энер­гии U, энтальпии Н, энтропии £ энергии Гиббса G и энергии Гельмгольца F. К особенностям характеристических функций от­носится их независимость от способа (пути) достижения данного состояния системы. Их значение определяется состоянием систем, мы, т.е. параметрами системы (давлением, температурой и др.). К особенностям характеристических функций также относится зави­симость их величин от количества или массы вещества, поэтому принято относить их к одному молю вещества.

Итак, состояние и свойства системы можно характеризовать ее термодинамическими параметрами и характеристическими функ­циями.

Внутренняя энергия, теплота и работа. При проведении химичу ской реакции изменяется внутренняя энергия системы U. Внутрен­няя энергия включает в себя все виды энергии системы (энергию движения и взаимодействия молекул, атомов, ядер и других час­тиц, внутриядерную и другие виды энергии), кроме кинетическойj энергии движения системы, как целого, и потенциальной энер! 116

_ее положения. Как и любая характеристическая функция, внутрен­няя энергия зависит от состояния системы. Внутреннюю энергию нельзя измерить. Она представляет собой способность системы к совершению работы или передаче теплоты. Можно определить ее изменение At/при переходе из одного состояния в другое:

AU=U₁-U,,

где U₂ и Ui — внутренняя энергия системы в конечном и началь­ном состояниях. Значение AU положительно (А£/>0), если внут­ренняя энергия системы возрастает.

Изменение внутренней энергии можно измерить с помощью ра­боты и теплоты, так как система может обмениваться с внешней средой веществом или энергией в форме теплоты Q и работы W.

Теплота Q представляет собой количественную меру хаоти­ческого движения частиц данной системы или тела. Энергия более нагретого тела в форме теплоты передается менее нагретому телу. При этом не происходит переноса вещества от одной системы к другой или от одного тела к другому.

Работа W является количественной мерой направленного движения частйцТ мерой энергии, передаваемой от одной системы к другой за счет перемещения вещества от одной системы к другой под действием тех или иных сил, например гравитационных.

Теплота и работа измеряется в джоулях (Дж), килоджоулях (кДж) и мегаджоулях (МДж) и т.д. Положительной (W> 0) считает­ся работа, совершаемая системой против действия внешних сил, и теплота (Q>0), подводимая к системе. В отличие от внутренней энергии, работа и теплота зависят от способа проведения процесса, т.е. они являются функциями пути.

Количественное соотношение между изменением внутренней энергии, теплотой и работой устанавливает первый закон термодинамики:

(5.1)

Q = AU+ W.

Выражение (5.1) означает, что теплота, подведенная к системе, Расходуется на приращение внутренней энергии системы и на ра­боту системы над внешней средой.

Первый закон термодинамики является формой выражения закона ^с°хранения энергии. Согласно этому закону, энергия не может ни соз­даться, ни исчезать, но может превращаться из одной формы в

117