osnovy_himicheskoj_termodinamiki (182.5кб)

Агапкина В.В., учитель химии
МОУ СОШ №18 имени Н.В. Менчинского,
г. Павловский Посад Московской области
Основы химической
термодинамики
Наука о взаимных превращениях
различных видов энергии называется
термодинамикой.
Термодинамика устанавливает законы
этих превращений, а также
направление самопроизвольного
течения различных процессов в данных
условиях.
Е
Е
m
m
m
m
Е
Е
Система: совокупность материальных
объектов, находящихся в ограниченном
пространстве, которая может
обмениваться с внешней средой
энергией (Е) и/или массой (m)
Классификация систем
Изолированные
Нет обмена
ни Е ни m
Закрытые
Обмениваются
только Е
Открытые
Обмениваются
иЕиm
Классификация систем
Гомогенные
Изотропны по
составу и
структуре
Гетерогенные
Анизотропны по
составу и
структуре
Системы характеризуются
Энергетическим фактором – U – внутренней
энергией системы – суммой энергии всех видов
частиц, находящихся в системе
Основные виды энергии частиц
Колебания
Вращение
Системы характеризуются
Структурным (или энтропийным) фактором:
S-энтропией.
Энтропия отражает движение частиц вещества и
является мерой неупорядоченности системы
Энтропия (S) имеет статистический смысл
(Больцман, 1896)
S = klnw, W – термодинамическая вероянтнось
создания системы
-23
k = R/NА = 1,38*10 Дж/К –
постоянная Больцмана
Изменение энтропии (S) и
внутренней энергии (U)
системы зависит только от
конечного и начального
состояния системы и не
зависит от пути перехода из
одного состояния в другое
S1
1
S2
.
2 . . .
.
.
...…
……
……
1 и 2 – исходное и конечное состояние
системы
Для самопроизвольного процесса:
S2 > S1 или ∆S = S2 - S1 > 0
.
.
U1V1
2
1
U2V2
Изменение внутренней энергии системы:
∆U = U2 – U1
Процесс протекает самопроизвольно, когда ∆U < 0
∆U = q – A,
где
q – количество теплоты, сообщённое системе;
А – работа, затраченная системой при
переходе из 1-го состояния во 2-ое
А = р(V2 – V1) или А = р∆V, где
∆V – изменение объёма системы
∆U = - Qv при ∆V = 0
Если ∆V ≠ Q, то -Qр = ∆U + р∆V
-Qр = (U2 – U1) + р(V2 – V1)
-Qр = (U2 + рV2) – (U1 + рV1)
Сумма (U + рV) является важной
термодинамической функцией и
называется энтальпией.
Qр = - ∆Н, процесс протекает
самопроизвольно, когда ∆Н < 0
Изменение
свободной
энергии Гиббса
(изобарноизотермический
потенциал) ∆G
∆G
= ∆H - T∆S
Процесс в данных
условиях (Т)
протекает
самопроизвольно,
При ∆G < 0,
Т.к. ∆Н < 0, а
∆S > 0
Движущая сила процесса складывается из
двух сил: стремление к упорядочению (Н)
и стремление к беспорядку (ТS), при
р = const и T = const.
∆Н < 0 и ∆ S > 0
Процесс всегда
протекает
самопроизвольно
∆Н > 0 и ∆ S < 0
Процесс не
протекает ни при
каких условиях
∆G = ∆H - T∆S
∆Н < 0 и ∆ S < 0
Процесс может
протекать при
низких
температурах
∆Н > 0 и ∆ S > 0
Процесс может
протекать при
высоких
температурах