Химическая термодинамика

Июль 31, 2022

Главная
Химия
Химическая термодинамика

Содержание

2. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА – область химии, изучающая энергетику химических процессов, возможности и условия самопроизвольного протекания химических реакций,
3. Термодинамическая система (ТС) Объект изучения химической термодинамики термодинамическая система (ТС). ТС – это тело или группа
4. ТС бывают: 1. Изолированные – отсутствуют, какие-либо формы обмена с окружающей средой. 2. Открытыми – система
5. В ходе различных превращений система переходит из одного энергетического состояния в другое. То или иное состояние
6. Др. параметры, зависящие от основных, наз-ся ТД функциями состояния системы. В химии наиболее часто используются :
7. Также для описания состояния тс используют две функции процесса- это работа (А) и теплота (Q). Их
8. Внутренняя Энергия Внутренняя энергия системы (U) – это полная энергия системы, включающая кине-тическую энергию всех видов
9. Запас внутр. энергии системы зависит от параметров состояния системы, природы в-ва и прямо пропорционален массе вещества.
10. При переходе неизолированной системы из одного состояния в другое изменение её внутренней энергии осуществляется путём обмена
11. ТЕРМОХИМИЯ. ТЕРМОХИМ. УРАВНЕНИЯ. ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ Раздел химии и хим. ТД, занятый расчётами тепловых эффектов, наз-ся термохимией.
12. В основе термохимических расчётов реакций лежит закон Гесса (1836 – 1841): Тепловой эффект реакции (ΔНр) не
13. 1. Тепловой эффект реакции равен сумме теплот обр-ния продуктов р-ции (Σν2ΔН0обр.прод.) за вычетом суммы теплот обр-ния
14. Поскольку абсолютные значения энергии (т.д. ф-ций) измерить принципиально невозможно, то для проведения термохим. расчётов вводят специальные
15. Для того, чтобы можно было теоретически рассчитать и сравнивать тепловые эффекты в основу термохимических расчетов положены
16. Стандартные условия стандартное давление – 0,1 МПа или 1 атм стандартная температура – 25°C или 298
17. Пример Рассчитать какое количество теплоты выделится при сгорании 8 г метана.
18. ЭНТРОПИЯ По з-ну сохранения энергии система может самопроизвольно совершать работу только за счёт собственной энергии, т.е.
19. Л.Больцман (1877): Т.д. вероятность W состояния системы – это число микросостояний, реализующих данное макросостояние: S =
20. S1 S2 ΔН = 0 S1 S2 Рассмотрим изолированную систему из двух газов . ΔS =
21. 2-ой закон термодинамики В изолированной системе самопроизвольно протекают такие процессы, которые ведут к росту энтропии.
22. С понижением т-ры энтропия в-ва ум-ся (ум-ся скорость движения частиц, число микро-состояний и Т.Д. вероятность W
23. ΔS хим. реакции также не зависит от пути процесса, а определяется лишь энтропией начального и конечного
24. ЭНЕРГИЯ ГИББСА С учетом одновременного действия двух противоположных факторов движущей силой для р-ций, протекающих при P,T=const,
25. ΔG ΔG > 0 ΔG = 0 реакция термодинамически возможна При постоянной т-ре и давлении хим.
26. Энергия Гиббса связана с энтальпией, энтропией и температурой: G = H – Т⋅S. Её изм-ние ΔG:
27. Стандартная энергия Гиббса обр-ния в-ва (ΔG0обр. 298) – изм-ние энергии Гиббса в р-ции обр-ния 1 моль
29. Скачать презентацию

Слайд 2

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
– область химии, изучающая энергетику химических процессов, возможности и условия

самопроизвольного протекания химических реакций, а также условия установления химического равновесия.
Паровая машина (18 в.) – теплота и работа.
В основе ТД лежат три закона или начала.

Слайд 3

Термодинамическая система (ТС)
Объект изучения химической термодинамики термодинамическая система (ТС). ТС –

это тело или группа тел, выделенных для рассмотрения, отделенных от окружающей среды (ОС), реальной или воображаемой границей.

Слайд 4

ТС бывают:
1. Изолированные – отсутствуют, какие-либо формы обмена с окружающей средой.
2.

Открытыми – система обменивается с окружающей средой энергией и веществом.
3.Закрытые - система обменивается с окружающей средой только энергией, обмен веществом невозможен.

Слайд 5

В ходе различных превращений система переходит из одного энергетического состояния в

другое. То или иное состояние системы опр-ся или хар-ся 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).

Слайд 6

Др. параметры, зависящие от основных, наз-ся ТД функциями состояния системы.
В

химии наиболее часто используются :
внутренняя энергия U и её изменение ΔU при V = const;
энтальпия (теплосодержание) H и её измене-ние ΔH при p = const;
энтропия S и её изменение ΔS;
энергия Гиббса G и её изменение ΔG при p = const и T = const.
Для ф-ций состояния хар-но, что их изм-ние в хим. р-ции опр-ся только начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути или способа протекания процесса.

Слайд 7

Также для описания состояния тс используют две функции процесса- это работа

(А) и теплота (Q). Их изменение зависит от пути перехода из начального состояния в конечное.

Слайд 8

Внутренняя Энергия
Внутренняя энергия системы (U) – это полная энергия системы, включающая

кине-тическую энергию всех видов движения молекул, атомов, ядер, электронов и других структурных единиц, а также потенциальную энергию взаимодействия и др., кроме кинетической и потенциальной энергии всей системы как целого по отношению к другим системам.

Слайд 9

Запас внутр. 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 ΔU при её переходе из начального состояния U1 в конечное U2:
ΔU = U2 − U1,

Слайд 10

При переходе неизолированной системы из одного состояния в другое изменение её

внутренней энергии осуществляется путём обмена с окружающей средой.
Основными формами обмена с окружающей средой являются совершение работы и выделение или поглощение теплоты.
Это основа первого закона термодинамики, к-рый устанавливает соотношение между теплотой (Q), работой (А) и изменением внутренней энергии системы (ΔU).

Слайд 11

ТЕРМОХИМИЯ. ТЕРМОХИМ. УРАВНЕНИЯ.
ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ
Раздел химии и хим. ТД, занятый расчётами

тепловых эффектов, наз-ся термохимией.
Термохимические уравнения :
аА + bB = cC + dD; ΔHp
ех: Н2 + 1/2О2 = Н2О(ж); ΔΗ˚298 = -285,8 кДж,
Или так, но редко:
Н2 + 1/2О2 – 285,8 кДж = Н2О(ж)
или
Н2 + 1/2О2= Н2О(ж) + 285,8 кДж

Слайд 12

В основе термохимических расчётов реакций лежит закон Гесса (1836 – 1841):
Тепловой

эффект реакции (ΔНр) не зависит от пути её протекания, а определяется только природой и физическим состоянием исходных веществ и конечных продуктов.
Этот закон имеет два следствия.

Слайд 13

1. Тепловой эффект реакции равен сумме теплот обр-ния продуктов р-ции (Σν2ΔН0обр.прод.)

за вычетом суммы теплот обр-ния исходных в-в (Σν1ΔН0обр.исх.) с учётом числа молей (ν) всех участвующих в р-ции в-в:
ΔНр = Σν2ΔН0обр.прод. – Σν1ΔН0обр.исх.
В общем случае тепловой эффект ΔΗр реакции типа:
aA + bB = cC + dD; ΔΗр
рассчитывается по уравнению
ΔΗр = cΔΗºC + dΔΗºD – aΔΗºΑ – bΔΗºB.
2. Термохимические уравнения можно складывать, вычитать и умножать на численные множители.

Слайд 14

Поскольку абсолютные значения энергии (т.д. ф-ций) измерить принципиально невозможно, то для

проведения термохим. расчётов вводят специальные понятия −
энтальпия (теплота) образования вещества
энтальпия (теплота) сгорания вещества.
Энтальпия (теплота) образования вещества – это тепловой эффект реакции образования одного моль данного сложного вещества из соответствующих простых веществ, устойчивых при данных условиях.

Слайд 15

Для того, чтобы можно было теоретически рассчитать и сравнивать тепловые эффекты

в основу термохимических расчетов положены энтальпии (теплоты) образования отнесенные к стандартным условиям.

Слайд 16

Стандартные условия
стандартное давление – 0,1 МПа или 1 атм
стандартная

температура – 25°C или 298 К.
Стандартное состояние вещества – это наиболее устойчивое состояние в-ва в стандарт-ных условиях (ех, у воды стандартное состояние жидкое).
Стандартная энтальпия (теплота) обр-ния в-ва – это теплота образования 1 моль данного в-ва в стандартном состоянии и стандартных условиях
ΔН0298 обр или ΔН0298 f или ΔН0298.
Теплота обр-ния в-ва связана с его количеством и выражается в Дж/моль или кДж/моль.

Слайд 17

Пример
Рассчитать какое количество теплоты выделится при сгорании 8 г метана.

Слайд 18

ЭНТРОПИЯ
По з-ну сохранения энергии система может самопроизвольно совершать работу только за

счёт собственной энергии, т.е. ΔU < 0.
У хим. р-ций это выражается в виде экзотермического эффекта ΔН < 0. Этот фактор является одной из движущих сил хим. р-ции и называется энергетическим (энтальпийным).
Другой движущей силой является структурный (энтропийный) фактор. Для поиска критерия направления процессов в природе был сформулирован второй з-н ТД.

Слайд 19

Л.Больцман (1877): Т.д. вероятность W состояния системы – это число микросостояний,

реализующих данное макросостояние: S = k lnW
где S – энтропия; k – константа Больцмана.
Чем больше микросостояний у данного макро-состояния, тем оно более вероятно. Т.о.: Энтропия есть мера молекулярного беспорядка, представляющая логарифми-ческое выражение т.д. вероятности состояния системы.

Слайд 20

S1
S2
ΔН = 0
S1
S2
Рассмотрим изолированную систему из двух газов .
ΔS = S2

– S1 > 0

Слайд 21

2-ой закон термодинамики
В изолированной системе самопроизвольно протекают такие процессы, которые ведут

к росту энтропии.

Слайд 22

С понижением т-ры энтропия в-ва ум-ся (ум-ся скорость движения частиц, число

микро-состояний и Т.Д. вероятность W системы).
Планк предположил, что при т-ре абс. нуля Т=0К энтропия совершенного (идеального) кристалла любого вещества должна быть равна нулю.
Это предположение стало третьим законом ТД.

Энтропия, S

Газ

Температура, К

ΔSкр

ΔSконд

Рис.4. Зависимость энтропии вещества от температуры

Кр.

S0(0К) = 0

Слайд 23

ΔS хим. реакции также не зависит от пути процесса, а определяется

лишь энтропией начального и конечного состояний:
ΔS = Σν2 S0прод. – Σν1 S0исх.
ν - число молей соответствующих веществ.
S0обр прост в-в ≠ 0
Для химической реакции типа:
aA + bB = cC + dD; ΔSр
ΔSр рассчитывается как:
ΔSр=cSºC+dSºD– aSºΑ– bSºB

Слайд 24

ЭНЕРГИЯ ГИББСА
С учетом одновременного действия двух противоположных факторов движущей силой для

р-ций, протекающих при P,T=const, принята энергия Гиббса (G) – ф-ция состояния, называемая также изобарно-изотермич. потенциа-лом или свободной энергией.
В качестве критерия для определения направления самопроизвольного протекания хим. процессов (при р,Т=const) используется изм-ние энергии Гиббса ΔG или ΔG = G2 – G1.
В зав-сти от знака ΔG возможны три случая.

Слайд 25

ΔG< 0
ΔG > 0
ΔG = 0
реакция термодинамически возможна
При постоянной т-ре и

давлении хим. р-ции протекают самопроизвольно только в направлении ум-ния энергии Гиббса в системе (ΔG< 0).

реакция ТД невозможна

ТД возможны как прямая, так и обр. р-ция

Это ТД условие установления химического равновесия в реакционной системе.

Слайд 26

Энергия Гиббса связана с энтальпией, энтропией и температурой: G = H

– Т⋅S.
Её изм-ние ΔG: ΔG = ΔН – ТΔS.
При этом возможны четыре основных случая:
Если ΔН < 0, а ΔS > 0, то ΔG < 0. Такие р-ции ТД возможны при любой температуре.
Если ΔН > 0, а ΔS < 0, то всегда ΔG > 0. Такие реакции ТД невозможны при любых т-рах.
Если ΔН > 0 и ΔS > 0, то реакция возможна только при высоких т-рах, когда ⏐ΔН⏐ < ⏐TΔS⏐.
Если ΔН < 0 и ΔS < 0, то реакция возможна при низких температурах, когда ⏐ΔН⏐ > ⏐TΔS⏐.

Слайд 27

Стандартная энергия Гиббса обр-ния в-ва (ΔG0обр. 298) – изм-ние энергии Гиббса

в р-ции обр-ния 1 моль соед-ния из соотв-щих простых в-в, когда все участвующие в-ва нах-ся в станд. сост., а р-ция проходит при станд. усл-ях. (кДж/моль)
Стандартная энергия Гиббса обр-ния простых в-в условно равна нулю.
Энергия Гиббса – ф-ция сост-я системы. ΔG реакции зависит только от природы, физ. или агр. состояния реагентов и продуктов р-ции, их кол-ва и не зависит от пути:
ΔG = Σν2ΔG0298 прод. − Σν1ΔG0298 реаг

Химическая термодинамика

Содержание

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА– область химии, изучающая энергетику химических процессов, возможности и условия

Термодинамическая система (ТС)Объект изучения химической термодинамики термодинамическая система (ТС). ТС –

ТС бывают:1. Изолированные – отсутствуют, какие-либо формы обмена с окружающей средой.2.

В ходе различных превращений система переходит из одного энергетического состояния в

Др. параметры, зависящие от основных, наз-ся ТД функциями состояния системы. В

Также для описания состояния тс используют две функции процесса- это работа

Внутренняя ЭнергияВнутренняя энергия системы (U) – это полная энергия системы, включающая