Основы химической термодинамики

Предмет и роль химической термодинамики в изучении физико-химических и химических процессов. Методы и ограничения термодинамики. Основные понятия: тело, система, состояние, процесс, термодинамические параметры экстенсивные и интенсивные.

Идеальный газ. Газовые законы. Уравнение состояния идеального газа. Основное уравнение кинетической теории газов. Работа расширения идеального газа.

Формы существования материи. Закон сохранения материи. Формы энергии и формы обмена энергии системы с окружающей средой. Закон взаимосвязи массы и энергии. Уравнение Эйнштейна. Термические равновесия. Теплоемкость истинная, средняя, молярная, удельная. Теория теплоемкости газов. Число степеней свободы. Теплоемкость при постоянном давлении и объеме. Разность между изобарной и изохорной теплоемкостями идеального газа. Зависимость теплоемкости от температуры.

Первый закон термодинамики. Понятие о внутренней энергии. Энтальпия. Математическое выражение первого закона термодинамики. Изопроцессы. Адиабатный процесс. Частный случай уравнения первого законы термодинамики. Работа процессов: изобарного, изохорного, изотермического, адиабатного. Стандартные условия в термодинамике.

Приложение первого закона термодинамики к химическим процессам. Понятие о тепловом эффекте реакции. Термохимические уравнения. Закон Гесса и вытекающие из него следствия. Тепловые эффекты химических реакций при постоянном давлении и объеме. Энтальпийные диаграммы. Энтальпия образования, сгорания, растворения, фазовых переходов. Расчет теплового эффекта химических реакций, энергии связи, кристаллической решетки, гидратации ионизации. Зависимость теплового эффекта (энтальпии) реакции от температуры. Закон Кирхгофа. Второй закон термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Обратимое изотермическое расширение газов. Максимальная работа. Формулировка второго закона термодинамики. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Цикл Карно и максимальный коэффициент полезного действия. Математическое выражение второго закона термодинамики. Энтропия как функция состояния. Энтропия и термодинамическая вероятность. Уравнение Больцмана. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах. Третий закон термодинамики. Абсолютная энтропия. Изменение энтропии при изменении объема системы, температуры, числа частиц, при фазовых превращениях. Применение второго закона термодинамики к изолированной системе. Наиболее вероятное состояние системы и флуктуации. Критика идеалистической теории “тепловой смерти Вселенной”. Изменение энтропии в открытых системах. Применимость законов термодинамики к биологическим объектам. Особенности живых организмов для термодинамических исследований.

Основные термодинамические функции. Термодинамические потенциалы. Физический смысл потенциалов Гиббса и Гельмгольца. Условия самопроизвольного протекания процессов и достижения равновесия. Зависимость потенциала Гиббса от температуры и давления. Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Максимальная работа процесса и химическое сродство.