Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ХТС учебн. пособие.doc
Скачиваний:
56
Добавлен:
17.08.2019
Размер:
1.66 Mб
Скачать

2. 3. Второе начало термодинамики

Одной из важнейших задач химической термодинамики яв­ляется выяснение принципиальной возможности (или невоз­можности) самопроизвольного протекания химической реакции в рассматриваемом направлении. В тех случаях, когда стано­вится ясно, что данное химическое взаимодействие происходить может, необходимо определить степень превращения исходных веществ и выход продуктов реакции, то есть полноту протекания реакции.

Предложены два метода определения возможности и на­правления протекания самопроизвольных процессов: метод фак­торов интенсивности и метод термодинамических функций.

- Метод факторов интенсивности. Интенсивными называются те свойства системы, которые не зависят от массы или количества вещества: температура, давление, концентрации и др. Согласно этому ме­тоду, самопроизвольно процессы могут протекать в направлении выравнивания факторов интенсивности (охлаждение - выравни­вание температуры, диффузия газов - выравнивание давления или концентрации). Равновесию соответствует состояние, в кото­ром значения фактора интенсивности одинаковы для всех частей системы. Однако данный метод имеет ограничения, он неприме­ним к однородным системам.

- Метод термодинамических функций. В соответствии с этим методом, самопроизвольно может протекать лишь тот про­цесс, в ходе которого определенная термодинамическая функция достигает своего экстремального значения (минимума или мак­симума). Причем экстремум характерен для состояния равнове­сия системы. Для каждого конкретного случая подбирается своя функция, которая в ходе самопроизвольного процесса либо рас­тет, либо уменьшается, достигая своего экстремального значения к моменту достижения системой состояния равновесия. Этот ме­тод является более общим подходом.

Термохимические исследования показывают, что большин­ство химических реакций сопровождается экзотермическим эф­фектом. Так, например, стандартная теплота образования более чем 90 % неорганических соединений имеет отрицательное зна­чение (ΔHf < 0). Следовательно, большая часть химических со­единений обладает меньшей энергией, чем суммарный запас энергии простых веществ, из которых получены сложные веще­ства. Основываясь на этом наблюдении, предположили, что реакция идет в том направлении, которое сопровождается выделением теплоты (принцип Бертло-Томсена). Однако существование эн­дотермических реакций говорит о том, что величина теплово­го эффекта не может служить универсальным критерием для выбора направления самопроизвольного процесса. Более того, в рамках первого начала термодинамики дать ответы на все эти вопросы не представляется возможным.

Направление протекания самопроизвольного процесса можно определить на основе второго закона или начала термодинамики, сформулированного, например, в виде постулата Клаузиуса:

Теплота сама собой не может переходить от холодного тела к горячему, т. е. невозможен такой процесс единственным резуль­татом которого был бы переход теплоты от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой.

Предложено множество формулировок второго начала термо­динамики. Формулировка Томсона - Планка:

Невозможен вечный двигатель второго рода, т. е. невозмож­на, такая периодически действующая машина, которая бы позволяла получать работу только за счет охлаждения источника тепла.