Химическая термодинамика

Термодинамикаизучает различные системы и процессы, протекающие в них, устанавли­вает взаимосвязь между различными видами энергии, определяет возможность, направле­ние и пределы протекания различных процессов.

Основные понятия термодинамики.

Система - это тело или группа тел, находящихся во взаимодействии и мысленно обособ­ленных от окружающей среды.

Различают:

—Изолированные системы, которые не обмениваются с окружающей средой ни веществом, ни энергией.

—закрытые системы, которые обмениваются с окружающей средой только энергией.

—открытые системы, которые обмениваются с окружающей средой и энергией и веществом.
Любой живой организм - это открытая система.

Состояние системы характеризуется параметрами, которые измеря­ются — это объем, давление и температура (v, р, t).

Процесс, протекающий при постоянной температуре (t = const), называется изотермическим.

При изохорном процессе V= const , при изобарном процессе P= const.

Для описания состояния систем, так же могут использоваться и определенные функции, истинные значения которых определить невозможно.

U—внутренняя энергия системы

Н—энтальпия (теплосодержание системы)

S— энтропия

G— изобарно-изотермический потенциал.

Всеобщий закон сохранения энергии распространяется и на термодинамические закономерности перехода различных видов энергии друг в друга в строго определенных эквива­лентных соотношениях и называется первым началом термодинамики:

Теплота, подводимая к системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение работы системой против внешних сил.

Q=ΔU+A

Q – количество теплоты, подводимое к системе,

ΔU – изменение внутренней энергии системы.

Внутренняя энергия - энергия взаимодействия всех частиц системы, то есть полная энергия системы, за исключением потенциальной и кинетической.

А – работа, совершаемая системой против внешних сил, т.е. против внешнего давления, стремящегося изменить объем системы: А = р_* (V₂ – V₁) = р_*ΔV

Для изохорного процесса, где V= const (ΔV=0) => А =0 , тогда теплота изохорного процесса – тепловой эффект изохорного процесса:

Q_V = U₂ – U₁ = ΔU

Тепловой эффект изохорного процесса равен изменению внутренней энергии системы.

Теплота изобарного процесса, где Р = const определяется уравнением:

Q_р = ΔU + р_*ΔV = (U₂ – U₁) + р_* (V₂ – V₁) =( U₂ + р_*V₂) - ( U₁ + р_*V₁) =ΔH ;

Н = U + р_*V

Тепловой эффект изобарного процесса равен изменению энтальпии (теплосодержания) системы.

Закон Гесса(1836 г.)

Тепловой эффект любой реакции не зависит от пути протекания реакции, а определяется лишь начальным и конечным состоянием системы и равен сумме тепловых эффектов отдельных стадий процесса.

Рассмотрим процесс горения угля, который может протекать по-разному:

через стадию образования угарного газа (СО) – не полное окисление или полное окисление с образованием углекислого газа (СО₂).

ΔН

С (уголь, графит) + О₂(газ)СО₂(газ)

b bDapnqqyrLLvgXw2zhvBGFeB/22es/Hfzcv1ZfWTeJ/ou1DJI3oUH8je/iPp2PvQ7n5w9ppddjZU F8YARjg6X59beCO/7qPXz4/C6gcAAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQBmzVyZ4AAAAAkBAAAPAAAA ZHJzL2Rvd25yZXYueG1sTI9BS8NAEIXvgv9hGcGb3aRNQhuzKSIKnsS2UvC2zY5JbHY2ZrdN9Nc7 nvT4eB9vvinWk+3EGQffOlIQzyIQSJUzLdUKXnePN0sQPmgyunOECr7Qw7q8vCh0btxIGzxvQy14 hHyuFTQh9LmUvmrQaj9zPRJ3726wOnAcamkGPfK47eQ8ijJpdUt8odE93jdYHbcnq2C1G1P3Mhz3 Sdx+vn0/fIT+6TkodX013d2CCDiFPxh+9VkdSnY6uBMZLzoF6WIRM6ogyUBwn6UrzgcGk3kGsizk /w/KHwAAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA W0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAA AAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQBaE2CZNQIAAFwEAAAOAAAAAAAAAAAA AAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQBmzVyZ4AAAAAkBAAAPAAAAAAAA AAAAAAAAAI8EAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAnAUAAAAA "> ^{Начальное состояние системы конечное состояние системы}

ΔН ₁ ΔН ₂

+[О] +[О]

СО(газ)

ΔН = ΔН₁ +ΔН₂

ΔН - теплота образования (тепловой эффект образования) углекислого газа; ΔН = - 369 кДж/моль (табличные данные)

ΔН₁ - теплота образования (тепловой эффект образования) угарного газа,

ΔН₂ - теплота сгорания (тепловой эффект сгорания) угарного газа;

ΔН₂ = - 285,5 кДж/моль (табличные данные)

Для определения теплоты образования угарного газа нужно найти ΔН₁ по закону Гесса:

ΔН = ΔН₁ +ΔН₂ => ΔН₁ = ΔН - ΔН₂ = -369- (-285,5) = -110,5 кДж/моль

2 следствия закона Гесса:

1) Тепловой эффект (ΔН) любого процесса равен сумме тепловых эффектов образования продуктов реакции за вычетом суммы тепловых эффектов образования исходных веществ.
ΔН^о = Σ(ΔН^о_обр продуктов) - (ΔН^о_обр исх. веществ)

ΔН^о_обр - это тепловой эффект образования 1 моля сложного вещества из простых при стандартных условиях р = 1 атм; t = 25°С; Теплоты образования простых веществ = 0.

2)Тепловой эффект (ΔН) любого процесса равен сумме тепловых эффектов сгорания исходных веществ за вычетом суммы тепловых эффектов сгорания продуктов реакции.

ΔН^о = Σ(ΔН^о_сгор исх. веществ) - (ΔН^о_сгор продуктов)

ΔН^о_сгор - это тепловой эффект реакции окисления 1 моля простого вещества до высшего оксида при стандартных условиях. Теплота сгорания любого высшего оксида = 0.

Энтропия

Известно, что большинство процессов связано не только с передачей энергии, но и с и изменением упорядоченности частиц в ходе этого процесса.

Любая система стремится перейти из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное состояние - это утверждение носит название 2 начала термодинамики.