Формулировки

Существуют несколько эквивалентных формулировок второго начала термодинамики:

• Постулат Клаузиуса: «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему»^[1] (такой процесс называется процессом Клаузиуса).

• Постулат Томсона (Кельвина): «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара» (такой процесс называется процессом Томсона).

Эквивалентность этих формулировок легко показать. В самом деле, допустим, что постулат Клаузиуса неверен, то есть существует процесс, единственным результатом которого была бы передача тепла от более холодного тела к более горячему. Тогда возьмем два тела с различной температурой (нагреватель и холодильник) и проведем несколько циклов тепловой машины, забрав тепло Q₁ у нагревателя, отдав Q₂ холодильнику и совершив при этом работу A = Q₁ − Q₂. После этого воспользуемся процессом Клаузиуса и вернем тепло Q₂ от холодильника нагревателю. В результате получается, что мы совершили работу только за счет отъёма теплоты от нагревателя, то есть постулат Томсона тоже неверен.

С другой стороны, предположим, что неверен постулат Томсона. Тогда можно отнять часть тепла у более холодного тела и превратить в механическую работу. Эту работу можно превратить в тепло, например, с помощью трения, нагрев более горячее тело. Значит, из неверности постулата Томсона следует неверность постулата Клаузиуса.

Таким образом, постулаты Клаузиуса и Томсона эквивалентны.

Другая формулировка второго начала термодинамики основывается на понятии энтропии:

• «Энтропия изолированной системы не может уменьшаться» (закон неубывания энтропии).

Такая формулировка основывается на представлении об энтропии как о функции состояния системы, что также должно быть постулировано.

Второе начало термодинамики в аксиоматической формулировке Рудольфа Юлиуса Клаузиуса (R. J. Clausius, 1865) имеет следующий вид^[2]:

Для любой квазиравновесной термодинамической системы существует однозначная функция термодинамического состояния S = S(T,x,N), называемая энтропией, такая, что ее полный дифференциал dS = δQ / T.

В состоянии с максимальной энтропией макроскопические необратимые процессы (а процесс передачи тепла всегда является необратимым из-за постулата Клаузиуса) невозможны.

27. Роль химии в жизни общества. Атом , молекула , ион- основные определения.

Химия в нашей стране служит одним из мощных средств построения общества. Мощный химической промышленности, непрерывно растет и развивается требуется пополнение кадров высококвалифицированных химиков. Химию широко применяют в в сих отраслях промышленности.

Химия делает существенный вклад в создание различных материалов: металлических и неметаллических.

В последнее время требования к материалам неуклонно растут. Это объясняется тем, что значительно шире применяются теперь экстремальные воздействия – сверхвысокие и сверхнизкие давления и температуры, ударные и взрывные волны, ионизирующие излучения, ферменты. Учитывая это возрастает роль химии в создании новых материалов, способных сопротивляться этим влияниям.

Особое место среди новых материалов занимают композиты.

Композиционные материалы, состоящие из пластмассовой основы (матрицы) и наполнителя, называются композитами.

Многими своими свойствами – прочностью, ударно вязкостью, прочностью от усталости и т.д. – композиты значительно превышают традиционные материалы, благодаря чему потребности общества в них и вообще в новых материалах непрерывно растут. На изготовление композитов тратят большие средства, этим объясняется тот факт, что главными потребителями композитов пока есть Автогенная и космическая промышленность.

Природа, которая нас окружает, кажется, неисчерпаема кладовой с которой промышленность берет сырье. По мере развития науки и техники все больше новых полезных ископаемых используется для добычи продуктов в-ва, появляются новые виды сырья.

За последние 5 лет многих полезных ископаемых было добыто более чем за всю историю человечества. Теперь в мире ежегодно изымается и перерабатывается 100 млрд. Т горных пород. Многие сырьевые источники быстро используются, в результате чего и возникает сырьевая проблема. Уже сейчас многие страны испытывают острую нехватку отдельных видов сырья ресурсов. В Украине, например, не хватает такой острой минерального сырья, как нефть и природный газ.

Химики отвечают за рациональное использование сырья, его комплексную переработку, ликвидацию отходов, многие из которых наносят непоправимый вред окружающей среде и здоровью человека. Разработка новых способов комплексного использования сырья имеет огромное значение.

Неисчерпаемым источником сырья являются промышленные и бытовые отходы. Они отравляют водоемы, заражают почву и воздух, загромождают территории. Задача химиков состоит в обезвреживании отходов. Для этого очистные сооружения В Украине установлены нормы допустимого содержания веществ в газообразных промышленных выбросах и сточных водах.

Обеспеченность энергией в важнейшим условием социально-экономического развития любой страны. Ее промышленности, транспорта, с / х, сфер культуры быта.

Особенно много энергии потребляет химическая промышленность. Химические производства вместе с нефтехимическими есть энергоемкими отраслями индустрии. Выпуская 7% промышленной продукции, они потребляют в пределах 13-20% энергии, расходуемой всей промышленностью.

Источниками энергии зачастую являются традиционные неподходящие природные ресурсы – уголь, нефть, природный газ, торф, сланцы. В последнее время они очень быстро истощаются. Особенно ускоренными темпами уменьшаются запасы нефти и природного газа, а они ограничены и невосполнимы. Неудивительно, что это порождает энергетическое проблему. В разных странах энергетическую проблему решают по-разному, однако везде в ее решение значительный вклад делает химия.

Очень перспективной представляется водородная энергетика, основанная на сжигании водорода, при котором вредные выбросы не возникают. Однако для ее развития необходимо решить ряд задач, объединенных снижением себестоимости водорода, созданием надежных средств его хранения и транспортировки, если эти задачи будут решены водород будет широко использоваться в аварии, водном и наземном транспорте, промышленном и с / х-м производстве.

Роль химии в жизни общества очень велика. Она применяется во всех отраслях промышленности в природе, науке и технике

А́том (от др.-греч. ἄτομος — неделимый) — наименьшая химически неделимая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств^[1]. Атом состоит из атомного ядра и электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента.

Атомы различного вида в разных количествах, связанные межатомными связями, образуют молекулы.

Моле́кула (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles — масса) — электрически нейтральная частица, состоящая из двух или более связанных ковалентными связями атомов^[1], наименьшая частица химического вещества, обладающая всеми его химическими свойствами^[2].

Обычно подразумевается, что молекулы нейтральны (не несут электрических зарядов) и не несут неспаренных электронов (все валентности насыщены); заряженные молекулы называют ионами, молекулы с мультиплетностью, отличной от единицы (то есть с неспаренными электронами и ненасыщенными валентностями) — радикалами.

Молекулы относительно высокой молекулярной массы, состоящие из повторяющихся низкомолекулярных фрагментов, называются макромолекулами^[3].

Особенности строения молекул определяют физические свойства вещества, состоящего из этих молекул.

К веществам, сохраняющим молекулярную структуру в твердом состоянии, относятся, например, вода, оксид углерода (IV), многие органические вещества. Они характеризуются низкими температурами плавления и кипения. Большинство же твердых (кристаллических) неорганических веществ состоят не из молекул, а из других частиц (ионов, атомов) и существуют в виде макротел (кристалл хлорида натрия, кусок меди и т. д.)^[2].

Состав молекул сложных веществ выражается при помощи химических формул^[2]

Ио́н (др.-греч. ἰόν — идущее) — одноатомная или многоатомная электрически заряженная частица, образующаяся в результате потери или присоединения атомом или молекулой одного или нескольких электронов. Ионизация (процесс образования ионов) может происходить при высоких температурах, под воздействием электрического поля.

В виде самостоятельных частиц ионы встречаются во всех агрегатных состояниях вещества — в газах (в частности, в атмосфере), в жидкостях (в расплавах и растворах), в кристаллах и в плазме (в частности, в межзвёздном пространстве).

Заряд иона кратен заряду электрона. Понятие и термин «ион» ввёл в 1834 году Майкл Фарадей, который, изучая действие электрического тока на водные растворы кислот, щелочей и солей, предположил, что электропроводность таких растворов обусловлена движением ионов. Положительно заряженные ионы, движущиеся в растворе к отрицательному полюсу (катоду), Фарадей назвал катионами, а отрицательно заряженные, движущиеся к положительному полюсу (аноду) — анионами.

Являясь химически активными частицами, ионы вступают в реакции с атомами, молекулами и между собой. В растворах ионы образуются в результате электролитической диссоциации и обусловливают свойства электролитов.

28. Связь между строением атомов и свойством химических элементов .

29. Набор четырех квантовых чисел и состояние электронов в атоме.

  Квантовые числа – целые или дробные числа, определяющие возможные значения физических величин, характеризующих квантовую систему (молекулу, атом, атомное ядро, элементарную частицу). Квантовые числа отражают дискретность (квантованность) физических величин, характеризующих микросистему. Набор квантовых чисел, исчерпывающе описывающих микросистему, называют полным. Так состояние электрона в атоме водорода определяется четырьмя квантовыми числами: главным квантовым числом n (может принимать значения 1, 2, 3, …), определяющим энергию Е_n электрона (Е_n = -13.6/n² эВ); орбитальным квантовым числом l  0, 1, 2, …, n – 1, определяющим величину L орбитального момента количества движения электрона (L = [l(l + 1)]^1/2); магнитным квантовым числом m < ± l , определяющим направление вектора орбитального момента; и квантовым числом m_s = ± 1/2, определяющим направление вектора спина электрона.