Коллоквиум №2 : « Введение в химическую термодинамику и химическую кинетику».

1. Введение в химическую термодинамику.

1.1. Основные понятия и определения химической термодинамики. 1-ое начало (закон) термодинамики.

1. Что является предметом изучения химической термодинамики?

Основным предметом исследования термодинамики является система.

2. Дайте определение понятиям: термодинамическая система, окружающая среда, реагенты, продукты? Какие существуют виды т/д систем? Что их отличает? Приведите примеры различных систем.

Термодинамическая система – некая физическая система, состоящая из большого количества частиц, способная обмениваться с окружающей средой энергией и веществом.

Окружающая среда – часть материального мира, не являющаяся системой.

Реагенты – вещества, вступающие в процесс химического взаимодействия.

Продукты – вещества, образующиеся в конце процесса химического взаимодействия.

Типы систем:

а) Система открытая, если возможен обмен энергией и веществом.  б) Система закрытая, если обмен энергией возможен, а обмен веществом невозможен.  Закрытые системы дополнительно подразделяются по признаку возможности осуществления энергообмена следующим образом:  а) Система замкнутая, если энергообмен возможен, но работа над системой не совершается.  б) Система адиабатная, если полностью отсутствует энергообмен системы с окружающей средой.  в) Система изолированная, если невозможен обмен системы с окружающей средой ни энергией, ни веществом.

3. Что понимают под параметрами термодинамической системы? Перечислите их. Какие параметры называют экстенсивными, а какие интенсивными?

Термодинамические параметры - физические величины, характеризующие равновесное состояние термодинамической системы.

Экстенсивные параметры (пропорциональные объёму (или массе) системы):

а) внутренняя энергия U

б) энтропия S,

в) энтальпия Н, 

г) свободная энергия F (Гельмголъцаэнергия)

д) энергия Гиббса G

Интенсивные (не зависящие от массы системы)

а)температура Т

б) давление Р

в) концентрация С,

г) хим. потенциал 

4. Что понимают под термодинамическим процессом? Какие процессы называют изобарными, изохорными, изотермическими, изобарно-изотермическими, обратимыми и необратимыми? Что их отличает?

Термодинамический процесс — изменение макроскопического состояния термодинамической системы.

Изобарный процесс  — термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении и постоянной массе идеального газа.

Изохорный процесс — термодинамический процесс, который происходит при постоянном объёме. Для осуществления изохорного процесса в газе или жидкости достаточно нагревать (охлаждать) вещество в сосуде, который не изменяет своего объёма.

Изотермический процесс — термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

Обратимый процесс — термодинамический процесс, который может проходить как в прямом, так и в обратном направлении, проходя через одинаковые промежуточные состояния, причем система возвращается в исходное состояние без затрат энергии, и в окружающей среде не остается макроскопических изменений.

Необратимый - процесс, который нельзя провести в противоположном направлении через все те же самые промежуточные состояния. Все реальные процессы необратимы.

5. Какие формы обмена энергией между системой и окружающей средой или между системами рассматривает термодинамика? Приведите их символы, дайте соответствующие определения.

6. Что является термодинамическими характеристиками веществ и химических реакций? Что означает понятие функция состояния системы? Какие функции состояния Вы знаете? Как их обозначают? От чего они зависят?

7. Что называют внутренней энергией системы? Почему в термодинамических расчетах используют не абсолютные значения внутренней энергии U, а ее изменения U при переходе системы из одного состояния в другое?

Внутренняя энергия системы - сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы.

Абсолютное значение внутренней энергии не может быть найдено из опыта.

Абсолютные значения внутренних энергий и энтальпий индивидуальных веществ неизвестны, однако это не имеет значения, так как внутренние энергии и энтальпии можно отсчитывать от любого уровня, одинакового для исходных веществ и продуктов реакции. Тогда величины _ и U, характеризующие начало отсчета, будут исключены из окончательного результата, поскольку в левой и правой частях уравнения реакции находится одинаковое число атомов, из которых состоят реагирующие вещества.

8. Сформулируйте первое начало (закон) термодинамики. Приведите математическое выражение этого закона для изохорного и для изобарного процессов.

Первое начало термодинамики представляет собой формулировку обобщённого закона сохранения энергии для термодинамических процессов. В наиболее простой форме его можно записать как

Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил.

9. Дайте определение следующим понятиям: внутренняя энергия, энтропия, теплота, работа. Какие из этих величин относятся к функциям состояния? Почему?

Внутренняя энергия тела (обозначается как E или U) — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Энтропия — в естественных науках мера беспорядка системы, состоящей из многих элементов. 

Теплота сгорания — количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. 

Работа – форма передачи энергии от одной системы к другой, или от системы к ее окружению.

10. Что понимают под энтальпией химической реакции? В каких единицах измеряется? От чего зависит ее величина?

Энтальпия,— термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц. Проще говоря, энтальпия — это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенных температуре и давлении. Энтальпия измеряется - кДж/моль. энтальпия реакции - это разность между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования реагентов с учетом стехиометрических количеств веществ

ΔH = ∑(nΔH)_{продукты} - ∑(nΔH)_{реагенты}

Изменение энтальпии не зависит от пути процесса, зависит только начального и конечного состояния системы.

11. Что понимают под энергией Гиббса химической реакции? В каких единицах измеряется? От чего зависит ее величина?

Энергия Гиббса — это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции и дающая таким образом ответ на вопрос о принципиальной возможности протекания химической реакции. Это термодинамический потенциал следующего вида: Измеряется в Джоулях.