1. Термодинамические системы и процессы, их свойства и характеристики. Первый закон термодинамики.

Термодинамическая система – это любая физическая система, состоящая из большого количества частиц и способная обмениваться с окружающей средой веществом и энергией.

Термодинамический процесс – это изменение макроскопического состояния системы.

Состояние ТС определяется: температурой, давлением, объёмом, энергией Гиббса, энергией Гельмгольца. внутренней энергией, энтропией и энтальпией.

Свобо́дная эне́ргия Гельмго́льца — термодинамический потенциал, убыль которого в квазистатическом изотермическом процессе равна работе, совершённой системой над внешними телами.

Если состояние системы не меняется со временем, то она находится в равновесии.

Процессы делятся на равновесные и неравновесные, на обратимые и необратимые. Равновесный процесс – это процесс, при котором все состояния, через которые проходит система, являются равновесными.

Первый закон термодинамики – «в любой изолированной системе количество энергии является постоянным» или, что лучше, «количество теплоты, получаемое системой, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил»

Q =/\U + A – общее

Q=/\U + P/\V – изобарный

Q=/\U = m/M Cv /\T – изохорный, Cv – моляр. Теплоёмкость

Q=A=m/M RT ln V2/V1 – ихотермический

2. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса и следствия из него.

Тепловой эффект – это количество теплоты, полученное системой, в которой прошла химическая реакция. Тепловой эффект равен изменению энтальпии /\H.

Чтобы тепловой эффект зависел только от характера химической реакции, нужно, чтобы, во-первых, процесс был либо изобарным, либо изохорным, и во-вторых, чтобы в системе не совершалось никакой работы (кроме работы расширения при изобарном процессе).

Изменение энтальпии реакции при увеличении температуры от Т1 до Т2 рассчитывают по закону Кирхгофа:

/\H(T2) = /\H(T1) + T1~T2 (/\Cp(T1,T2) dT), где /\Cp – изменение теплоёмкости в интервале температур

Закон Гесса – «тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, не зависит от пути протекания реакции, а зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов»

Следствия закона Гесса:

- Тепловой эффект прямой реакции равен по величине и противоположен по знаку тепловому эффекту обратной реакции

- Тепловой эффект реакции равен [сумма теплот образования продуктов реакции ΔHf (умноженных на коэффициенты) минус сумма теплот образования реагентов]

- Тепловой эффект реакции равен [сумма теплот сгорания реагентов ΔHс (умн. на коэф.) минус сумма теплот сгорания продуктов]

3. Скорость гомогенной химической реакции. Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов

Скорость химической реакции – это изменение концентрации одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства.

Гомогенная реакция – реакция в гомогенной системе, то есть в системе, в любой части которой химический состав и физические свойства не меняются или меняются непрерывно, без скачков.

Скорость гомогенной реакции может определяться по изменению концентрации любого из реагирующих веществ по закону действующих масс.

Он выглядит как Vi = +-d[Ci]/dt. Минус ставится, если мы рассматриваем любое из исходных веществ, плюс – если продукт. Зависит и от коэффициентов.

В реакции aA + bB = cC + dD он будет действовать так:

V = -1/a*d[A]/dt = -1/b* d[B]/dt = 1/c*d[C]/dt = 1/d* d[D]/dt

Может быть, важнее следующее:

Скорость химической реакции в любой момент времени пропорциональна концентрациям реагентов, возведённых в некоторые степени. Так, в реакции выше:

V = k*(C(A)^a)*C(B)^b, где k – константа скорости реакции (считается по уравнению Аррениуса), а C(A) C(B) концентрации веществ A и B.

Уравнение Аррениуса: k = A*e^(-Ea/(RT)), где

A – частота столкновений реагирующих молекул, Ea – энергия активации

Зависимость А от температура:

A = a * T^0,5