5.2. Изменение свойств термодинамической системы
Пусть некоторая газовая система находится в состоянии 1 и характеризуется некоторыми значениями V1, P1, T1. Оказывая на систему какое-либо воздействие, т.е. изменяя значение этих свойств, мы можем перевести систему в состояние 2 с параметрами V2, P2, T2 по пути 1абс2, либо по пути 1д 2.
2
2
V2, P2, T2 V2, P2, T2
б
с
1
а 1
д 
V1, P1, T1 V1, P1, T1
Эти пути в общем случае называются путями изменения системы, а в химии - пути реакции. Оказывается, что изменение свойств системы при переходе из состояния 1 в состояние 2 определяется только этими состояниями и не зависит от пути, т.е. V=V2-V1, P=P2-Р1, Т = Т2 – Т1. В самом деле, неважно, в каком порядке мы проводим сжатие, расширение или нагрев системы, важно, какими они стали в результате.
ЕСЛИ ИЗМЕНЕИЕ КАКОГО-ЛИБО ПАРАМЕТРА СИСТЕМЫ НЕ ЗАВИСИТ ОТ ПУТИ ПРЕВРАЩЕНИЙ, ТО ЭТОТ ПАРАМЕТР ЯВЛЯЕТСЯ СВОЙСТВОМ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (ФУНКЦИЕЙ СОСТОЯНИЯ).
В зависимости от постоянства того или иного параметра в термодинамике различают ИЗОТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ – идут при постоянной температуре, ИЗОБАРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ – идут при постоянном давлении,
46
ИЗОХОРИЧЕСКИЕ – при постоянном объеме. Процессы, в которых совершается работа, но при этом система не обменивается теплом с окружающей средой, называются АДИАБАТИЧЕСКИМИ.
5.3. Энергия, работа, теплота
Из всех видов энергии химическая термодинамика оперирует прежде всего с внутренней энергией системы – U (кДж). Запас внутренней энергии в системе определяется суммой кинетических энергий частиц и всех видов взаимодействий между частицами, образующими эту систему. Абсолютное значение внутренней энергии измерению не поддается, однако можно измерить ее изменение () относительно некоторого условного нулевого значения, оговоренного при стандартных условиях (ст.усл.), за которые в термодинамике принята температура 298 К (250С) и давление 101325 Па (1атм). Считается, что если в ходе какого-либо процесса внутренняя энергия возрастает, то U – величина положительная, если убывает- то отрицательная. Внутренняя энергия системы является ее свойством, т.е. не зависит от пути реакции, а определяется только разностью энергий начального и конечного состояний.
В ходе химических превращений энергия может передаваться от одной системы к другой в виде теплоты Q, работы А против внешних сил, действующих на систему, либо в виде различного вида излучений. Теплота и работа имеют размерность энергии, но далеко не однозначны с ней. И та и другая являются мерами энергии или формами ее передачи, но не являются свойствами системы, т.е. нельзя говорить о том, что они запасены в веществе. Говоря о работе мы всегда имеем в виду некоторый процесс, который одна система совершает над другой. Газ, расширяясь в цилиндре с поршнем, может сжать пружину и тем самым передать ей часть своей энергии. Следовательно, работа является одной из форм передачи энергии и носит макроскопический характер.
Второй формой передачи энергии является теплота, которую также нельзя рассматривать как запас свойства в веществе. Понятие теплоты часто отождествляют с запасом кинетической энергии частиц вещества. Однако это не совсем верно. Так, например, теплота, отдаваемая при конденсации пара, образуется в основном за счет уменьшения потенциальной энергии взаимодействия молекул. При передаче энергии в виде теплоты система получает ее в микромолекулярной форме, т.е. в виде изменения энергии взаимодействия частиц и энергии их движения.
Подытоживая, можно сказать, что работа является макрофизической формой передачи энергии, а теплота - микрофизической.