Задание 13

Основные понятия термодинамики: термодинамическая система, термодинамические параметры, функции состояния. Классификация термодинамических систем. Понятие о внутренней энергии и энтальгии. Первый закон термодинамики. Классификация термодинамических процессов.

Термодинамика – наука, изучающая все виды энергии и процессы их взаимных превращений. Объект изучения – термодинамическая система.

Термодинамическая система – тело или группа тел, выбранных для изучения термодинамическими методами. Все тела, не входящие в термодинамическую систему, называют окружающей средой.

Поверхность раздела – реальная или воображаемая поверхность, отделяющая систему от окружающей среды.

Термодинамическими величинами называют физические величины, используемые для описания состояний и процессов в термодинамических системах. Термодинамика рассматривает эти величины как некоторые макроскопические параметры, присущие системе или процессу в системе, но не связывает их со свойствами системы на микроскопическом уровне рассмотрения.

Фу́нкциясостоя́ния — функция, определяющая состояние системы:

• Термодинамическая функция состояния.

• Волновая функция в квантовой механике.

Классификация термодинамических систем:

1. По числу фаз (гомогенные (1 фаза): H₂O; гетерогенные (несколько фаз): все живые организмы).

2. По возможности обмена с окружающей средой теплом и энергией (открытые (обмен массой и энергией): все живые организмы; закрытые (обмен энергией): запаянная ампула; изолированные (-): термос, сосуд Дюара.

Классификация ТД процессов: изотермический (температура – константа), изобарный (давление), изохорный (объем).

Внутренняя энергия – энергия системы, представляющая собой сумму всех энергий внутри и межмолекулярных взаимодействий. Она не включает кинетическую и потенциальную энергии.

Энтальпи́я — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.Проще говоря, энтальпия — это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенном постоянном давлении.

Первое начало термодинамики — один из трёх основных законов термодинамики, представляет собой закон сохранения энергии для термодинамических систем.

Формулировка. Энергия не исчезает, а может быть преобразована из одной формы – другой.

.

Основной работой, совершенной системой – работа расширения (работа против внешнего мира).

Задание 14

Тепловые эффекты химических реакций. Первый закон Гесса и следствия из него. Термодинамические расчеты для энергетической характеристики биохимических процессов и оценки калорийности продуктов питания.

Термохимия изучает тепло ТД реакции.

СТО – теплота образования одного моля вещества в стандартных условиях из простых веществ.

СТЗ – теплота сгорания одного моль вещества при стандартных условиях, ведущих к образованию высших оксидов.

Тепловой эффект химической реакции или изменение энтальпии системы вследствие протекания химической реакции — отнесенное к изменению химической переменной количество теплоты, полученное системой, в которой прошла химическая реакция и продукты реакции приняли температуру реагентов. Реакция должна протекать либо при постоянном объёме Q_v(изохорный процесс), либо при постоянном давлении Q_p( изобарный процесс).В системе не совершается никакой работы, кроме возможной при P = const работы расширения.

Различают такие типы тепловых эффектов:

- Стандартная энтальпия образования (стандартная теплота образования)

- Температурная зависимость теплового эффекта (энтальпии) реакции

- Стандартная энтальпия сгорания

- Стандартная энтальпия растворения

- Стандартная энтальпия нейтрализации

Закон Гесса – основной закон термохимии, который формируется следующим образом. Тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания. Иными словами, количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при каком-либо процессе, всегда одно и то же, независимо от того, протекает ли данное химическое превращение в одну или в несколько стадий. Например, окисление глюкозы в организме осуществляется по очень сложному многостадийному механизму, однако суммарный тепловой эффект всех стадий данного процесса равен теплоте сгорания глюкозы.

Принципиально термодинамический расчет химических реакций можно проводить двумя путями. Конкретные термодинамические расчеты химических реакций требуют, естественно, знания в явном виде соответствующих термодинамических функций. Для большинства индивидуальных веществ термодинамические функции имеются в виде таблиц. Здесь не будут поясняться методы, используемые для их определения. Ограничимся поэтому только некоторыми общими замечаниями.

Изучение изменений внутренней энергии при химических превращениях имеет большое значение для развития теоретических основ химии, так как является одним из основных путей для изучения энергии отдельных химических связей в молекуле и количественного познания прочности этих связей и реакционной способности молекул. Кроме того, изменения внутренней энергии при реакции являются необходимыми исходными величинами для термодинамических расчетов химических реакций, имеющих большое значение для химических исследований и в химико-технологической практике.