Система – тело или группа тел, отделенных от окружающей среды реальной или воображаемой поверхностью раздела.
| Тип системы | Обмен энергией | Обмен веществом |
| изолированная | нет | нет |
| закрытая | есть | нет |
| открытая | есть | есть |
Система, состоящая из нескольких фаз, называется гетерогенной, однофазная система – гомогенной.
Реакции, протекающие в гомогенной системе, развиваются во всем ее объеме и называются гомогенными. Реакции, происходящие на границе раздела фаз, называются гетерогенными.
Состояние химической системы определяется свойствами, подразделяющимися на интенсивные (температура, давление, концентрация и др.) и экстенсивные (объем, энергия).
Термодинамическое состояние системы можно представить в виде так называемого уравнения состояния:
f (p, V, T) = 0,
связывающего все параметры системы. Конкретный вид уравнения состояния известен лишь для ограниченного числа наиболее простых объектов. Так, уравнение Менделеева-Клапейрона является уравнением состояния идеального газа: pV=(m/M)RT.
Для большинства систем уравнение состояния неизвестно, то для термодинамического описания системы пользуются так называемыми функциями состояния системы – это любая физическую величину, значения которой однозначно определяются термодинамическими свойствами системы.
К важнейшим функциям состояния системы относятся полная энергия системы (Е) внутренняя энергия системы (U), энтальпия (или теплосодержание, Н), энтропия (или мера неупорядоченности системы, S), энергия Гиббса (или мера устойчивости системы при постоянном давлении, G), энергия Гельмгольца (или мера устойчивости системы при постоянном объеме, F).
Полная энергия системы (Е)представляет собой сумму трех составляющих: кинетической энергии Екин движущейся системы, потенциальной энергии Епот, обусловленной воздействием на систему внешних силовых полей, и внутренней энергии системы (U):
Е = Екин + Епот + U
При термодинамическом описании предполагают, что система находится в состоянии относительного покоя (Екин = 0) и воздействие внешних полей пренебрежимо мало (Епот= 0). Тогда полная энергия системы определяется только запасом внутренней энергии: Е = U. Общий запас внутренней энергии остается постоянным, если отсутствует тепловой обмен с окружающей средой.
Внутренняя энергия U – это общий запас энергии системы, слагающийся из кинетической энергии движения составляющих ее частиц (молекул, атомов, ионов, электронов и др.) и потенциальной энергии их взаимодействия.
Переход системы из одного состояния в другое называется процессом. Различают следующие виды процессов: изотермические (Т = const), изобарные (Р = const) и изохорные (V = const). Химические реакции обычно протекают при постоянном давлении или при постоянном объеме, т.е. являются соответственно изобарными или изохорными процессами.
Известны две формы передачи энергии от одной системы к другой. Упорядоченную форму передачи энергии называют работой, неупорядоченную форму – теплотой.
Теплота, поглощенная системой, расходуется на изменение внутренней энергии системы ΔU и на совершение работы против внешних сил А:
Q = ΔU + A
Данное уравнение выражает закон сохранения энергии – первый закон термодинамики – энергия не исчезает и не возникает вновь из ничего при протекании процесса, она лишь может переходить из одной формы в другую в строго эквивалентных отношениях.
Для химических реакций под работой против внешних сил обычно подразумевается работа против внешнего давления. Для изобарных процессов она равна произведению давления р на изменение объема системы ΔV при переходе ее из состояния 1 в состояние 2:
А = pΔV
Исходя из вышеприведенных выражений тепловой эффект Qp для изобарного процесса имеет вид:
Qp = ΔU + pΔV
Общепринято обозначение ΔU + pΔV = Н, где величину Н называют энтальпией(теплосодержание) – мера энергии, накапливаемая веществом при его образовании.
При изохорном процессе изменение объема не происходит и работа расширения А = 0. Тогда из первого закона термодинамики следует:
Qv = ΔU
Энергетический эффект химической реакции возникает за счет изменения в системе или внутренней энергии V или энтальпии Н.
Подавляющее большинство химических реакций происходит при постоянном давлении. Поэтому энергетический эффект реакции оценивают именно изменением энтальпии или тепловым эффектом реакции.
Уравнение реакции, для которой указываютсясоответствующиеэтой реакции изменение энтальпии ΔН или тепловой эффект Qp, называется термохимическим.
Химические реакции, при протекании которых происходит уменьшение энтальпии системы (ΔН < 0) и во внешнюю среду выделяется теплота (Qp > 0), называются экзотермическими.
Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 926;