5

Введение

Термодинамика изучает переходы энергии из одной формы в другую, от одной части системы к другой, энергетические эффекты, сопровождающие химические или физические процессы в зависимости от их протекания, возможность, направление и самопроизвольность протекания процесса в данных условиях.

Термодинамика базируется на двух принципах. Первый связан с законом сохранения энергии. Он устанавливает связь между количеством теплоты, полученной или выделенной в процессе количеством произведённой или полученной работы и изменением внутренней энергии. Второй закон позволяет в общей форме определить возможность, направление и предел самопроизвольного протекания различных процессов, а также состояние равновесия и зависимость его от внешних условий. Таким образом, можно выбрать условия протекания процесса в нужном направлении и с необходимой степенью превращения.

Состояние системы характеризуется совокупностью её физических и химических свойств. Термодинамическими параметрами состояния системы являются любые величины, служащие для характеристики состояния системы: температура, объём, давление, энтальпия, энтропия, энергия Гиббса, теплоемкость.

Любая система стремится к равновесию, так как это термодинамически устойчивое состояние.

Рассчитав энтальпию процесса, можем судить о том, с поглощением или выделением тепла протекает данная реакция. Но по изменению энтальпии нельзя судить о самопроизвольности протекания процесса. Для определения направления процесса необходим расчёт энтропии или энергии Гиббса. Затем, определив энергию Гиббса, можем рассчитать константу равновесия процесса и степень превращения исходных веществ.

1 Влияние температуры 300, 350, 400 к при давлении 0,1 мПа

1.1 Расчет изменения энергии Гиббса

Расчет изменения энергии Гиббса осуществляется по закону Гесса [1]:

∆Gº_хр = ∑ ν_i · ∆Gº_i ^{прод. р.} - ∑ ν_i · ∆Gº_i ^{исх. вещ.} , (1.1)

где ∆Gº_хр – энергия Гиббса химической реакции, ккал/моль;

ν_i – стехиометрический коэффициент i – го компонента в уравнении химической реакции;

∆Gº_i ^{прод. р.} – энергия Гиббса образования продуктов реакции, ккал/моль;

∆Gº_i ^{исх. вещ.} – энергия Гиббса образования исходных веществ, ккал/моль.

Расчёт энергии Гиббса продуктов реакции и исходных веществ по методу Чермена [1]:

∆Gº = А + В · Т, (1.2)

где ∆Gº – энергия Гиббса, ккал/моль;

А, В – групповые составляющие;

Т – температура, К.

1.1.1 Расчёт энергий Гиббса процесса гидратации пентена-1 при температуре 300 к

1. Расчёт энергии Гиббса образования пентанола-1.

Таблица 1.1 – Значения групповых составляющих пентена-1 для определения энергии Гиббса

	А, ккал/моль	В·10^2, ккал/моль
− СН3	-10,833	2,176
2(> СН2)	-5,283 · 2	2,443 · 2
СН2=СН –	14,281	1,642
∑	-7,118	8,704

Расчет энергии Гиббса осуществляется по уравнению (1.2)

∆Gº = -7,118 + 8,704 · 10^-2· 300 = 18,994 ккал/моль.

2. Расчет энергии Гиббса образования воды.

Таблица 1.2 – Значения групповых составляющих воды для определения энергии Гиббса

	А, ккал/моль	В·10^2, ккал/моль
Н2О	-58,076	1,154
∑	-58,076	1,154

Расчет энергии Гиббса осуществляется по уравнению (1.2)

∆Gº = -58,076+ 1,154 · 10^-2· 300 = -54,614 ккал/моль.

3. Расчёт энергии Гиббса образования пентанола-1.

Таблица 1.3 – Значения групповых составляющих пентанола-1 для определения энергии Гиббса

	А, ккал/моль	В·10^2, ккал/моль
− СН3	-10,833	2,176
4(> СН2)	-5,283 · 4	2,443 · 4
(− ОН)перв.	-42,959	1,134
∑	-74,924	13,082

Расчет энергии Гиббса осуществляется по уравнению (1.2)

∆Gº = -74,924 + 13,082 · 10^-2· 300 = -35,678 ккал/моль.

4) Расчёт энергии Гиббса образования пентанола-2.

Таблица 1.4 – Значения групповых составляющих пентанола-2 для определения энергии Гиббса

	А, ккал/моль	В·10^2, ккал/моль
2(− СН3)	-10,833 · 2	2,176 · 2
2(> СН2)	-5,283 · 2	2,443 · 2
> СН −	-0,756	2,942
(− ОН)втор.	-44,538	1,18
∑	-77,526	14,32

Расчет энергии Гиббса осуществляется по уравнению (1.2)

∆Gº = -77,526+ 14,32 · 10^-2· 300 = -34,566 ккал/моль.

5) Расчёт энергии Гиббса процесса гидратации пентена-1с получением пентанола-1 при температуре 300 К по уравнению (1.1).

Gº_хр = -35,678 − 18,994 + 54,62 = -0,058 ккал/моль.

6) Расчёт энергии Гиббса процесса гидратации пентена-1 с получением пентанола-2 при температуре 300 К по уравнению (1.1).

∆Gº_хр = -34,566 − 18,994 + 54,62 = 1,054 ккал/моль.