Материал к экзамену по химии. Основные понятия термодинамики
 Скачать 1.97 Mb.
|
|
Билет 1. Основные понятия термодинамики. Интенсивные и экстенсивные параметры. Функция состояния. Внутренняя энергия. Работа и теплота - две формы передачи энергии. Типы термодинамических систем (изолированные, закрытые, открытые). Типы термодинамических процессов (изотермические, изобарные, изохорные). Стандартное состояние. Основные понятия термодинамики Термодинамика – это часть раздела физической химии, которая изучает энергетику физических, физико-химических, химических процессов, законы взаимного превращения различных видов энергии, связанных с переходом энергии между телами в форме теплоты и работы и отвечает на вопросы: 1) Возможен ли процесс? 2) В какую сторону, и при каких условиях он будет направлен. 3) Нахождение предела протекания процесса. 4) Выбор оптимального режима повышения выхода продукта Интенсивные параметры Это параметры, которые поддаются непосредственному измерению, не зависят от числа частиц в системе и выравниваются при контакте систем (температура (T), давление (P), концентрация (C), плотность () и т.д.) Экстенсивные параметры Это параметры системы, которые не поддаются непосредственному измерению, пропорциональны числу частиц в системе и суммируются при контакте систем (масса m, объём V, скорость v, энтальпия H, энтропия S, энергия Гиббса G) Функция состояния Функция состояния в термодинамике — функция независимых параметров, определяющих равновесное состояние термодинамической системы; не зависит от пути (характера процесса), следуя которому система пришла в рассматриваемое равновесное состояние. К функциям состояния относятся: - Внутренняя энергия - Энтропия - Энтальпия - Свободная энергия Гиббса и т.д. Внутренняя энергия Внутренняя энергия – это сумма всех видов энергии движения и взаимодействия частиц в системе. К ним относятся: а) Кинетическая энергия молекулярного движения б) Межмолекулярная энергия притяжения и отталкивания частиц в) Внутримолекулярная или химическая энергия. Величина внутренней энергии зависит от природы вещества, массы, параметров состояния системы. Внутреннюю энергию относят к 1 молю вещества и называют молярной внутренней энергией: [Дж/моль] Внутренняя энергия U – это общий запас энергии системы, слагаемой из кинетической энергии движения частиц (молекул, атомов, ионов, электронов и др.) и потенциальной энергии их взаимодействия Изменение внутренней энергии  не зависит от пути процесса и происходит путём поглощения или выделения теплоты и совершения работы , если внутренняя энергия системы при протекании процесса возрастает , если убывает , если не изменяетсяРабота и теплота - две формы передачи энергии Передача энергии осуществляет в виде теплоты (Q) и работы (A). Теплота – это нецеленаправленный способ передачи энергии. Работа – целенаправленный способ передачи энергии. Обозначение теплоты буквой Q применимо к тепловому эффекту с точки зрения окружающей среды (термохимический подход). Обозначение  применяется при рассмотрении теплового эффекта с точки зрения системы (термодинамический подход).[Q] = Дж, кДж  - экзотермический процесс ;  – эндотермический процесс Типы термодинамических систем (изолированные, закрытые, открытые) Термодинамическая система (ТДС) – объект изучения термодинамики. Это отдельное макроскопическое тело или группа тел, фактически или мысленно отделённых от окружающей среды границей раздела (перегородка, оболочка). ТДС характеризуется макроскопическими параметрами (объём, давление, температура и т.д.) и состоит из большого числа микроскопических частиц. Окружающая среда – всё, что находится в прямом или косвенном контакте с ТДС. Различают термодинамические системы: 1.) Изолированная – это система, которая не обменивается с окружающей средой ни массой, ни энергией. (в природе не существует) 2) Закрытая – это система, которая не обменивается с определенной средой массой, но обменивается энергией (пример - закрытый термос с чаем) 3) Открытая – это система, которая обменивается массой и энергией с окружающей средой. (например, живой организм) Термодинамическое равновесие – постоянство всех свойств во времени в любой точке системы и отсутствие потока вещества и энергии. Типы термодинамических процессов (изотермические, изобарные, изохорные) Изотермические: T=const,  = 0 (при постоянной температуре)Изохорические: V = const,  =0 (при постоянном объёме)Изобарические: P = const,  =0 (при постоянном давлении)Жизнедеятельность человека протекает при постоянстве температуры и давления, то есть изобарно-изотермические условия. Стандартное состояние Стандартные состояния — в химической термодинамике условно принятые состояния индивидуальных веществ и компонентов растворов при оценке термодинамических величин. Для газообразного вещества – состояние чистого вещества в газовой фазе, в котором оно имеет свойства идеального газа и давление 1 атм. Для растворенного вещества в твердом или жидком растворе – состояние вещества в растворе со стандартной концентрацией 1 моль/дм3, имеющем свойства бесконечно разбавленного раствора. Билет 2. Первое начало термодинамики. Энтальпия. Стандартная энтальпия образования вещества, стандартная энтальпия сгорания вещества. Стандартная энтальпия реакции. Закон Гесса и следствия из него. Применение первого начала термодинамики к биосистемам. Первое начало термодинамики Закон сохранения и превращения энергии: Энергия не создаётся и не уничтожается, возможны лишь превращения энергии из одного вида в другой в строго эквивалентных количествах (сформулирован Майером и Джоулем) Вечный двигатель первого рода невозможен, так как невозможно создать такой двигатель, который совершил бы работу без затрат энергии Если к закрытой системе подвести теплоту (Q), то эта энергия расходуется на увеличение внутренней энергии (  ) и совершение работы (A) против внешних сил окружающей среды  – против внешнего давления Следствия первого начала термодинамики: 1) В изобарных условиях (при P=const)    энтальпия (H) ;  ;  ( – термодинамический параметр) |