1. Термодинамическая система —




Название1. Термодинамическая система —
страница1/22
Дата публикации29.06.2013
Размер2.26 Mb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Химия > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22
1. Термодинамическая система — это процесс или среда, которая используется при анализе передачи энергии

Системы бывают замкнутыми или открытыми. В замкнутой только энергия пересекает ее границы. Следовательно, теплота может переходить через границы замкнутой системы в среду или из среды в систему.

Изолированная термодинамическая система - термодинамическая система, которая не обменивается с внешней средой энергией и веществом

Термодинамические системы могут состоять из смесей чистых веществ. Смесь ( раствор) называется гомогенной, когда химический состав и физические свойства в любых малых частицах одинаковы или изменяются непрерывно от одной точки системы к другой. Плотность, давление и температура гомогенной смеси в любой точке идентичны. Примером гомогенной системы может служить некоторый объем воды, химический состав которой одинаков, а физические свойства меняются от одной точки к другой.

ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА (от греч. heterogenes - разнородный), состоит из двух или неск. фаз, т.е. частей, отличающихся по св-вам и соприкасающихся по пов-стям раздела

2. Полная энергия термодинамической системы представляет собой сумму кинетической энергии движения всех тел, входящих в систему, потенциальной энергии взаимодействия их между собой и с внешними телами и энергии, содержащейся внутри тел системы

Энтальпия — это свойство вещества, указывающее количество энергии, которую можно преобразовать в теплоту.

Энтальпия системы (от греч. enthalpo нагреваю) – это однозначная функция H состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии S и давлении P, которая связана с внутренней энергией U соотношением H = U + PV

3. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИМИ от латинского "экзо" - наружу (имея в виду выделяющуюся энергию).

ЭНДОТЕРМИЧЕСКИМИ (от латинского "эндо" – внутрь нужна энергии)

4. Изобарный процесс (др.-греч. ἴσος «одинаковый» и βάρος «тяжесть») — термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении и постоянной массе идеального газа.

Изохорический или изохорный процесс (от др.-греч. ἴσος «равный» и χώρος «место») — термодинамический процесс, который происходит при постоянном объёме. Для осуществления изохорного процесса в газе или жидкости достаточно нагревать (охлаждать) вещество в сосуде, который не изменяет своего объёма.

Изотермический процесс (от др.-греч. ἴσος «равный» и θέρμη «жар») — термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

5. Первое начало термодинамики утверждает, что изменение внутренней энергии термодинамической системы (тела) может быть осуществлено двумя путями: путём совершения механической работы и путём теплопередачи.

Зако́н сохране́ния эне́ргии — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени. Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то его можно именовать не законом, а принципом сохранения энергии.

6. Закон Гесса — математическое следствие первого начала термодинамики, которое формулируется следующим образом:

Тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания.

Следствия из закона Гесса

Тепловой эффект прямой реакции равен по величине и противоположен по знаку тепловому эффекту обратной реакции (закон Лавуазье — Лапласа).

Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования (ΔHf) продуктов реакции и исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты (ν):



Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот сгорания (ΔHc) исходных веществ и продуктов реакции, умноженных на стехиометрические коэффициенты (ν):



Таким образом, пользуясь табличными значениями теплот образования или сгорания веществ, можно рассчитать теплоту реакции, не прибегая к эксперименту. Табличные величины теплот образования и сгорания веществ обычно относятся к т. н. стандартным условиям. Для расчёта теплоты процесса, протекающего при иных условиях, необходимо использовать и другие законы термохимии, например, закон Кирхгофа, описывающий зависимость теплового эффекта реакции от температуры.

Если начальное и конечное состояния химической реакции (реакций) совпадают, то её (их) тепловой эффект равен нулю.

7. ИЗОБАРНО-ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ Гиббса

энергия, свободная эн-т а льпия, - один из потенциалов термодинамических, равный G = Н - TS, где Н, S, Т - энтальпия, энтропия, термодинамич. темп-pa системы. И.-и. п. пропорционален числу частиц в системе; отнесённый к одной частице он наз. химическим потенциалом. И.-и. п. удобен для описания процессов, в к-рых возможен обмен в-вом с окружающими телами. В изотермич. равновесном процессе, происходящем при пост. давлении, полная работа системы за вычетом работы против внеш. давления (т. е. Макс. полезная работа) равна убыли И.-и. п.

^ ИЗОХОРНО-ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ

свободная энергия, Гельмгольца энергия, - один из потенциалов термодинамических, равный F = U - TS, где U, S и Т - внутренняя энергия, энтропия и термо-динамич. темп-pa системы. При изотермич. переходе (T=const) системы из состояния 1, в к-ром её И.-и. п. равен F1, в состояние 2, в к-ром её И.-и. п. равен F2, система совершает работу А< (F1 - F2), где знак равенства соответствует обратимому процессу, а знак неравенства - необратимому процессу. Т. о., изменение И.-и. п. определяет работу, совершаемую системой в обратимом изотермич. процессе.

8. Большое значение для химии имеет одно из следствий первого закона термодинамики, известное под названием закон Гесса. Согласно закону Гесса, если реакция проходит в несколько последовательных стадий, то Н реакции должно быть равно сумме изменений энтальпии каждой стадии; другими словами, изменения энтальпии аддитивны. Например изменение знтальпии реакции сгорания метана с образованием диоксида углерода и жидкой воды можно вычислить по значениям Н стадии конденсации водяного пара и Н стадии сгорания метана с образованием газообразной воды:

СН4 (г)+2О2(г) СО2(г) +2Н2О(г); Н= -802КДж

(Прибавить) 2Н2О(г)2Н2О(ж); Н= -88КДж

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

СН4 (г)+2О2(г)+2Н2О(г); СО2(г) +2Н2О(ж);

Н= -890КДж.

Исключая из левой и правой частей последнего уравнения одинаковые члены 2Н2О (г), получим суммарное уравнение:

СН4 (г)+2О2(г) СО2(г)+2Н2О(ж); Н= -890КДж.

9. Термодинамическое определение энтропии

Понятие энтропии было впервые введено в 1865 году Рудольфом Клаузиусом. Он определил изменение энтропии термодинамической системы при обратимом процессе как отношение общего количества тепла к величине абсолютной температуры (то есть тепло, переданное системе, при постоянной температуре):



Например, при температуре 0 °C, вода может находиться в жидком состоянии и при незначительном внешнем воздействии начинает быстро превращаться в лед, выделяя при этом некоторое количество теплоты. При этом температура вещества так и остается 0 °C. Изменяется состояние вещества, сопровождающееся выделением тепла, вследствие изменения структуры.

Рудольф Клаузиус дал величине имя «энтропия», происходящее от греческого слова τρoπή, «изменение» (изменение, превращение, преобразование). Данное равенство относится к изменению энтропии, не определяя полностью саму энтропию.

10. Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами.

Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая, что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не может равняться абсолютному нулю.

Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках термодинамики. Оно было создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.

11. Свободная энергия Гиббса (или просто энергия Гиббса, или потенциал Гиббса, или термодинамический потенциал в узком смысле) — это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции и дающая таким образом ответ на вопрос о принципиальной возможности протекания химической реакции; это термодинамический потенциал следующего вида



Энергию Гиббса можно понимать как полную химическую энергию системы (кристалла, жидкости и т. д.)

Понятие энергии Гиббса широко используется в термодинамике и химии.

Самопроизвольное протекание изобарно-изотермического процесса определяется двумя факторами: энтальпийным, связанным с уменьшением энтальпии системы (ΔH), и энтропийным T ΔS, обусловленным увеличением беспорядка в системе вследствие роста ее энтропии. Разность этих термодинамических факторов является функцией состояния системы, называемой изобарно-изотермическим потенциалом или свободной энергией Гиббса (G, кДж)

12. Энергия Гиббса Самопроизвольное протекание изобарно-изотермического процесса определяется двумя факторами: энтальпийным, связанным с уменьшением энтальпии системы (ΔH), и энтропийным T ΔS, обусловленным увеличением беспорядка в системе вследствие роста ее энтропии. Разность этих термодинамических факторов является функцией состояния системы, называемой изобарно-изотермическим потенциалом или свободной энергией Гиббса (G, кДж): ΔG = ΔH – T ΔS

(Большинство самопроизвольных процессов -экзотермические процессы,протекающ. с выделением энергии.)В основе протекания процессов лежит принцип минимума энергии,т.е система всегда стремится перецти из сост. с большей энергией в сост с меньшей энергией.2 критерий самопроизвольного протекания процессов явл.увеличениеэнтропии системы,процесс может протекать самопроизвольно ,даже без поглощ. эн.,если при этом увелич.энтропия.

Итак, для изобарно-изотермических процессов критерием

направленности самопроизвольного процесса является отрицательное

изменение энергии Гиббса ( D GP,T<0), а для изохорно-изотермических

процессов (V,T – const) – отрицательное изменение энергии Гельмголца ( D

FV,T<0)

13. Этими фундаментальными функциями являются энергия Гиббса1 и

энергия Гельмгольца. 2

Они выражаются через известные нам термодинамические функции

энтальпии, энтропии и температуру следующим образом:

G = Н – TS – энергия Гиббса

F = U –TS – энергия Гельмгольца

Изменение энергии Гиббса r T D G в ходе изобарно-изотермических

(P,T – const) процессов и изменение энергии Гельмгольца r T D F в ходе

изохорно-изотермических процессов (V,T – const) являются выражениями

для максимальной работы Wmax в этих процессах:

r∆GT=∆rHT - T∆rST = WmaxP.T

r∆FT=∆rUT - T∆rST = WmaxV.T
В эти уравнения входят и члены, относящиеся к первому закону

термодинамики (работа в форме ∆r∆GT и ∆r∆FT ), и описываемая вторым

законом функция энтропия (T∆rST ).

14. Химическая кинетика или кинетика химических реакций — раздел физической химии, изучающий закономерности протекания химических реакций во времени, зависимости этих закономерностей от внешних условий, а также механизмы химических превращений.

Гомогенные реакции протекают в пределах одной фазы, например, в смеси газов или в растворе.

Гетерогенные реакции протекают на границе раздела фаз, например, твердой и жидкой, твердой и газообразной

15. Скорость химической реакции

Основная статья: Скорость химической реакции

Важным понятием химической кинетики является скорость химической реакции. Эта величина определяет, как изменяется концентрация компонентов реакции с течением времени. Скорость химической реакции — величина всегда положительная, поэтому если она определяется по исходному веществу (концентрация которого убывает в процессе реакции), то полученное значение домножается на −1.

Например для реакции

скорость можно выразить так:



В 1865 году Н. Н. Бекетовым и в 1867 году К. М. Гульдбергом и П. Вааге был сформулирован закон действующих масс, согласно которому скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна концентрациям реагентов, возведённым в некоторые степени. Кроме концентрации на скорость химической реакции оказывают влияние следующие факторы: природа реагирующих веществ, наличие катализатора, температура (правило Вант-Гоффа) и площадь поверхности раздела фаз.

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ и условий протекания реакции: концентрации с, температуры t , присутствия катализаторов, а также от некоторых других факторов (например, от давления - для газовых реакций, от измельчения - для твердых веществ, от радиоактивного облучения).

Влияние концентраций реагирующих веществ. Чтобы осуществлялось химическое взаимодействие веществ А и В, их молекулы (частицы) должны столкнуться. Чем больше столкновений, тем быстрее протекает реакция. Число же столкновений тем больше, чем выше концентрация реагирующих веществ. Отсюда на основе обширного экспериментального материала сформулирован основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ:

Cкорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Для реакции ( I ) этот закон выразится уравнением

v = kcA cB, (1)

где сА и сВ - концентрации веществ А и В, моль/л; k - коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции. Основной закон химической кинетики часто называют законом действующих масс.

Из уравнения (1) нетрудно установить физический смысл константы скорости k : она численно равна скорости реакции, когда концентрации каждого из реагирующих веществ составляют 1 моль/л или когда их произведение равно единице.

Константа скорости реакции k зависит от природы реагирующих веществ и от температуры, но не зависит от их концентраций.

Уравнение (1), связывающее скорость реакции с концентрацией реагирующих веществ, называется кинетическим уравнением реакции. Если опытным путем определено кинетическое уравнение реакции, то с его помощью можно вычислять скорости при других концентрациях тех же реагирующих веществ.

Влияние температуры .

Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа:

При повышении температуры на каждые 10о скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза.

Математически эта зависимость выражается соотношением



vt 2 = vt 1 γ ,

где vt 1 , vt 2 - скорости реакции соответственно при начальной ( t 1 ) и конечной ( t 2 ) температурах, а γ - температурный коэффициент скорости реакции, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции с повышением температуры реагирующих веществ на 10°.

Правило Вант-Гоффа является приближенным и применимо лишь для ориентировочной оценки влияния температуры на скорость реакции. Температура влияет на скорость химической реакции, увеличивая константу скорости.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

1. Термодинамическая система — iconПрограмма государственного экзамена по специальности эпр техническая...
Предмет и метод термодинамики. Термодинамическая система и параметры состояния. Термодинамический процесс. Первый закон термодинамики....

1. Термодинамическая система — iconВопросы к зачету по аналитической химии для студентов 2 курса заочного...
Химическое равновесие. Константа химического равновесия: концентрационная, термодинамическая, условная

1. Термодинамическая система — iconЭта эффективная и довольно простая система коррекции обмена веществ...
Система создавалась с расчётом на применение простыми людьми с обычной силой воли, любой национальности, пола, и места проживания....

1. Термодинамическая система — iconЛекция №6 Тема: Политическая система
Политическая система представляет собой одну из подсистем совокупной общественной системы,занимает в нем особое место. Это обусловлено...

1. Термодинамическая система — icon10. Современные методы гидрогеологического картирования, принципы...
Географическая информационная система (сокращенно геоинформационная система, или гис) система сбора, хранения, анализа и графической...

1. Термодинамическая система — iconПрограмма проведения занятий
Мажоритарная избирательная система, система пропорционального представительства

1. Термодинамическая система — iconОхлаждающая система судовых двиг. 2-контурная система

1. Термодинамическая система — iconОперационная система windows
Ос опирается на базовое программное обеспечение пк, входящее в его систему bios (базовая система ввода-вывода)

1. Термодинамическая система — icon1. Международное право: понятие и предмет регулирования
Международное право – это особая правовая система, которая существует параллельно национальным правовым системам. Правовая система...

1. Термодинамическая система — iconМ обильная цифровая рентгенографическая система dr 4300C с усовершенствованным...
Система dr 4300C с плоскопанельным детектором 17x17 ― это полнокомплектная цифровая рентгенографическая система. Позволяет получать...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов