1. Термодинамика. Химическая термодинамика. Основные понятия. Термодинамическая система. Фаза. Классификация термодинамических процессов.

Термодинамика (ТД) - это наука о переходах энергии, превращениях энергии из одного вида в другой и возможности этих превращений.Законы классической ТД имеют статистический характер, т.е. приложимы к макроскопическим системам из очень большого числа частиц и не применимы к отдельным атомам или молекулам.Объект изучения ТД – система, т.е. тело или совокупность тел, состоящих из множества молекул или атомов, образующих различные химические вещества, мысленно или фактически обособленных от окружающей среды.

Хим. термодинамика - изучает энергетические эффекты хим. реакций, возможности их самопроизвольного протекания и направления этих процессов, а также состояние равновесия.

Система - это вещество или совокупность веществ, мысленно или реально отграниченных от внешней среды. Пример: колба с реакционной смесью

Разновидности систем:

1. Открытые системы имеют массообмен и теплообмен с окружающей средой

2. Закрытые системы обмениваются энергией, но не обмениваются веществом

3. Изолированная системы - тепло- и массообмена нет.

Фаза - это часть системы с одинаковыми физ.и хим. свойствами и отделенная от других частей системы поверхностью раздела

2. Системы гомогенные и гетерогенные. Основные параметры системы:

объем, давление, температура и концентрация. Уравнение Менделеева Клайперона

Классификация термодинамических процессов.

1. Гомогенные (однофазные) системы - все вещества системы в одном агрегатном состоянии

H2(г) + Cl2(г) = 2HCl(г)

2. Гетерогенные (многофазные) системы - вещества в разных агрегатных состояниях

Fe(к)+2H2O(г) = H2(г)+Fe2O3(к)

В ходе различных превращений система переходит из одного энергетического состояния в другое. То или иное состояние системы определяется или характеризуются термодинамическими параметрами.

Основными параметрами системы являются: объем, давление, температура и концентрация. В зависимости от постоянства параметров процессы делятся на:

изохорные (V = const),

изобарные (p = const)

изотермические (T = const).

3. Понятие термодинамической функции. Внутренняя энергия, полная энергия системы. Устойчивость состояния системы.

Другие параметры, зависящие от основных, наз-ся ТД функциями состояния системы. В химии наиболее часто используются :

внутренняя энергияUи её изменение U при V = const;

энтальпия(теплосодержание) H и её изменение H при p = const;

энтропия S и её изменение S;

энергия Гиббса G и её изменение G при p = const и T = const.

Для функций состояния характерно, что их изменение в хим. реакции определяется только начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути или способа протекания процесса.

Внутренняя энергия ( Internal Energy) – U. Внутренняя энергия U определяется как энергия случайных, находящихся в неупо-рядоченном движении молекул. Энергия молекул находится в диапазоне от высокой, необходимой для движения, до заметной лишь с помощью микроскопа энергии на молекулярном или атомном уровне.

Полная энергия системы:

Кинетическая энергия движения системы в целом

Потенциальная энергия, обусловленная положением системы во внешнем поле

Для хим. реакций изменение полной энергии хим. системы опред-ся только изменением ее внутренней энергии.

Внутренняя энергия включает поступательную, вращательную, колебательную энергию атомов молекул, а также энергию движения электронов в атомах, внутриядерную энергию.

Количество внутренней энергии (U) вещества определяется количеством вещества, его составом и состоянием

Устойчивость системы определяется количеством внутренней энергии: чем больше внутренняя энергия, тем менее устойчива система

Запас внутренней энергии системы зависит от параметров состояния системы, природы в-ва и прямо пропорционален массе вещества.

Абсолютное значение внутренней энергии определить невозможно, т.к. нельзя привести систему в состояние, полностью лишенное энергии.

Можно судить лишь об изменении внутренней энергии системы U при её переходе из начального состояния U1 в конечное U2:

U = U2U1,

Изменение внутренней энергии системы (U), как и изменение любой ТД функции, опр-ся разностью её величин в конечном и начальном состояниях.

если внутренняя энергия не изменяется

Во всех случаях все изменения подчиняются

закону сохранения энергии:

Энергия не исчезает бесследно и не возникает ни из чего, а лишь переходит из одной формы в другую в эквивалентных количествах.

Рассмотрим систему в виде цилиндра с подвижным поршнем, заполненного газом

При р = const теплота Qp идёт на увеличение запаса внутренней энергии U2 (U2U1) U>0 и на совершение системой работы (А) по расширению газа V2 V1 и поднятию поршня.