ТЕРМОДИНАМИКА

Содержание

Слайд 2

Передача теплоты - δQ Совершение работы - δW изолированные δm=0; δE=0

Передача
теплоты - δQ

Совершение
работы - δW

изолированные δm=0; δE=0
закрытые δm=0; δE≠0
открытые δm ≠0;

δE≠0

4.1 Термодинамическая система

Основные понятия

Слайд 3

Фаза: совокупность частей системы с одинаковыми физическими и химическими свойствами. Отделена

Фаза:
совокупность частей системы с одинаковыми физическими и химическими свойствами. Отделена от

другой фазы поверхностью раздела(граница раздела фаз)

Термодинамическая система от свойств и состояния её образующих физических.тел

Слайд 4

Функции состояния (определяют через параметры) Внутренняя энергия − U Энтальпия −

Функции состояния
(определяют через параметры)
Внутренняя энергия − U
Энтальпия − H
Энтропия − S


Энергия Гиббса − G
Энергия Гельмгольца −A

Состояние системы

Совокупность всех физических и химических свойств системы, определяется
термодинамическими параметрами (параметрами состояния системы)

Слайд 5

4.2 Термодинамический процесс (изменяется хотя бы один из параметров системы)

4.2 Термодинамический процесс (изменяется хотя бы один из параметров системы)

Слайд 6

Термодинамический процесс

Термодинамический процесс

Слайд 7

T-const Термодинамический процесс (t-время воздействия, τ-время перехода системы в новое сост.равновесия) равновесие - P∙V =ν·R·T

T-const

Термодинамический процесс (t-время воздействия, τ-время перехода системы в новое сост.равновесия)

равновесие - P∙V

=ν·R·T
Слайд 8

Химическая реакция

Химическая реакция

Слайд 9

Теплота (Δ Q), сообщенная термодинамической системе, идет на увеличение внутренней энергии


Теплота (Δ Q), сообщенная термодинамической системе, идет на увеличение внутренней

энергии (Δ U) системы и на совершение системой работы(Δ W).

4.3 Первое начало термодинамики (закон сохранения энергии)-Джеймс Джоуль

Слайд 10

Величину U характеризует Т. Если Т2 > Т1, то UТ2 >UТ1

Величину U характеризует Т. Если Т2 > Т1, то UТ2 >UТ1
Термодинамическая

шкала температур Т, К > 0

Внутренняя энергия U

Слайд 11

Энтальпия

Энтальпия

Слайд 12

4.4 Тепловой эффект химической реакции

4.4 Тепловой эффект химической реакции

Слайд 13

Закон Гесса «тепловой эффект реакции зависит только от вида и состояния

Закон Гесса

«тепловой эффект реакции зависит только от вида и состояния исходных

веществ и конечных продуктов и не зависит от пути превращения одних веществ в другие (промежуточных стадий)»
Слайд 14

Термохимические уравнения (включают тепловой эффект реакции)

Термохимические уравнения (включают тепловой эффект реакции)

Слайд 15

Стандартные условия: Р0 = 1,013⋅105 Па Т0 = 298,15 К С0

Стандартные условия:
Р0 = 1,013⋅105 Па
Т0 = 298,15 К

С0 = 1моль/л ΔfН0298 стандартная энтальпия(теплота) образования

ΔfН0298 –Стандартная энтальпия образования веществ:

Термохимические расчеты

2. сложные в-ва
ΔfН0298= -ΔQР кДж/моль
1/2 А2 + 1/2 В2 = АВ + ΔfН0298

Слайд 16

Следствие из закона Гесса: ΔrН0298 = (∑ νiΔfН0i)продукты – (∑ νiΔfН0i)исходные

Следствие из закона Гесса:

ΔrН0298 = (∑ νiΔfН0i)продукты – (∑ νiΔfН0i)исходные вещества

Пример.
реакция : CH4

(газ) + CO2 (газ) = 2 CO (газ) + 2H2 (газ)
ΔfН0298, кДж/моль –74,85 –393,51 –110,5 0
Расчет теплового эффекта реакции:
ΔrН0298 = [2⋅(–110,5) + 2⋅0] – [(–74,85) + (–393,51)] = 247,36 [кДж]
Слайд 17

Зависимость теплового эффекта реакции от температуры

Зависимость теплового эффекта реакции от температуры

Слайд 18

пример - Н2О T2 T1

пример - Н2О

T2

T1

Слайд 19

4.5 Второе начало термодинамики dU + p⋅dV -T⋅dS ≤ 0, dU=dV=0

4.5 Второе начало термодинамики

dU + p⋅dV -T⋅dS ≤ 0, dU=dV=0 →

TdS≥0 → dS≥0

в изолированной системе
самопроизвольно протекают процессы с увеличением энтропии (dS > 0) равновесие - S максимальна (dS = 0)

Слайд 20

Энтропия W1= 1 W2= 4 W3= 6 W4= 4 W5= 1

Энтропия

W1= 1

W2= 4

W3= 6

W4= 4

W5= 1

I – V варианты распределения по

двум по- ловинам (макросостояния системы)

Wi – число способов (микросостояний)
реализации макросостояний

ΣWi=16 - всего способов размещения 4-х
молекул по двум половинам

W – термодинамическая вероятность

Слайд 21

S = k⋅lnW k = 1,38⋅10-23Дж/К – константа Больцмана (k =

S = k⋅lnW
k = 1,38⋅10-23Дж/К – константа Больцмана (k =

R/NА)
W – термодинамическая вероятность состояния системы

Энтропия. Уравнение Больцмана

Второе начало термодинамики
В изолированной системе самопроизвольно идут только процессы в которых реализуется более вероятное состояние системы, т.е. процессы сопровождающиеся увеличением термодинамической вероятности W и следовательно энтропии S.
Т.о. в изолированной системе для самопроизвольного процесса ΔS>0

Слайд 22

В изолированной системе самопроизвольно будут протекать процессы с увеличением термодинамической вероятности,

В изолированной системе самопроизвольно будут протекать процессы с увеличением термодинамической вероятности,

а состояние равновесия соответствует состоянию с максимальной вероятностью.

*Энтропия идеального кристалла при 0 К равна нулю -3-е начало термодинамики (Постулат Планка), поэтому энтропия любого вeщества абсолютна и положительна

число частиц должно быть велико, статистически значимо(>1012-1014)
число частиц – конечно
не распространяется на неограниченную(бесконечную) систему (W становится неопределенной(бесконечное число состояний)

Второе начало термодинамики

Слайд 23

S [Дж/К] S0298 [Дж/моль⋅К] Факторы влияющие на величину энтропии

S [Дж/К] S0298 [Дж/моль⋅К]

Факторы влияющие на величину энтропии

Слайд 24

4.6 Энергия Гиббса. Направление химического процесса

4.6 Энергия Гиббса. Направление химического процесса

Слайд 25

Энергия Гиббса реакции Энергии Гиббса образования в-ва ΔG0298 ΔrG0298 = (∑ νi⋅ΔfG0i)продукты – (∑ νi⋅ΔfG0i)исходные вещества

Энергия Гиббса реакции

Энергии Гиббса образования в-ва ΔG0298

ΔrG0298 = (∑ νi⋅ΔfG0i)продукты –

(∑ νi⋅ΔfG0i)исходные вещества
Слайд 26

Температурная зависимость ΔrG Направление протекания химической реакции

Температурная зависимость ΔrG

Направление протекания химической реакции

Слайд 27

Энергия Гиббса реакции С ≠С0 ΔfGi =ΔfG0i + R⋅T⋅lnCi ΔrG =

Энергия Гиббса реакции

С ≠С0 ΔfGi =ΔfG0i + R⋅T⋅lnCi

ΔrG = (νc⋅ΔfG0C+ νd⋅ΔfG0D

) – (νa⋅ΔfG0A+νb⋅ΔfG0B) + R⋅T⋅(νc⋅lnСC+νd⋅lnCD–νa⋅lnCA–νb⋅lnCB)
Слайд 28

4.7 Равновесие

4.7 Равновесие