9. fejezet Az egyes anyagok termodinamikai tulajdonságai. standard halmazállapot

9.1. Entalpia referenciarendszer. Képletek az entalpiák kiszámításához.

Az entalpiák és a belső energiák abszolút értékét termodinamikai módszerekkel nem lehet megtalálni, de csak ezek változása határozható meg. Ugyanakkor a kémiailag reagáló rendszerek termodinamikai számításaiban célszerű egyetlen vonatkoztatási rendszert használni. Ebben az esetben, mivel az entalpia és a belső energia összefüggésben áll egymással, elegendő csak egy entalpiára vonatkoztatási rendszert bevezetni. Ezen kívül összehasonlítani és rendszerezni a kémiai reakciók hőhatásait, amelyek attól függnek fizikai állapot reakcióba lépő anyagokat és az XP áramlásának körülményeiből vezetjük be a standard halmazállapot fogalmát. A Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója (IUPAC) termodinamikai bizottságának 1975-ös ajánlása alapján a standard állapotot a következőképpen határozták meg:

„A gázok standard állapota egy hipotetikus ideális gáz állapota 1 atmoszféra (101325 Pa) nyomáson. Folyadékok és szilárd anyagok esetén a standard állapot a tiszta folyadék, illetve a tiszta állapot kristályos anyag 1 fizikai atmoszféra nyomáson. Az oldatokban lévő anyagok esetében a standard állapot az a hipotetikus állapot, amelyben egy egymólos oldat entalpiája (1 mól anyag 1 kg oldószerben) megegyezik az oldat entalpiájával végtelen hígítás mellett. A standard állapotú anyagok tulajdonságait a 0 felső index jelöli. (Tiszta anyag egy olyan anyag, amely azonos szerkezeti részecskékből (atomok, molekulák stb.) áll.

Ez a meghatározás a gáz és az oldott anyag hipotetikus állapotára vonatkozik, mivel valós körülmények között a gázok halmazállapotai kisebb-nagyobb mértékben eltérnek az ideálistól, az oldatok halmazállapotai pedig az ideálistól. Ezért, amikor az anyagok termodinamikai tulajdonságait standard állapotú, valós körülmények között használjuk, korrekciókat vezetünk be ezeknek a tulajdonságoknak a valóstól való eltérésére. Ha ezek az eltérések kicsik, akkor a korrekciók elhagyhatók.

A kézikönyvekben a termodinamikai mennyiségeket általában szabványos feltételek mellett adják meg: nyomás R 0 =101325Pa és hőmérséklet T 0 = 0K vagy T 0 = 298,15 K (25 0 C). Az anyagok összes entalpiájáról táblázatok készítésekor a szabványos hőmérsékleti állapotukat T 0 = 0K vagy T 0 = 298,15 KB.

Anyagok, amelyek tiszta kémiai elemek a legstabilabb fázisbanállapot at R 0 \u003d 101325 Pa és az entalpiák referenciapontjának hőmérséklete T 0, vegye az értéket nullával egyenlő entalpia:
. (Például gáz halmazállapotú anyagoknál: O 2, N 2, H 2, Cl 2, F 2 stb., C (grafit) és fémek (szilárd kristályok) esetében).

Mert kémiai vegyületek (CO 2, H 2 O stb.) és olyan anyagok esetében, amelyek tiszta kémiai elemek lévén, nem a legstabilabb állapotban(O, N stb.) entalpia nál nél R 0 =101325Pa és T 0 nem egyenlő nullával:
.

Entalpia kémiai vegyületek at R 0 és T 0 támaszkodik megegyezik a képződés termikus hatásávalőket a tiszta kémiai elemek ezekkel a paraméterekkel, pl.
. Tehát T 0 \u003d 0K-nál:
és T 0 \u003d 298,15K:
.

Bármely anyag entalpiája hőmérsékleten T egyenlő lesz azzal a hőmennyiséggel, amelyet az izobár folyamatban kell szolgáltatni, hogy tiszta kémiai elemekből olyan hőmérsékleten T 0 kapunk egy adott anyagot és melegítsük fel hőmérsékletről T 0 a hőmérséklethez T, azaz bármely anyag entalpiájának kiszámítására szolgáló képlet a következő:

, vagy tömörebb jelöléssel rendelkezünk:

,

ahol az "o" felső index azt jelenti, hogy az anyag standard állapotban van R 0 =101325Pa;
az anyag hőmérsékleten való képződésének entalpiája T 0 tiszta kémiai elemekből;
=
az anyag hőkapacitásával összefüggő túlzott entalpia, - teljes entalpia, figyelembe véve az anyag képződési entalpiáját.

Mert T 0 = 0:

,

Mert T= 298,15 K:

Az entalpia hőmérsékleti számítási sémája T a következőképpen ábrázolható:

A különböző anyagok referenciakönyve a következő értékeket tartalmazza:
és túlzott entalpia
különböző hőmérsékletekhez T.

Mivel a túlzott entalpia
az egyes anyagok táblázataiban nincs megadva, akkor a for kifejezés bal oldalán
nál nél T 0 \u003d 298,15 K, össze kell adni és ki kell vonni egy anyag képződési hőjét hőmérsékleten T 0 = 0K. Ekkor megkapjuk a felesleges entalpiát
, amelyet a táblázatokban adunk meg, és egy további kifejezést
, egyenlő a hőmérsékleti képződéshők különbségével T 0 =298K és T 0=0K; azok. . Akkor nálunk van:

Az összes entalpiák a következő arányokkal számítva T 0 = 0K és T 0 \u003d 298,15K ugyanazokkal a számértékekkel rendelkezik egy adott anyagra adott hőmérsékleten T.

A csökkentett Gibbs-energia és kapcsolata más termodinamikai mennyiségekkel

Csökkentett Gibbs-energia 1 mól anyagra standard állapotban a következő összefüggés vezeti be:

[J/molK] (1)

ahol
- moláris Gibbs szabad energia standard nyomáson, J/mol; az anyag képződésének entalpiája at T\u003d 0 K egyszerű kémiai elemekből:

állapotfüggvény, és csak a hőmérséklettől függ.

Vegyük () származékát a hőmérsékletre vonatkoztatva p=const:

(2)

A (2) egyenletben a Gibbs-energia deriváltja a hőmérséklet függvényében:

, (3)

és az értéket definíció szerint egyenlő

(4)

(3) és (4) behelyettesítésével (2) kapjuk

(5)

(6)

A redukált Gibbs-energia hőmérsékletre vonatkoztatott első deriváltja adja a túlzott entalpiát. Gyakorlati problémák esetén sokkal kényelmesebb a hőmérséklet logaritmusának deriváltját venni, tekintettel arra dT=Td ln T. Akkor van

(7)

A (6) kifejezést így írjuk
(8)

A második származéka hőmérséklet szerint R=const hőkapacitást ad

=
(9)

vagy
(10)

A (6), (7), (9) és (10) függőségek (
)/TÉs az egyes anyagok termodinamikai tulajdonságainak hőmérséklet-közelítésére szolgálnak. A standard nyomáson mért moláris entrópia a csökkentett Gibbs-energiában is kifejeződik:

(11)

Az egyes anyagok termodinamikai tulajdonságainak ábrázolása a referencia irodalomban

A V.P. által szerkesztett kézikönyvben Glushko minden egyes anyag 1. móljára standard állapotban, a hőmérséklettől függően, az értéktáblázatok az intervallumban vannak megadva t 0 100 000 és 6 000 000 között:

- izobár hőkapacitás, J/molK;

a redukált Gibbs-energia, J/molK;

- entrópia, J/molK;

- túlzott entalpia, kJ/mol;

, ahol K 0 egy adott anyag XP bomlásának egyensúlyi állandója BAN BEN gáznemű atomokká, dimenzió nélküli mennyiség. Az anyag bomlási képlete:
, ahol - az atomok száma az anyag molekulájában BAN BEN.

Például:
.

Az értékek megadva:

- a B anyag gáz-halmazállapotú atomokra bomlási reakciójának termikus hatása T 0 = 0K, kJ / mol;

- egy anyag tiszta kémiai elemekből történő képződésének entalpiája (a képződés hőhatása) T 0 =0K-nál, kJ/mol;

- anyag képződési entalpiája T 0 =298,15K-nál, kJ/mol;

M - relatív molekulatömeg, dimenzió nélküli mennyiség;

- egy anyag entrópiájának nukleáris komponense, amely az anyag izotóp-összetételétől függ, és XP alatt nem változik, J/molK. Az érték nem befolyásolja A gyakorlati funkciókat a kézikönyv figyelmen kívül hagyja .

A kézikönyv polinom formájában közelíti meg a redukált Gibbs-energiát a hőmérséklet függvényében minden egyes anyagra vonatkozóan.

Közelítés ( T) a hőmérséklettől függően polinomként van ábrázolva:

ahol x = T 10 -4 K; φ , φ n (n=-2, -1, 0, 1, 2, 3) – közelítő együtthatók a hőmérsékleti tartományra T min  T T max ,( T min = 500 ezer, T max = 6000K).

A közelítési együtthatók felhasználásával φ , φ n az anyag többletentalpiája és hőkapacitása kiszámítható:

valamint a moláris entrópia:
Mert teljes feladatot kémiailag reagáló rendszerek egyes anyagainak összes termodinamikai tulajdonsága hőmérsékleten T számítógépes számításokhoz a választás során T 0 = 298,15 K, akkor a következő értékeket kell megadnia:

azok. Összesen 13 paraméter, ahol .

Választáskor T 0 = 0K érték
És
ki kell zárni a listáról. Ezután 11 paraméter maradt:
(7 esély)



. Így rakéta- és repülőgép-hajtóművek termodinamikai számításainál célszerű az entalpia referenciapont hőmérsékletét választani. T 0 = 0K.

9.4. Az anyag Gibbs-szabadenergiájának és entrópiájának kiszámítása a szabványos körülmények közötti nyomástól eltérő nyomáson

Moláris entalpia , hőkapacitás
és a belső energia csak a hőmérséklettől függ:

Moláris entrópia , Gibbs szabad energia , Helmholtz szabad energia hőmérséklettől és nyomástól függ.

Hozzunk létre összefüggést a mennyiségek között:
és értékeik normál állapotban
amelyeket referenciaanyagok felhasználásával határoznak meg.

Először szerezzük meg a Gibbs-szabadenergia kifejezését. A termodinamika 1. és 2. törvényének kombinált kifejezéséből egy egyszerű, zárt TS-re és reverzibilis folyamatokra 1 mól anyagra vonatkozóan a következőket kapjuk:

Nál nél T= const( dT= 0) kapjuk
, ahol
. Ahol az integráció után a végső folyamathoz a nyomástartományban R 0 -tól R nekünk van

, vagy
(1)

ahol
-molar Gibbs szabad energia at R 0 \u003d 1 fizikai atm,
- ugyanez a nyomással
. A függőség (1) gáznemű és kondenzált anyagokra érvényes T= konst.

Az ideális gázért
. Következésképpen,
és az (1) integrálja egyenlő lesz
. Azon keresztül jelölve
dimenzió nélküli nyomás; ahol R 0 = 101325Pa; ~ tilde, ideális gázra kapunk egy képletet a nyomás alatti Gibbs-szabadenergia kiszámítására p≠r 0:

Ha az anyag gázkeverékben van, akkor a én Az ideális gázok keverékének komponense:

ahol a normalizált parciális nyomás és normalizált keveréknyomás arányával összefügg
, figyelembe véve a moláris frakciót
i-edik gáz,
, és a gázelegy nyomását a Dalton törvény határozza meg
.Hogy megkapjuk a számítási képletet móltörtekkel kifejezve a (3) képletet a következőképpen ábrázoljuk:

Jelöljük a Gibbs moláris szabad energiát én th gáz keveréknyomáson. Akkor kapunk

A kondenzált anyagok moláris Gibbs-szabad energiái nem függnek a nyomástól, mivel térfogatuk elhanyagolható a gáznemű komponensek térfogatához képest. Ezután a számítási képlet
A kondenzált anyagok a következő formában lesznek:

ahol x én– móltört én-adik anyag ahhoz a fázishoz képest, amelyben található (a fázis móljainak számához képest),
egy tiszta kondenzált anyag moláris Gibbs-szabad energiája, at p= p 0 =101325Pa.

A nyomás entrópiára gyakorolt ​​hatása a Gibbs moláris szabadenergia kifejezéséből határozható meg én egy ideális gáz nyomású komponense p ≠p 0

amiből az következik

(7)

Miután a (8)-at (7)-be cseréltük, és azt figyelembe véve
, kapunk:

A kondenzált anyag i-edik komponensére, a (9) kifejezés analógiájára, kaphatunk egy képletet az entrópia kiszámítására p ≠p 0

Érték - átvéve a kézikönyvből R 0 =101325 Pa.

9.5. Gibbs-szabadenergia számítása valódi gázokra és oldatokra. Volatilitás és aktivitás

A valós gázok és oldatok Gibbs-moláris szabadenergiájának kiszámításakor az ideális gázokra és oldatokra kapott képleteket használhatja. Ugyanakkor részleges nyomások p én helyébe a volatilitás értéke lép f én [Pa] és móltörtek x én- tevékenységről a én. Az illékonyság a valós gázok állapotegyenletéből meghatározott nyomás, amely ugyanolyan hatással van a rendszerre, mint egy ideális gáz esetében. Tulajdonképpen f én a korrigált nyomás, amely a termodinamikai rendszernek az ideális gáz állapotegyenletével leírt ideális állapottól való eltérését jellemzi.

Így valódi gázok esetében a Gibbs-moláris szabadenergia értékét a kifejezés fogja meghatározni

ahol
,
fogalmazás). Ahogy a valódi gáz állapota megközelíti az ideális gáz állapotát, az illékonyság részleges nyomásra hajlamos . Az ideális gázért f én = p én(alacsony nyomáson).

Tevékenység a én(dimenzió nélküli mennyiség) a korrigált móltört x én, amely a sűrített rendszer ideális állapottól való eltérését jellemzi. Ahogy a valódi megoldás közeledik az ideális állapothoz, a tevékenységhez a én moláris frakcióra hajlik x én. Gyenge megoldásokhoz a én =x én . Így valódi megoldásokhoz

A Gibbs-szabadenergia kiszámításának leírt módszerét Lewis G.N. amerikai fizikai kémikus javasolta. (1875-1946).

A termodinamikában a fugacitási együtthatók fogalmát is használják
és tevékenységek
. Ideális gázokhoz és oldatokhoz
.

9.6. A termodinamika harmadik főtételeés a munkaközeg izoterm tágulásával, mivel a munkaközeg megszűnik hőt adni a környezetnek, mert állapotok Nyomásesés számítása in rendszer a hajó gázkimenete, ha parti gázkimenetet használunk számára ...

Valós folyamatok termodinamikája

Dokumentum

... rendszer ingyenesnek nevezik entalpia. A funkcióval kapcsolatos további részletekért lásd az alábbiakat fejezet ... Államokárnyékolás ehhez anyag folyam. Képletek(222) és (223) érvényes számárarendszerek... konkrét termodinamikaitulajdonságait ...

A kémiai reakciókat nem csak végtermékek előállítására használják. Nagyon gyakran fontos tudni, hogy egy adott típusú tüzelőanyag elégetésével mennyi hő nyerhető, mennyi munkát nyerhetünk a különböző kémiai reakciók során. Nagy jelentőséggel bír egy adott reakció előfordulásának alapvető lehetőségére vonatkozó kérdés előzetes megoldása is. Mindez a kémiai folyamatban részt vevő anyagok termodinamikai paramétereinek ismeretén alapuló speciális számítások elvégzésével tehető meg. Mivel a kémiai átalakulások nagyon változatosak, és több mint 100 kémiai elem vehet részt a reakciókban, a termodinamikai mennyiségek eredetének megválasztása is problémát jelent. Erre a célra a termodinamika széles körben használja a fogalmakat szabvány állapotok és szabvány feltételek.

A kémiai reakciók fontos jellemzője, hogy a reakció során a különböző kémiai elemek nem alakulnak át egymással. Ez azt jelenti, hogy a termodinamikai mennyiségek referenciapontjának beállításához az összes kémiai elemet standard állapotba vehetjük, pontosan ugyanaz mind a kiindulási anyagokkal, mind a reakciótermékekkel kapcsolatban.

Az előző részben bemutattuk, hogy a kémiai folyamatok energiaparamétereinek értékei általában a reakcióúttól függenek. Ilyenek például a folyamat hője vagy a folyamat munkája. Ennek ellenére vannak olyan körülmények, amikor a folyamat hőjét és munkáját a vég- és kiindulási állapot beállítása egyedileg határozza meg. Ahol a folyamatoknak állandó térfogaton vagy nyomáson kell végbemenniük. A rendszer hőmérsékletének a folyamat végén meg kell egyeznie a folyamat elején lévő hőmérséklettel. Ilyen esetekben a termodinamikai számítások végrehajtási sémája különösen egyszerűnek tűnik, amint az az 1. ábrán látható. 11.1.

A termodinamikai paraméter változása reakcióban

kiindulási anyagok -» véganyagok

egyenlő a végső és a kiindulási anyagok képződésének megfelelő paraméterei közötti különbséggel. Például egy reakció entalpiaváltozása az

Hasonlóképpen számítjuk ki a reakció és egyéb mennyiségek változását. Az entrópiához az anyagok abszolút értékeit használjuk

ábra termodinamikai mennyiségeinek jelölése. A 11.1 további indexekkel van ellátva. Az "o" index azt jelzi, hogy a szóban forgó érték az anyag standard állapotát jellemzi.

A "g" index innen származik angol szó reakcióés a jövőben széles körben használják a reakciókban változó mennyiségek jellemzésére. "f" index (képződés) az egyszerű anyagokból vegyület képződésének reakciójában a figyelembe vett érték változását jelzi. Az "r" (vagy "f") index használatának azonban van egy másik fontos funkciója is: valamilyen termodinamikai mennyiség változása, amelyet A-val írunk. g M, jellemzi

Rizs. 11.1. Változási sebesség kémiai reakciók termodinamikai paramétereinek számítási sémája M egy nagyon nagy rendszer esetén eggyel történő változtatással, amikor a változtatások nem befolyásolják a rendszer tulajdonságait. Más szóval a "g" (vagy "f") indexű mennyiségek jellemzik differenciális tulajdonságok rendszerek:

és például

miközben a rendszer paramétereit változatlanul hagyja (kivéve az értéket?). Így, AM az M értékének változása, a A x M - az M értékének változási sebessége a reakció mélységével. Az A x M értéke az M függésének görbe meredekségének érintőjét jellemzi ?,.

A számításokhoz szükséges értékeket közvetlenül termodinamikai táblázatokból veszik, amelyek kísérleti és elméleti adatok alapján készülnek.

Egyetlen referencia nullaként jelenleg az összes kémiai elem halmazát használják egyszerű anyagok formájában, amelyek 25 ° C-on a legstabilabb formában vannak. Például a szenet grafit formájában, a brómot folyadék formájában veszik fel. Ez alól kivételt képez a foszfor és az ón. A foszfor esetében a fehér foszfort (P 4 vegyület), az ónnál a fehér ónt ((3-ón), mivel ezek az anyagok jobban hozzáférhetők. Válogatott egyszerű anyagok halmaza képez alapot termodinamikai számításokhoz, és az alapban szereplő minden egyszerű anyag az alapvető anyag.

A termodinamikai számítások elvégzéséhez az anyag paramétereit használják fel standard állapotok, amelyek az IUPAC ajánlásának megfelelően (1982 óta használatosak) a következők szerint vannak kiválasztva:

1. Egy anyag hőmérséklete normál állapotban megegyezik a rendszer hőmérsékletével:

2. Nyomás egy anyagra standard állapotban vagy egy gáz halmazállapotú anyag nyomása szabványos állapotban (p°) egyenlő 1 barral:

1982-ig normál állapotban (1 atm = 101325 Pa) egy atmoszféra nyomást használtak nyomásként. Bár a referencia adatok lehetséges eltérései csekélyek, mégis ajánlatos odafigyelni a normál állapotú nyomáshoz használt mértékegységrendszerre.

• 3. Mert gáznemű anyagok Standard állapotként az ideális gázok formájú hipotetikus állapotokat választjuk.
• 4. Folyékony és szilárd anyagok esetén a valós állapotokat a következő helyen veszik fel p°= 1 bar és hőmérséklet T.
• 5. Néha feltételezett halmazállapotokat is figyelembe vesznek, például a vizet gáz formájában 1 bar nyomáson és 100 °C alatti hőmérsékleten, vagy jég formájában 25 °C-on.
• 6. A standard állapotú anyagokat jellemző termodinamikai mennyiségeket ún alapértelmezett.

Azt mondják, hogy az anyagok hőmérsékleten standard állapotúak T° = Normál körülmények között 298,15 K található. Kérjük, vegye figyelembe, hogy ne keverje össze a szabványos állapotokat és a szabványos feltételeket: szabványos feltételek bármely hőmérsékleten lehetségesek, a standard feltételek csak a hőmérsékletre vonatkoznak 25 °C.

Meg kell jegyezni, hogy a gyakorlatban néha más szabványos állapotokat is használnak, ha ez kényelmesebbnek tűnik. Szilárd és folyékony anyagok esetében a standard állapot fogalmát gyakran használják bármilyen nyomáson, és nem csak nyomáson p°= 1 bar. Az ilyen szabványos feltételekhez kapcsolódó szabványos értékek kijelöléséhez a "*" felső indexet használjuk (például AN*).

Keverékek és oldatok esetében az ideális keverék vagy oldat állapota, amelynek az anyag koncentrációja egyenlő egységgel (molaritás vagy molalitás).

Néha kimondja T= Drendszerek) és V=És ' = 1 l.

A KÉMIAI TERMODINAMIKA ÉS KINETIKA ELEMEI

Termodinamikai rendszerek: rendszerek (izolált, zárt, nyitott) és folyamatok (izoterm, izobár, izokhorikus) meghatározása, osztályozása. Normál állapot.

Termodinamika - ez tudomány az energia felszabadulásával, elnyelésével és átalakulásával járó folyamatok lefolyásának általános törvényszerűségeinek tanulmányozása.

Kémiai termodinamika tanulmányozza a kémiai energia és egyéb formáinak - termikus, fény-, elektromos stb. - kölcsönös átalakulását, megállapítja ezen átmenetek mennyiségi törvényeit, és lehetővé teszi az anyagok adott körülmények közötti stabilitásának és bizonyos kémiai anyagokba való belépési képességük előrejelzését is. reakciók. A termokémia, amely a kémiai termodinamika egyik ága, a kémiai reakciók termikus hatásait vizsgálja.

A termodinamikai vizsgálat tárgyát termodinamikai rendszernek vagy egyszerűen rendszernek nevezzük.

Rendszer - a természet bármely tárgya, amelyből áll egy nagy szám molekulák (szerkezeti egységek), és a természet más objektumaitól valós vagy képzeletbeli határfelület (interfész) választja el.

A rendszer állapota a rendszer azon tulajdonságainak összessége, amelyek lehetővé teszik a rendszer termodinamikai szempontból történő meghatározását.

A termodinamikai rendszerek típusai:

I. Az anyag- és energiacsere természeténél fogva azzal környezet:

Elszigetelt rendszer - nem cserél anyagot vagy energiát a környezettel (Δm = 0; ΔE = 0) - termosz, Dewar edény.

Adiabatikusan izolált - Lehetetlen hőenergia cseréje a külső környezettel, anyagcsere lehetséges.

2. Zárt rendszer - a környezettel mint anyaggal nem cserél, de energiát cserélhet (zárt lombik reagensekkel).

3. nyitott rendszer- anyagot és energiát egyaránt cserélhet a környezettel (az emberi testtel).

Ugyanaz a rendszer különböző állapotokban lehet. A rendszer minden állapotát a termodinamikai paraméterek bizonyos értékkészlete jellemzi. A termodinamikai paraméterek közé tartozik a hőmérséklet, nyomás, sűrűség, koncentráció stb. Legalább egy termodinamikai paraméter változása a rendszer egészének állapotának megváltozásához vezet. Ha a termodinamikai paraméterek a rendszer minden pontján (térfogat) állandóak, akkor a rendszer termodinamikai állapotát egyensúlynak nevezzük.

II. Összesítési állapot szerint:

1. Homogén - a drasztikus változások hiánya a fizikai és kémiai tulajdonságok a rendszer egyik területéről a másikra való átmenet során (egy fázisból állnak).

2. Heterogén - két vagy több homogén rendszer egyben (két vagy több fázisból áll).

A fázis egy rendszer része, amely összetételében és tulajdonságaiban minden pontján homogén, és a rendszer többi részétől egy interfész választja el. A homogén rendszerre példa az vizes oldat. De ha az oldat telített és az edény alján sókristályok vannak, akkor a vizsgált rendszer heterogén (fázishatár van). A sima víz egy másik példa a homogén rendszerre, de a víz, amelyben jég úszik, heterogén rendszer.

fázisátmenet- fázisátalakítások (jég olvadása, víz forralása).

Termodinamikai folyamat- átmenet termodinamikai rendszer egyik állapotból a másikba, ami mindig jogsértéssel jár egyensúlyi rendszerek.

Például az edényben lévő gáz mennyiségének csökkentése érdekében el kell mozgatnia a dugattyút. Ebben az esetben a gáz összenyomódik, és mindenekelőtt megnő a gáznyomás a dugattyú közelében - az egyensúly megbomlik. Minél nagyobb az egyensúlyhiány, annál gyorsabban mozog a dugattyú. Ha a dugattyút nagyon lassan mozgatjuk, akkor az egyensúly kissé felborul, és a nyomás a különböző pontokon alig tér el az adott gáztérfogatnak megfelelő egyensúlyi értéktől. A végtelenül lassú kompresszió határértékében a gáznyomás minden pillanatban meglesz bizonyos értéket. Következésképpen a gáz állapota mindig egyensúlyban lesz, így egy végtelenül lassú folyamat egyensúlyi állapotok sorozatából fog összeállni. Az ilyen folyamatot ún egyensúlyi vagy kvázi statikus.

A végtelenül lassú folyamat egy absztrakció. A gyakorlatban egy folyamat akkor tekinthető kvázi statikusnak, ha olyan lassan megy végbe, hogy a paraméterek értékeinek eltérése az egyensúlyi értékektől elhanyagolhatóan kicsi. Az egyensúlyi folyamat irányának megváltoztatásakor (például a gázkompressziót tágulásra cserélve) a rendszer ugyanazokon az egyensúlyi állapotokon megy keresztül, mint az előremenetben, de fordított sorrendben. Ezért egyensúlyi folyamatokat is neveznek megfordítható. Meghívásnak nevezzük azt a folyamatot, amelynek során a rendszer egy sor változás után visszatér eredeti állapotába körkörös folyamat vagy ciklus. Az egyensúlyi állapot és a reverzibilis folyamat fogalma fontos szerepet játszik a termodinamikában. A termodinamika összes kvantitatív következtetése csak egyensúlyi állapotokra és reverzibilis folyamatok.

A termodinamikai folyamatok osztályozása:

Izoterm - állandó hőmérséklet - T= konst

Izobár - állandó nyomás - p= konst

Izokór – állandó térfogat – V= konst

Adiabatikus – nincs hőcsere a rendszer és a környezet között – d K=0

standard állapot- ban ben kémiai termodinamika az egyes anyagok és oldatok összetevőinek feltételesen elfogadott állapotai az értékelésben termodinamikai mennyiségek.

A "standard állapotok" bevezetésének szükségessége abból adódik, hogy a termodinamikai törvények nem írják le pontosan a valódi anyagok viselkedését, amikor mennyiségi jellemző szolgálja nyomás vagy koncentráció. A szabványos állapotokat a számítások kényelme érdekében választják ki, és ezek változhatnak, amikor egyik problémáról a másikra lépünk.

Szabványos állapotokban a termodinamikai mennyiségek értékeit "standard"-nak nevezik, és a felső indexben nullával jelölik, például: G0, H0, m0 rendre szabványos. Gibbs energia, entalpia, kémiai potenciál anyagokat. Nyomás helyett termodinamikai egyenletek számára ideális gázokés az oldatok illékonyságot, koncentráció helyett pedig aktivitást használnak.

Termodinamikai Bizottság az elméleti és alkalmazott kémia nemzetközi szövetsége(IUPAC) a szabványos állapotot az összehasonlítás alapjául feltételesen kiválasztott rendszer állapotaként határozta meg. A Bizottság az anyagok következő szabványos állapotait javasolta:

A gázfázis esetében ez a (feltételezett) állapot vegytiszta anyag gázfázisban, 100 kPa szabványos nyomáson (1982 előtt - 1 standard atmoszféra, 101 325 Pa, 760 Hgmm), ami tulajdonságok jelenlétére utal ideális gáz.

Tiszta fázishoz, keverékhez vagy oldószerhez folyékony vagy szilárd anyagban az összesítés állapota - Ez a kémiailag tiszta anyag állapota folyékony vagy szilárd fázisban standard nyomáson.

Megoldásnál ez az oldott anyag (feltételezett) állapota a standarddal molalitás 1 mol/kg, standard nyomáson vagy standard koncentrációban, azon feltételek alapján, hogy az oldatot korlátlan ideig hígítják.

Kémiailag tiszta anyag esetében ez egy jól meghatározott aggregációs állapotú anyag egy jól meghatározott, de tetszőleges szabványos nyomáson.

A szabványos állapot IUPAC definíciója nem tartalmazza a szabványos hőmérsékletet, bár gyakran beszélünk szabványos hőmérsékletről, amely 25 °C (298,15 K).

7. Reakciósebesség: átlagos és igaz. Az aktív tömegek törvénye.

Termodinamikai rendszerek: rendszerek (izolált, zárt, nyitott) és folyamatok (izoterm, izobár, izokhorikus) meghatározása, osztályozása. Normál állapot.

Nálunk van a legnagyobb információs bázis a RuNetben, így mindig találhat hasonló lekérdezéseket

A reakciósebesség függése a koncentrációtól. A reakció elemi aktusának molekularitása. Reakciók sorrendje. Első és nulladrendű reakciók kinetikai egyenletei. fél élet.

A reakciósebesség függése a hőmérséklettől. A reakciósebesség hőmérsékleti együtthatója és jellemzői a biokémiai folyamatokhoz. Aktiválási energia.

A katalízis homogén és heterogén. enzimatikus katalízis. Michaelis-Menten egyenlet.

kémiai egyensúly. Reverzibilis és visszafordíthatatlan reakciók.

Mayo adomány. Turisztikai válogatás. Parkolóhely díja

Az adófizetők természetes és jogi személyek, ideértve a nem rezidenseket is, mint vysnikek a \"zabolátlan cselekedetekről.

Mezőgazdaság

Kultúrák osztályozása botanikai és biológiai jellemzők szerint. A vetésterületek szerkezetének kialakítása. Mezőgazdasági technológia. Biológiai és botanikai jellemzők.

A virobnitsia alapjai. Praktikus munka

Munkaügyi oktatás szakos hallgatók előjegyzési jegyzéke 5.01010301 „Technológiai oktatás”. A tizenhárom jellemző gyakorlati feladatot bemutató súgófüzetben lehetőség nyílik az alapvető táplálkozási ismeretek és különféle szempontok elvitelére: életre, erőre, anyagfeldolgozási módokra.

Anyagi felelősség az enyém és a befogadó személy megsértéséért

A belépési biztonság elemei és egyenlő rendszerei. biztonsági főnök. Hozzáférési mód biztonsága. Extrém pszichológia.

A „Robotok megalapítása számítógépen” tárgyú kurzus A Windows operációs rendszer objektumai témában. Kijev, 2015

A különböző reakciók hőhatásainak egymással való összehasonlítása érdekében szükséges a reakciók végbemenetelének körülményeinek standardizálása (a kiindulási anyagokat sztöchiometrikus arányban veszik). Az egyes anyagok állapota standard állapotként jön létre. Ez az a fizikai állapot, amelyben az anyag stabilabb, P0=101kPa=1 atm. és T=298K=25˚С.

A normál körülmények között lezajló reakció termikus hatása.

Termokémiai egyenletek - ezek a kémiai reakciók egyenletei, amelyekben a résztvevő reakciók képlete mellett zárójelben az anyag halmazállapota van feltüntetve (szilárd - (t), kristályos - (k), folyékony - (g), gázhalmazállapotú - (g), megoldás - (p)) és az egyenlet után pontosvesszővel elválasztva a termikus hatás nagyságát jelöljük, normál körülmények között.

Ebben a reakcióban egyszerű anyagokból összetett anyag képződik, és az ilyen reakciók hőhatását egy anyag képződéshőjének nevezzük.

Egy anyag képződésének standard terlotja () az a hőhatás, amikor 1 mól anyag képződik egyszerű anyagokból, amelyek standard állapotban vannak.

Az egyszerű anyagok szabványos képződéshőjét hagyományosan nullának tekintjük. Szabványos képződéshők összetett anyagok hivatkozási táblázatban találhatók.

Termokémiai törvények és számítások rájuk:

1. Hess törvénye.

A több lépcsőben lezajló reakció hőhatása megegyezik az egyes szakaszok hőhatásainak összegével.

grafit oxidáció.

A Hess-törvény következménye:

Vagyis a folyamat termikus hatása csak a kiindulási anyagok és reakciótermékek típusától függ, de nem függ az átmeneti úttól.

A reakció termikus hatása egyenlő a különbséggel reakciótermékek és kiindulási anyagok képződéshőinek összegei. A reakcióban résztvevők képződéshőit a következő kifejezésben számítjuk ki, figyelembe véve a reakcióegyenlet együtthatóját. Az utolsó kifejezés a standard körülmények között lezajló kémiai reakciók hőhatásainak kiszámítására szolgál referenciaadatok felhasználásával, a reakciókban résztvevők standard képződéshői alapján.

2. Lavoisier-Laplace törvénye.

Egy anyag képződéshője számszerűen megegyezik egy ellenkező előjelű anyag bomláshőjével.

A kémiai reakciók iránya.

Bármilyen kémiai reakció reverzibilis, pl. közvetlenül és befelé is haladhat ellentétes irány. Ezért mind a kiindulási anyagok, mind a reakciótermékek mindig jelen vannak a reakcióelegyben. De az arány attól függ, hogy milyen körülmények között találhatók a reagáló anyagok. Minden reakció reverzibilis, de bizonyos körülmények között bizonyos irányban haladhatnak.

A termodinamika lehetővé teszi egy adott reakció irányának meghatározását adott körülmények között (t=const és P=const). A rendszer szabad energiájának csökkenésével járó folyamatok spontán módon mennek végbe. Ennek alapján spontán reakciók léphetnek fel, amelyek során a rendszer szabadenergiája csökken. Az exoterm reakció során a hőtartalom csökken, az ilyen reakcióknak spontán módon kell lezajlania (), azonban nem ez az egyetlen kritérium. A szabadenergia változását egy másik termodinamikai függvény - az entrópia - értéke is meghatározza. Példa lehet olyan reakciókra, amelyek exotermek, de nem mennek spontán módon.

Ezért a Berthelot-Thomson elv nem érvényes minden reakcióra. Ez azért van, mert a változás ingyenes rendszer nemcsak a hőtartalmának változásával, hanem az entrópia változásával is összefüggésbe hozható.

A folyamatok a belső energia és a hőtartalom változása nélkül is lezajlhatnak.

Az entrópia (S, J/K) termokémiai függvény, a rendszer rendezetlenségének mértéke, a rendszer állapotának valószínűségi függvénye. Így spontán folyamatok mennek végbe, amelyek során megnő az entrópia, vagyis nő a káosz. A fordított folyamat energiát igényel.

A gáz spontán üregbe vagy vákuumba való tágulása és keveredési folyamatok spontán történhetnek.

A spontán kritériumai

a folyamat menetét.
Egy anyag standard entrópiája ( (V), J / mol * K) az entrópia összehasonlítására és meghatározására szolgál. kémiai reakció. Normál körülmények között bármely anyag 1 mol entrópiája megbecsülhető. Az entrópia esetében a Hess-törvény következményeit figyeljük meg.

Az entrópia változása standard körülmények között kémiai reakció során.

Az entrópia változása nem függ a rendszer kezdeti állapotból a végső állapotba való átmenet módjától, hanem csak a reagáló anyagok kezdeti és végső állapota határozza meg. És ha , akkor a reakciók spontán módon mennek végbe, feltéve, hogy .

Egy anyag entrópiája a fizikai állapotától függ, és a kristályosból a folyékony és gázhalmazállapotú entrópiára való átmenet fokozódik. Az entrópia arányos a hőmérséklettel.

A rendszer izobár-izoterm potenciálja a rendszer szabadenergiájának értéke állandó nyomáson és hőmérsékleten, normál körülmények között, G 0-val jelöljük. Egy kémiai reakció során az izobár-termikus potenciál megváltozik.

Az egyensúlyi állapot, azaz a direkt és fordított folyamatok azonos sebességgel mennek végbe, és mindkét irány egyformán valószínű. Ha adott hőmérsékleten és nyomáson spontán módon lezajlik, a fordított reakció nem lehetséges.

A termodinamika olyan tudomány, amely az energia felszabadulásával, elnyelésével és átalakulásával járó folyamatok áramlásának általános mintázatait vizsgálja. A kémiai termodinamika a kémiai energia és egyéb formái - termikus, fény, elektromos stb. - kölcsönös átalakulását vizsgálja, megállapítja ezen átmenetek mennyiségi törvényeit, és lehetővé teszi az anyagok adott körülmények közötti stabilitásának és bejutási képességének előrejelzését is. bizonyos kémiai reakciókba. A termodinamikai vizsgálat tárgyát termodinamikai rendszernek vagy egyszerűen rendszernek nevezzük.

Rendszer- a természet bármely tárgya, amely nagyszámú molekulából (szerkezeti egységből) áll, és amelyet a természet más objektumaitól valós vagy képzeletbeli határfelület (interfész) választ el.

A rendszer állapota a rendszer azon tulajdonságainak összessége, amelyek lehetővé teszik a rendszer termodinamikai szempontból történő meghatározását.

A termodinamikai rendszerek típusai:

ÉN. A környezettel való anyag- és energiacsere természeténél fogva:

1. Elszigetelt rendszer - nem cserél anyagot vagy energiát a környezettel (Δm = 0; ΔE = 0) - termosz.

2. Zárt rendszer - nem cserél anyagot a környezettel, de energiát cserélhet (zárt lombik reagensekkel).

3. Nyílt rendszer - képes cserélni a környezettel, mind az anyaggal, mind az energiával (az emberi testtel).

II. Összesített állapot szerint:

1. Homogén - a fizikai és kémiai tulajdonságok éles változásainak hiánya a rendszer egyik területéről a másikra való átmenet során (egy fázisból állnak).

2. Heterogén - két vagy több homogén rendszer egyben (két vagy több fázisból áll).

Fázis- ez a rendszer része, amely összetételében és tulajdonságaiban minden pontján homogén, és az interfész által elválasztva a rendszer többi részétől. A homogén rendszerre példa a vizes oldat. De ha az oldat telített és az edény alján sókristályok vannak, akkor a vizsgált rendszer heterogén (fázishatár van). A sima víz egy másik példa a homogén rendszerre, de a víz, amelyben jég úszik, heterogén rendszer.

fázisátmenet- fázisátalakítások (jég olvadása, víz forralása).

Termodinamikai folyamat- a termodinamikai rendszer átmenete egyik állapotból a másikba, amely mindig a rendszer egyensúlyának megsértésével jár.

Termodinamikai folyamatok osztályozása:

7. Izoterm - állandó hőmérséklet - T = állandó

8. Izobár - állandó nyomás - p = állandó

9. Izokór - állandó térfogat - V = állandó

standard állapot a rendszer állapota, amelyet feltételesen választottak standardnak az összehasonlításhoz.

Mert gázfázis- ez a kémiailag tiszta anyag állapota gázfázisban 100 kPa szabványos nyomáson (1982 előtt - 1 standard atmoszféra, 101 325 Pa, 760 mm higany), ami az ideális gáz tulajdonságainak jelenlétét jelenti.

Mert tiszta fázis, keverék vagy oldószer folyékony vagy szilárd halmazállapotú aggregált állapotban - ez a kémiailag tiszta anyag állapota folyékony vagy szilárd fázisban standard nyomáson.

Mert megoldás az 1 mol/kg standard molalitással rendelkező oldott anyag állapota standard nyomáson vagy standard koncentrációban, azon feltételek alapján, hogy az oldat korlátlanul hígított.

Mert vegytiszta anyag egy jól meghatározott aggregációs állapotú anyag egy jól meghatározott, de tetszőleges szabványos nyomás mellett.

A standard állapot meghatározásában nem tartalmazza a normál hőmérsékletet, bár gyakran beszélnek a standard hőmérsékletről, ami 25 ° C (298,15 K).

Termodinamikai alapfogalmak: belső energia, munka, hő

Belső energia U- a teljes energiatartalék, beleértve a molekulák mozgását, a kötések rezgését, az elektronok, atommagok mozgását stb., azaz. minden típusú energia kivéve a kinetikai és helyzeti energia rendszerek egészét.

Egyetlen rendszer belső energiájának értékét sem lehet meghatározni, de meg lehet határozni a ΔU belső energia változását, amely egy adott folyamatban a rendszer egyik állapotból (U 1 energiájú) másik állapotba való átmenete során következik be. (U 2 energiával):

A ΔU a vizsgált anyag típusától és mennyiségétől, valamint létezésének körülményeitől függ.

A reakciótermékek összes belső energiája eltér a kiindulási anyagok összes belső energiájától, mert a reakció során a kölcsönhatásban lévő molekulák atomjainak elektronhéjai átrendeződnek.

Az energia átvihető egyik rendszerből a másikba, vagy a rendszer egyik részéből a másikba hő vagy munka formájában.

Fűtés (Q)- a részecskék kaotikus, rendezetlen mozgásával történő energiaátvitel egyik formája.

Munka (A)- az energiaátvitel egyik formája a részecskék rendezett mozgásával, bármilyen erő hatására.

A munka, a hő és a belső energia SI mértékegysége a joule (J). 1 joule 1 newton erő munkája 1 m távolságra (1 J = 1 N × m = 1 kg × m 2 / s 2). A régi kémiai irodalomban a kalória (cal) a hő és az energia széles körben használt mértékegysége volt. 1 kalória az a hőmennyiség, amely 1 gramm víz hőmérsékletének 1°C-kal történő emeléséhez szükséges. 1 Cal = 4,184 J ≈ 4,2 J. Kényelmesebb a kémiai reakciók hőjét kilojoule-ban vagy kilokalóriában kifejezni: 1 kJ \u003d 1000 J, 1 kcal = 1000 cal.