Элементы химической термодинамики.

Занимается изучением макросистем.

Термодинамическая система– совокупность взаимодействующих веществ, имеющих видимые или воображаемые границы с окружающей средой.

Они бывают: Изолированные и неизолированные.

Изолированные не обмениваются с внешней средой ни массой, ни энергией. Неизолированные делят на: открытые и замкнутые.

Открытые обмениваются и массой и энергией, а замкнутые только энергией.

Они бывают: Гомогенные, гетерогенные.

Гомогенные системы – системы, в которых состав и свойства не меняются в пространстве и во времени.

Гетерогенные системы – обычно однофазные. Состоят из нескольких фаз, свойства которых на границе раздела меняются скачком (дискретно)

Фаза– совокупность гомогенных частей системы, отличающихся по составу и свойствам или только по свойствам. Состав однороден или непрерывно меняется от точки к точке.

Параметр– свойство системы, которое можно измерить. Изменение параметров – процесс.

Параметры бывают: Экстенсивные и интенсивные.

Экстенсивные – Т, молярная масса, теплоемкость – не зависят от количества вещества

Интенсивные – объем, масса.

Уравнение состояния системы– связь между параметрами.

Процессы бывают:Самопроизвольные, вынужденные.

Самопроизвольные – протекающие в одном направлении, в результате которых не наступают существенные изменения в окружающей среде и системе.

Вынужденные – протекают при существующем внешнем воздействии, в результате которых наступают изменения в системе и окружающей среде.

Процессы бывают: Равновесные (в прямом и обратном направлении), неравновесные (только в прямом)

Химическая термодинамика позволяет: 1) Оценить тепловые эффекты процессов 2) возможность и направление процессов 3) научиться управлять процессами и рассчитывать, до каких равновесных состояний процесс протекает 4) выход продукта реакции.

Химическая термодинамика базируется на 2 законах:

1 ЗАКОН: Энергия не возникает и не исчезает, а превращается в другую, в эквивалентных количествах..U– Энергия взаимодействия всех частиц системы, куда не входит Е_ки Е_п.W– затраченная и полезная работа. Полезная, если меняется состав системы.

Изобарный процесс.

.-энтальпия(полное теплосодержание системы (внутренняя энергия и потенциальная работа)).

Изохорный процесс.

. Если не учитывать в реакции газо- и парообразные вещества, то

Основным законом термодинамикиявляется закон Гесса Г.Н. : Тепловой эффект химической реакции не зависит от пути процесса, а определяется видом и состоянием конечных и исходных веществ. Он справедлив приT=const.

Следствие:Тепловой эффект реакции равен сумме энтальпий образований конечных веществ минус сумма энтальпий начальных.

-стандартное Н образования, где 0-давление,f-образование, 298 – стандартная температура.

- это тепловой эффект реакции образования сложных веществ из устойчивых модификаций простых веществ, следовательно, для простых веществ=0, а для сложных – справочная величина [кДж/моль]

Эндотермический процесс >0

Экзотермический процесс <0

Знание теплового эффекта реакции не позволяет определить направленность, хотя большинство самопроизвольных процессов – экзо.

2 Закон термодинамики. Единственным результатом любой совокупности процессов не может быть только лишь переход энергии от менее нагретого тела к более нагретому (Клаузиус 1850 год)

Энтропия(превращение энергии) – логарифмическая термодинамическая вероятность.[Дж/моль К].

Термодинамическая вероятность – совокупность микросостояний, посредством которой может быть реализовано данное макросостояние. - стандартная энтропия. Абсолютную величину можно измерить. Еслито=0 – функция неупорядоченности системы.S– мера бесполезности теплоты. Используется для определения направления процесса в изолированных системах. Процесс протекает самопроизвольно, если. При достижении равновесного состояния, а самоSдостигает максимального значения (изолированная система). Для определения направления процесса неизвестной системы используют энергию Гиббса.

при стандартных условиях. В самопроизвольных процессах.

(энтропийный фактор)

(энтальпийный фактор)

>обычно

(изобарно-изотермический потенциал – назвал Гиббс)

- энергия Гиббса. Абсолютную величину нельзя измерить.

- можно измерить. Является также мерой химического сродства – способность взаимодействовать друг с другом.

1. Если >, то<0. Вещества обладают химическим сродством. Протекают в прямом направлении.

2. Если <, то>0. Реакция самопроизвольно протекает в обратном направлении.

3. Если =, то=0. Система в состоянии равновесия. Протекает в прямом и обратном направлениях с постоянной скоростью.

4. <0, >0 – при любых, то<0.

5. >0, <0 ->0. Процесс невозможен в прямом направлении.

6. >0, >0 – при достижении некоторойT>- процесс возможен

7. <0, <0 – при достижении некоторойT, процесс невозможен.

связано сconstхимического равновесия. Рассмотри реакция превращения А в В.

.., где Р_i-парциальное давление.

. Если, то.

В химической реакции . Для простых веществ=0.

Химическая кинетика и химическое равновесие.

Химическая кинетика– учение о скорости и механизме протекания реакций.

Скорость реакции– изменение действующей массы (Д.М.) в единицу времени в единице объема для гомогенных и на единице поверхности для гетерогенных.

В качестве Д.М. можно использовать любую характеристику, связанную с количеством взаимодействующих веществ.

Механизм– последовательность протекания отдельных стадий. Если одна из стадий протекает с меньшей скоростью, то эта стадия называется лимитирующей.

На скорость реакции влияют: концентрация, температура, катализаторы. Предположим, что мы рассматриваем гомогенные, односторонние. Д.М. – молярная концентрация – С.

.=.

Основным законом химической кинематики является закон Д.М. (ЗДМ), сформулированный в 1865-1867 годах Гульберном и Вааге: При постоянной температуре скорость химической реакций прямо пропорциональна произведению действующих масс реагирующих веществ.

, где А и В – концентрации.k–constхимической реакции. Если, то.

Физический смыслконстанты скорости реакции:k– равняется скорости реакции при единичных концентрациях веществ. Зависит от природы реагирующих веществ и Т.

. Это связано с тем, что реакция сложная, протекает в несколько стадий, а записанное уравнение отражает только результат, а не отдельную стадию.

Обычно химические реакции классифицируютпо молекулярности и порядку.

Под молекулярностю понимаютчисло молекул, участвующих в элементарных химических взаимодействиях. Знание молекулярности еще недостаточно для записи уравнения ЗДМ.

Порядок реакции n. Различают 0-порядковые и более.

Порядок реакции – число молекул, участвующих в определяющей стадии.

Введение nпозволяет выполнять расчеты, но не вскрывает механизм реакции.

Закономерности реакций последних порядков.