лекция по физхимии. Лекция 1. Лекция Предмет физической химии. Химическая термодинамика основные понятия и определения. Первый закон термодинамики

• Название: Лекция Предмет физической химии. Химическая термодинамика основные понятия и определения. Первый закон термодинамики
• Анкор: лекция по физхимии
• Дата: 17.05.2023
• Размер: 259.87 Kb.
• Имя файла: Лекция 1.pptx
• Тип: Лекция; #1139222

Лекция 1. Предмет физической химии. Химическая термодинамика: основные понятия и определения. Первый закон термодинамики

Предмет физической химии

Физическая химия – наука о закономерностях химических процессов и химических явлений.
Физическая химия – наука об общих законах, определяющих строение и химическое превращение веществ при различных внешних условиях. Исследует химические явления с помощью теоретических и экспериментальных методов физики.

Задачи физической химии

Главное внимание в физической химии уделяется:

установлению и исследованию законов протекания химических процессов;
состоянию равновесия;
изучению строения и свойств молекул.

Задачи физической химии

Основная задача физической химии:

предсказание хода химического процесса и конечного результата;
возможность управлять химическим процессом, то есть обеспечить наиболее быстрое и полное проведение реакции при наибольшей его селективности.

Теоретические методы физической химии

квантово - химический;
термодинамический;
кинетический

Экспериментальные методы

спектроскопия: ИК, УФ, ЯМР, ЭПР, комбинированного рассеивания, масс-спектроскопия;
дифракционные, рентгеноструктурный анализ, например;
электрохимические: потенциометрия, кондуктометрия;
калориметрия – измерение тепловых эффектов реакции;
фемтоскопия

Разделы физической химии

строение вещества и спектроскопия;
равновесная химическая термодинамика;
химическое равновесие;
фазовое равновесие;
растворы;
электрохимия;
кинетика и катализ

История развития науки Физическая химия

М.В. Ломоносов в 1752-1753гг.
К. Шееле (Швеция) и Ф. Фонтане (Франция) - адсорбция газов (18 век)
Д. Дальтон, Гей-Люссак и Авогадро- законы газообразного состояния (19 век)
Н.Н. Бекетов – первый курс физхимии (1860г. Харьковский университете)
20-21вв.- строение молекул, квантовая химия, электрохимия, химическая динамика, неравновесная термодинамика

Химическая термодинамика

therme - теплота dynamis – сила

Термодинамика – наука, изучающая количественное соотношение между теплотой, работой и различными формами энергии.
Химическая термодинамика – наука, изучающая превращения энергии химических реакций в теплоту и работу.

Основные понятия и определения

Система – совокупность тел, взаимодействующих между собой и обособленных от окружающей среды реальной или воображаемой границей (оболочкой):

- изолированная;

- неизолированная

Система

Изолированная система – запрещен обмен системы с окружающей средой веществом и энергией.
Неизолированная система – возможен обмен системы с окружающей средой:

- открытая;

- закрытая;

- адиабатическая

Неизолированная система

Закрытые системы – разрешен обмен энергией, запрещен веществом
Адиабатические системы – разрешен обмен веществом, запрещен энергией
Открытые системы – разрешен обмен веществом и энергией

Термодинамические параметры

Термодинамическое состояние системы – совокупность ее свойств (параметров, переменных).
Термодинамические параметры:

- внешние - определяются свойствами и обобщенными координатами системы в окружающей среде и зависят от контактов системы с окружением; число таких параметров ограничено;

- внутренние - характеризуют свойства системы, число таких параметров неограниченно;

Термодинамические параметры

Экстенсивные - прямо пропорциональны массе системы или числу частиц ( V, U, l, S, q и т.д. ); могут быть измерены путем сопоставления с некоторой стандартной величиной и подчиняются закону аддитивности;
Интенсивные - не зависят от массы системы или числа частиц, определяются через экстенсивные параметры (р, Т, ρ и т.д.); определяются только опосредованно, через некую экстенсивную величину. Отношение любых двух экстенсивных параметров является интенсивным параметром, (мольный объем Vm или мольная доля х).

Термодинамический процесс

Термодинамический процесс – всякое изменение в системе, связанное с изменением хотя бы одного из термодинамических параметров:

самопроизвольный,
несамопроизвольный,
обратимый,
необратимый или неравновесный

Термодинамический процесс

- изобарный (p-const),

- изотермический (T-const),

- изохорный (V-const) ,

- адиабатический (Q=0,δQ=0)

Равновесное состояние

равновесное состояние - свойства системы не меняются во времени при одновременном отсутствии потоков вещества и энергии.
Основное положение термодинамики (0-й закон): если на границе системы с окружающей средой поддерживаются постоянные значения интенсивных параметров, то система рано или поздно придет к состоянию равновесия.

Функция состояния

Функция состояния – функция, зависящая от начального и конечного состояния системы и не зависящая от пути перехода из одного состояния в другое

∆ФС = ФС2 – ФС1

∆U - внутренняя энергия,

∆H - энтальпия,

∆S - энтропия,

∆G - свободная энергия Гиббса,

∆ F- свободная энергия Гельмгольца

Свойства функции состояния

изменение функции является ее полным дифференциалом, то есть обозначается dФС;
при переходе из состояния 1 в состояние 2 : = ФС2 – ФС1;
в результате любого циклического процесса функция состояния не изменяется:

Функция процесса

Функция процесса (или перехода)- функция, значение которой зависит от пути процесса, по которому происходит изменение состояния:

- теплота δQ ;

- работа δA

δ - бесконечно малое изменение величины

Внутренняя энергия системы

Внутренняя энергия системы (dU) – общий запас энергии всех частиц (электронов, ионов, атомов, молекул) системы, складывается из кинетической энергии частиц и потенциальной энергии взаимодействия между ними.

Способы изменения внутренней энергии:

- теплота δQ

- работа δA

Первый закон термодинамики

переход энергии возможен в эквивалентном количестве;
в изолированной системе запас энергии остается постоянным;
«вечный двигатель первого рода» невозможен, то есть невозможно получить работу без затраты энергии.

Первый закон термодинамики

δQ= dU + δA (1.1)

δQ= dU + рdV (1.2),

теплота, сообщаемая системе, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение этой системой работы

dU= δQ - δA (1.3)

изменение внутренней энергии системы является следствием передачи теплоты и совершения системой работы

Работа в различных процессах

Изобарный процесс (p-const):

А= nR(T2 – T1) (1.4)

Изотермический процесс (Т-const):

A=nRTln (1.5) A=nRTln (1.6)

Изохорный процесс (V-const): А=0 (1.7)

Адиабатический процесс (δQ=0)

А= nCV(T1 –T2) (1.8) ,

CV - изохорная теплоемкость

Литература

А.Г. Сромберг, Д.П. Семченко. Физическая химия. Учебник для химико-технологических специальностей вузов. – Высшая школа. 2006г. и др. годы издания.
В.В. Еремин, С.И. Каргов, И.А. Успенская. Основы физической химии. Учебник в 2х частях. М. Лаборатория знаний. 2019г.
Н.С. Кудряшева. Физическая химия. Электронное учебное пособие. –Красноярск: ИПК Сибирский Федеральный Университет. 2009г.
Герасимов Я.И. Курс физической химии. 2т. М. Химия. 1973г.