Вопрос 44

Термодинамика — наука, изучающая взаимные превращения различных видов энергии, связанные с переходом энергии в форме теплоты и работы.

Термодинамика позволяет:

1) рассчитать тепловые эффекты различных процессов;

2) предсказывать, возможен ли процесс;

3) указывать, в каких условиях он будет протекать;

4) рассматривать условия химических и фазовых равновесий.

• термины и понятия.

• Система — это совокупность материальных объектов, отделённых от окружающей среды.

• Окружающая среда — остальная часть пространства. Изолированная система не обменивается с окружающей средой ни массой, ни энергией.

• Закрытая с — обменивается со средой лишь энергией,

• открытая c— обменивается с  окружающей средой и массой, и энергией.

• Гомогенная с - все её компоненты находятся в одной фазе и нет поверхностей раздела,

• Гетерогенная с. , - состоит из нескольких фаз.

• Фаза — часть системы с одинаковыми химическими и термодинамическими свойствами, отделённая поверхностью раздела.

• Энергия — количественная мера определённого вида движения материи.

• Термодинамическими параметры :

• экстенсивные параметры (объём, масса) и

• интенсивные параметры (температура, давление, вязкость, концентрация и т.д.).

• Если система изменяет свои параметры, то в ней происходит термодинамический процесс, если же параметры самопроизвольно не изменяются, состояние системы называется равновесным.

• различают процессы,

• - происходящие при постоянном объёме — изохорные, - при постоянном давлении — изобарные

• - при постоянной температуре — изотермические.

Термодинамические функции состояния –

функции, зависящие от состояния системы, а не от пути и способа, которым это состояние достигнуто. Это:

внутренняя энергия (U),

энтальпия (Н),

энтропия (S) и

свободную энергия Гиббса (G).

свободную энергию Гельмгольца F

• U – внутренняя энергия – сумма потенциальной энергии взаимодействия всех частиц в системе и кинетической энергии их движения.

• Экспериментально можно определить только ∆U при взаимодействии с окружающей средой.

Вопрос 45-46

• S – энтропия -мера неупорядоченности в системе, т. е. неоднородности расположения и движения частиц.

• Энтропия измеряется в Дж/моль∙К и рассчитывается по уравнению Больцмана:

S=k∙lnW; k - постоянная Больцмана.

W – термодинамическая вероятность, т. е. число микросостояний, которыми может быть осуществлено данное макросостояние.

• Величину S можно рассчитать

• для простых, сложных веществ и химических процессов. Обычно это делается при стандартных условиях и значения S0 для простых и сложных веществ приводятся в справочниках.

• Для химических реакций справедливо:

• Δ S0 р-ии = ΣΔ S0i (продуктов) - ΣΔ S0i (исходных веществ).

• Н – энтальпия – теплосодержание системы.

• Изменение энтальпии (ΔН) – это тепловой эффект реакции при р = const.

• QР = -Δ Н.

• Изменение энтальпии при стандартных условиях - Δ Но.

• Для простых веществ Δ Но = 0;

• Cтандартная энтальпия образования сложного вещества – это изменение энтальпии при получении 1 моль этого вещества из простых веществ (это величины табличные, единицы измерения кДж/моль).

• Для определения Δ Но реакции справедливо:

• Δ Н0 р-ии = Σ Δ Н0i (продуктов) - Σ Δ Н0i (исходных веществ).

• G - энергия Гиббса – (изобарно-изотермический потенциал) –

• мера устойчивости системы при р = const, Т = const.

• Она учитывает совместное влияние энтальпийного фактора (стремление системы к минимуму энергии) и энтропийного фактора (стремление системы к беспорядку)

• ее изменение -∆G° рассчитывается в кДж/моль по формуле:

• ΔG° = Δ Н0 - ТΔS0 :

• для простых веществ ΔG° = 0,

• для индивидуальных веществ ΔG° табличные данные;

• ΔG 0 р-ии = Σ ΔG 0i (прод.) - Σ ΔG 0i (исх. В-в).

• F – энергия Гельмгольца

• (изохорно - изотермический потенциал)

• ΔF°=∆U°-T∆S°

• Из закона Гесса вытекают 2 следствия:

• 1 следствие: тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции (SDН˚прод.) и суммой теплот образования исходных веществ (SDН˚исх.в-в), взятых с соответствующими стехиометрическими коэффициентами.

• Математическое выражение этого следствия:

• DН˚ = SDН˚прод. – SDН˚исх.в-в

• 2 следствие: тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот сгорания исходных веществ и суммой теплот сгорания продуктов реакции, взятых с учётом стехиометрических коэффициентов.

• Первый закон термодинамики является следствием закона сохранения энергии: разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных количествах.

• В зависимости от типа системы закон имеет различные формулировки.

• Для изолированных систем: внутренняя энергия т.с. постоянна (∆U=0).

• Для закрытых систем: сообщаемая системе теплота расходуется на увеличение внутренней энергии и совершение работы против внешних сил: т. е. Q=∆U+A=∆U+P∆V.

• В изохорном процессе (V= const) A=0, тогда QV =∆U (тепло расходуется только на изменение внутренней энергии).

• В изобарном процессе (р=const).

• Qp= ∆U+P∆V = (U2-U1) + (РU2-РU1) = U2 - U1 + PV2-PV1 = (U2+PV2) - (U1+ PV1) = = H2 - H1 = ∆H ; QР=∆H, т.е

• тепло расходуется только на изменение энтальпии, причем если тепло поглощается (-Q) энтальпия увеличивается:

• т.е Q=-∆H.

• В открытых биологических системах теплота отдаётся во внешнюю среду, а работа совершается за счёт убыли внутренней энергии:

• Q=∆U-A