Элементы химической термодинамики Основные понятия

Термодинамика (от греч. Theme – тепло + Dinamis – сила) - наука о превращениях различных видов энергии при взаимодействиях между объектами, которые ограничиваются тепловым обменом и работой. Она исторически возникла как эмпирическая наука об основных способах преобразования внутренней энергии тел для совершения механической работы. Однако в процессе своего развития термодинамика позволила теоретически предсказать многие явления задолго до появления теории, описывающей эти явления. Изучением химических и физико-химических процессов занимается часть термодинамики, называемая химической термодинамикой.

Химическая термодинамика рассматривает явления, относящиеся к области химии: изучает зависимость свойств веществ от их химического состава и строения, от условий существования данного вещества. Она базируется на двух основных законах, называемых первым (закон А. Лавуазье и П. Лапласа и вторым законами (закон Герман (Генрих) Ивановича Гесса ) термодинамики. В химической термодинамике рассматриваются только системы, в которых отсутствуют направленные потоки теплоты, концентрации, давления – системы, находящиеся в термодинамическом равновесии. Для удобства изучения необходимо изолировать объекты исследования от окружающего пространства и поэтому образующийся объект термодинамического изучения называется системой. Система - это тело или группа тел, или совокупность веществ, находящихся во взаимодействии и обособленных от окружающей их внешней среды. Внешняя среда - это все, что окружает систему. Между системой и внешней средой существует истинная или условная граница раздела.

Различают системы гомогенные, внутри которых нет поверхностей раздела, отделяющих друг от друга части системы, различающиеся по свойствам, и гетерогенные - имеющие поверхности раздела.

Фаза - это совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых по составу и по всем физическим и химическим свойствам, не зависящим от количества вещества и ограниченных от других частей системы некоторой поверхностью раздела. Однако, не всегда фаза имеет на всем протяжении одинаковые физические свойства и однородный химический состав. Фаза может быть прерывна, например, кусочки льда, плавающие на поверхности воды.

Вещества, входящие в состав фаз, называются компонентами, или составными частями системы, они могут быть выделены из системы и существовать вне её.

Системы могут по-разному взаимодействовать с внешней средой. Открытая система обменивается с внешней средой и энергией, и веществом. Закрытая система обменивается с внешней средой только энергией. Изолированной системой называют такую, которая лишена возможности обмена веществом или энергией с окружающей средой и которая имеет постоянный объём (изменение объема всегда связано с производством работы).

В каждый момент времени состояние системы характеризуется термодинамическими параметрами состояния, то есть какими-то физическими свойства. Термодинамические параметры: температура, давление объём и концентрация. Совокупность термодинамических параметров определяет термодинамическое состояние системы. Изменение термодинамического состояния системы называется термодинамическим процессом.

Термодинамический процесс - это всякое изменение состояния системы, связанное с изменением хотя бы одного параметра. Совокупность промежуточных состояний, через которые проходит система, называют путем процесса. Различают пути процесса:

1. Изобарный (Р = const);

2. Изохорный (V = соnst);

3. Изотермический (Т = соnst);

4. Изобарно-изотермический (Р и Т = соnst);

5. Изохорно-изотермический (V и Т = соnst);

6. Адиабатный, в котором отсутствует обмен теплотой между системой и внешней средой, но может быть связь работой.

Каждую систему можно описать с помощью уравнений состояния, которыми являются:

1) закон Бойля-Мариотта: Р₁V₁ = Р₂V₂;

2) закон Шарля: V₁Т₂ = V₂T₁;

3) закон Гей-Люссака: Р₁Т₂ = Р₂Т₁;

4) уравнение Менделеева-Клапейрона: РV = mRT/M;

5) объединенное уравнение газового состояния: .