Химическая термодинамика. Рассчитать тепловые эффекты различных процессов Предсказывать, возможен ли процесс
 Скачать 176.81 Kb.
|
Термодинамика — наука, изучающая взаимные превращения различных видов энергии, связанные с переходом энергии в форме теплоты и работы.Термодинамика позволяет:
Значение термодинамики:
Превращения энергии, происходящие в живых организмах, являются предметом биоэнергетики. Термодинамическая система - тело или группа тел, фактически или мысленно отделённых от окружающей среды (часть объектов природы не входящих в систему). изолированная неизолированная не имеет обмена веществом и энергией с внешней средой (m = 0; E = 0). Закрытая система не обменивается с окружающей средой веществом, но может обмениваться с ней энергией и работой (m = 0; E 0). Открытая система может обмениваться с окружающей средой и веществом и энергией (m 0; E 0). Фаза - это часть системы с одинаковыми физическими и химическими свойствами, отделенная от других частей границей раздела, при переходе через которую свойства резко меняются. гомогенная гетерогенная состоит из одной фазы, отсутствуют границы раздела. состоит из нескольких фаз, отделенных границей раздела Свойства интенсивные экстенсивные свойства, которые не зависят от массы и которые выравниваются при контакте системы (t, p, , c, химический потенциал) свойства, зависящие от массы (V, m, теплоёмкость, U, H, S) Термодинамические процессы переход системы из одного равновесного состояния в другое, сопровождающийся изменением хотя бы одного термодинамического параметра.
самопроизвольные несамопроизвольные Не требуют затраты энергии извне (переход Q от нагретого к менее нагретому) Требуют затраты энергии для своего протекания (разделение смеси газов на составляющие компоненты). изотермический (Т = const), изобарный (р = const), изохорный (V = const), адиабатический (Q= const). Термодинамическое состояние системы - совокупность всех физических и химических свойств системы.
Термодинамические параметры - это совокупность физических величин, определяющих состояние системы: температура (t), давление (р), объем (V). концентрация (с). Называются стандартными, если они определяются при н.у.
В термодинамике для определения изменения энергии системы пользуются различными энергетическими характеристиками, которые называются термодинамическими функциями состояния системы.
Единицы измерения энергии: Джоуль (Дж) – очень маленькая величина, поэтому обычно используют кДж калория = кал 1 кал = 4.184 Дж Коэффициент пересчета: 1 кал 4,184 Дж Калория – это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 г воды на 1oC (от 14.5 to 15.5oC) Внутренняя энергия системы складывается из кинетической энергии движения молекул или атомов, образующих систему, потенциальной энергии их взаимодействия и внутримолекулярной энергии. Внутренняя энергия (U) Абсолютное значение внутренней энергии измерить невозможно, поэтому измеряют ее приращение: Uсистемы = Uкон - Uнач Бесконечно малое изменение Uявляется полным дифференциалом dU. Внутренняя энергия есть функция состояния системы, приращение которой (ΔU) равно теплоте, поступающей в систему при изохорном процессе (ΔV=const). ΔU=Q V , где Q V - теплота изохорного процесса.
Знак U: (+) значения: система получила энергию; (-) значения: система потеряла энергию. 2H2O(г) 2H2(г) + O2(г) 2H2(г) + O2(г) 2H2O(г) + энергия (выделяется) Внутренняя энергия U U< 0 ΔU>0 H2 (г), O2 (г) H2O (г) - энергия (поглощается) I закон термодинамики
Q = U + A Q - количество сообщенной системе теплоты; U - внутренняя энергия U = U2 – U1 W - суммарная работа, совершаемая системой A = Aполез + Aрасш Химические процессы сопровождаются изменением энергии. Система теряет теплоту за счет совершения ею работы против внешних силQ < 0 A > 0 Q > 0 A < 0 Выражения первого закона термодинамики для изохорного и изобарного процессов.При изохорном процессе объём системы постоянен (V = const). Q = U + pV = (U2-U1) + p(V2-V1) = U + р . 0 = U. Qv = U При изобарном процессе давление системы постоянен (Р = const). Q = U + pV = (U2-U1) + p(V2-V1) = (U2 + pV2) (U1 + pV1) = 2 1 = . Qр = Энтальпия Н выражают в Дж/моль Стандартной теплотой образования (f) называется тепловой эффект реакции образования 1 моль данного вещества из простых веществ при Т= 298,15К и Р= 10132 Па и при условии, что все участники реакции находятся в устойчивых агрегатных состояниях. Стандартной теплотой сгорания (с) называют теплоту, выделяющуюся при сгорании в атмосфере кислорода 1 моль вещества при стандартных условиях Т = 298,15К и Р = 101325Па до высших оксидов. Значение стандартных теплот образования и сгорания для некоторых веществ в газовом состоянии.
Закон ГессаТепловой эффект реакции не зависит от пути процесса, а определяется только начальным и конечным состояниями системы.
х.р.,298 = n . f, 298 прод - n . f,298 исх. 2. Тепловой эффект реакции при стандартных условиях равен разности между суммой энтальпий сгорания исходных веществ и суммой энтальпий сгорания продуктов реакции умноженных на соответствующие стехиометрические коэффициенты: х.р.,298 = n . с, 298 исх. - n . с,298 прод. II закон термодинамикиПостулат Клаузиуса (1850): Невозможен самопроизвольный переход теплоты от холодного тела к горячему. Формулировка В. Оствальда: Осуществление вечного двигателя второго рода невозможна. Под вечным двигателем второго рода подразумевают тепловую машину, превращающую всю теплоту в работу, то есть без передачи части ее холодильнику. Коэффициент полезного действия = Q1 - Q2 = A Q1 Q1 Q1 – теплота, полученная от источника, Q2 – теплота, отданная холодильнику, Q1 - Q2 – теплота превращенная в работу W. Энтропия (S) - термодиамическая функция показывающая изменение рассеивания энергии при переходе системы из одного состояния в другоеS Q/T [Дж/(моль.К)]
Физический смысл: энтропия – мера хаоса, неупорядоченности системы Постулат Планка: При абсолютном нуле энтропия идеального, индивидуального кристаллического вещества равна нулю. SТ = 0 2. От массы: Если массу системы увеличить в n раз при данной температуре, элементарное количество теплоты, подводимое к системе, увеличится в n раз. 3. От природы: Для изолированных систем может являться критерием самопроизвольного протекания процесса (S>0) 1. От температуры: Энтропия зависит: Sх.р.,298 = n . S 298 прод - n . S298 исх. Свободная энергия Гиббса
характеризует работоспособность системы, то есть определяет ту часть энергии, которая в изобарно-изотермическом процессе превращается в работу. Абсолютное значение потенциала неизвестна, а для расчетов используют изменение потенциала Gх.р.,298 = n . Gf, 298 прод - n . Gf,298 исх. G = G2 - G1 G = H - TS [кДж/моль] Реакции, для которых: ∆G<0 ∆G>0 экзергонические эндергонические В организме человека протекают и эндергонические реакции, но обязательным условием этого является их сопряжение с экзергоническими реакциями. Это возможно если обе реакции имеют какое-либо общее промежуточное соединение. Энергия Гиббса – критерий равновесия и самопроизвольного протекания процесса
|