- •Часть I
- •Тема 3. Химическая термодинамика и кинетика.
- •Основные понятия и определения.
- •Первый закон термодинамики
- •Изменение энтальпии в различных химических и физико-химических процессах.
- •Второй закон термодинамики.
- •Абсолютная энтропия идеального кристалла при ок равна нулю.
- •Энергия Гиббса.
- •Анализ уравнения Гиббса.
- •Основные понятия.
- •Закон действия масс
- •Зависимость скорости от температуры.
- •2.3 Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие. Константа равновесия. Принцип Ле-Шателье. Фазовые равновесия. Правило фаз. Химическое равновесие.
- •Химическая кинетика. Химическое равновесие. Правило Ле Шателье-Брауна.
- •Фазовые равновесия.
- •Правило фаз.
- •Катализ Общие понятия.
- •Фотохимические реакции.
- •Тема 4. Растворы
- •Классификация дисперсных систем.
- •Общие свойства растворов.
- •Растворимость
- •Энергетика процесса растворения.
- •4.2Два вида электролитов: сильные и слабые электролиты. Электролитическая диссоциация в водных растворах. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Электролиты и неэлектролиты.
- •Водородный показатель, или pH раствора.
- •Тема 5. Окислительно-восстановительные и электрохимические процессы.
- •5.1.Электрохимические процессы. Равновесие на границе металл-раствор. Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Водородный электрод. Ряд напряжений. Гальванический элемент. Электродвижущая сила.
- •Электроны от перешли к ионам восстановили их в свободный металл и в растворе остались ионы железа.
- •Термодинамика гальванического элемента
- •Уравнение Нернста для определения потенциала при любых условиях
- •5.2. Электрохимические источники тока.
- •Химические цепи.
- •Свинцовый аккумулятор
- •Щелочной аккумулятор:
- •Топливные элементы.
- •Тема 2. Строение вещества
- •Валентность.
- •Тема 6. Химическая идентификация и анализ вещества.
- •6.1 Химическая идентификация вещества. Идентификация катионов и анионов. Количественный анализ: гравиметрический, титриметрический анализ.
- •Химическая идентификация вещества
- •Количественный анализ.
- •6.2 Инструментальные методы анализа.
- •Тема 7.Свойства металлов и их соединений
- •7.1. Физические и химические свойства металлов. Получение металлов. Металлические сплавы и композиты.
- •Тема 8 Полимерные материалы и их применение
- •8.1 Методы получения полимеров: полимеризация, поликонденсация. Свойства полимеров. Применение полимеров и олигомеров.
- •Тема 9. Заключительная лекция.
- •9.1. Экологические проблемы общества. Охрана воздушного и водного бассейна. Предельно допустимые нормы содержания вредных веществ в биосфере. Очистка сточных вод.
- •Классификация сточных вод и примесей в них.
- •Методы и оборудование для очистки сточных вод.
- •Биологическая очистка сточных вод.
- •Проверка воды на содержание газов. Дегазация.
- •Умягчение воды.
- •Методы опреснения воды
- •Электродиализ
- •Метод обратного осмоса
- •Опреснение воды вымораживанием
- •Метод опреснения воды основанный на явлении гидратации
- •Метод солнечной дистилляции
- •Список литературы
Второй закон термодинамики.
Самопроизвольный процесс, происходящий без изменения энергетического запаса системы совершается только в направлении, при котором энтропия возрастает (S>О);
Австрийским физиком Больцманом было установлено
Энтропия- это логарифмическое выражение вероятности существования системы.
R- универсальная газовая постоянная = 8,314 Дж/моль К;
N - постоянная Авогадро ();
Следовательно, чем большим числом макрочастиц представлена рассматриваемая макросистема, тем больше вариантов распределение этих частиц, при которых может быть достигнуто макросостояние, тем выше значение энтропии.
1. С повышением температуры энтропия возрастает, так как усиливается неупорядоченность, хаос в системе, т.е.:
, то
2. Энтропия скачкообразно увеличивается при переходе вещества (кристаллического) в жидкое, т.е. в процессе плавления:
Для веществ в кристаллическом состоянии характерна упорядоченность частиц и наличие ближнего и дальнего порядка. Частицы расположены в строгой последовательности.
Зависимость энтропии от температуры tможно выразить графиком:
Здесь необходима различать постепенное изменение энтропии () за счет изменения параметров состояния (Т) и скачкообразное – в результате фазовых переходов и химических реакций.
3. Процессы — нагревания, кипения, диссоциации, вызывающие увеличение
беспорядка сопровождаются увеличением энтропии.
4. Кристаллизация, полимеризация связана с уменьшением объема, сопровождаются уменьшением энтропии.
5. Чем тверже вещество, тем меньше его энтропия, чем мягче, тем энтропия больше.
По группам сверху вниз наблюдается увеличение энтропии. В отличие от всех других термодинамических функций энтропия имеет абсолютное значение.
Абсолютная энтропия идеального кристалла при ок равна нулю.
В идеальном кристалле при О К все частицы находятся в одном энергетическом состоянии, т.к. кристалл упорядочен, тепловое движение
отсутствует, то для идеального кристалла возможно только 1 состояние полной упорядоченности, т.е.
W=1
S=Kln1=0
Энтропии веществ как и их теплота образования принято относить к
определенным условиям (и)
Энтропию при этих условиях называют стандартной энтропией образования и её значения сведены в таблицу
Дж/моль* К
|
Дж/моль* К
| ||
Дж/моль* К
|
Дж/моль* К
|
|
|
Энтропия является функцией состояния системы и ее изменения в ходе химических реакций рассчитывается как разница суммарных энтропии продуктов реакций и исходных веществ
Вывод:
Изменение энтропии указывает на термодинамическую вероятность самопроизвольного протекания процесса. Если S > 0, то процесс, наиболее вероятен. S< 0, то процесс менее вероятен, но он может быть осуществлен.
Энергия Гиббса.
У любой химической реакции наблюдаются два противоположных тенденции: с одной стороны тенденция к достижению minэнергии путем образования более крупных частиц. Это описывается функциейН. С другой стороны тенденция к разбрасыванию частиц в большом объеме. Это описывается функцией состоянияS. Значит, самопроизвольному процессу способствует уменьшение энтальпии и увеличение энтропии.
Возможны 2 случая:
1. Н > 0
2. H< 0
Для оценки взаимного влияния 2-х этих функции введена функция G-свободная энергия Гиббса
Если есть функция состояния системы, то она, так же как и
не зависит от пути перехода из одного состояния в другое, а зависит от природы веществ и физического состояния.
Величины изменения свободной энергии Гиббса для ряда соединений, образованных из простых веществ при стандартных условиях даны в таблице. Измеряется в кДж/моль; ккал/моль. Gсильно зависит от температуры в отличии оти.
Величину Gпринято называть энергией Гиббса в честь американского
физика Д. У. Гиббса одного из основоположников современной химической
термодинамики.