Некоторые основные термины и определения

ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ

Химическая термодинамика – наука о превращениях одних форм энергии в другие (при протекании химической реакции за счет теплового, хаотического движения молекул, атомов, ионов).

Химическая термодинамика изучает:

- энергетические эффекты, сопровождающие химические реакции;

- возможность, направление и предел самопроизвольного протекания

химического процесса в данных условиях;

- условия равновесия в химических реакциях.

Некоторые основные термины и определения

Системой называется совокупность находящихся во взаимодействии веществ или частиц, мысленно или фактически обособленных от окружающей среды (последняя также является системой).

Система называется изолированной, если она не обменивается с окружающей средой энергией и веществом.

Система называется закрытой, если она обменивается с окружающей средой энергией, но не обменивается веществом.

Система называется открытой, если она обменивается с окружающей средой энергией и веществом.

Фаза – это часть системы, однородная во всех точках по химическому составу и свойствам, и отделенная от других фаз поверхностью раздела, которая, в принципе, может быть выделена из системы каким-либо механическим способом.

Гомогенная (однородная) система – однофазная система, любое свойство которой имеет во всех частях одинаковое значение или непрерывно изменяется от точки к точке. Например, жидкая вода, лед, растворы.

Гетерогенная (неоднородная) система - система, отдельные части которой различаются по свойствам и отделены друг от друга поверхностями раздела. Примером такой системы может служить лед в воде, туман, суспензия глины в воде.

Химическая система - совокупность веществ и частиц, способных к химическому взаимодействию.

Термодинамические параметры - величины, характеризующие макроскопические свойства системы. Например, давление, объем, температура.

Уравнения состояния - количественные зависимости между параметрами системы.

Одним из уравнений состояния является уравнение, описывающее состояние идеального газа (уравнение Менделеева – Клапейрона):

рV = nRT.

Благодаря уравнению состояния, для однозначной характеристики состояния системы оказывается достаточным знание только нескольких независимых свойств (параметров). Остальные являются функциями параметров и их определение однозначно, если заданы значения других. Если, например, для газообразной системы известны величины T, V и n, то величина р определяется однозначно т.к.

р = f (T,V,n).

Понятие о функции состояния

Химическая термодинамика изучает состояния системы, которые характеризуются ее физическими и химическими свойствами (V, p, T, химический состав и т.д.). В термодинамике систему характеризуют при помощи функций состояния.

Функция состояния – величина, определяемая параметрами состояния, однозначно характеризующая систему и не зависящая от пути достижения данного состояния данной системой.

Свойства функцийсостояния:

1. Функция состояния системы не зависит от предыстории, т.е.пути достижения данного состояния (температура, объем и т.д.) данной системой (состав, количество).

2. Функция состояния есть величина аддитивная: функция состояния целого (системы) равна сумме функций состояния ее частей.

3. Абсолютное значение функции состояния f определить, как правило, нельзя, но ее изменение (f) при переходе системы из одного состояния в другое - величина определенная и измеряемая.

Примером функции состояния может служить потенциальная энергия. Абсолютное значение потенциальной энергии тела определить нельзя, т.к. оно испытывает притяжение не только Земли, но и Солнца, звезд, галактики и т.д. Однако это не мешает определить изменение величины потенциальной энергии тела Е при его перемещении из точки а в точку в. Достаточно правильно выбрать начало отсчета - считать, что в каком-то положении (например, на поверхности Земли) потенциальная энергия равна нулю, и тогда в любой другой точке над этой поверхностью она будет равна mgh независимо от того, каким путем тело туда попало (h- высота над поверхностью Земли). Изменение потенциальной энергии при перемещении из точки а в точку в равно:

Е = Е_а - Е_в = mgh_в - mgh_в =mgh.

Независимо от траектории тела. Очевидно, что самопроизвольно тело может переместиться из точки а в точку в только при условии h_в < h_в (Е < 0). Знание неких подобных потенциальной энергии величин f, характеризующих химическую систему в начале (f_исх.) и в конце процесса (f_кон.), позволило бы предсказать возможное направление химической реакции в определенных условиях.

Нахождение таких функций, исследование их зависимостей от условий протекания реакций и использование их для расчета оптимальных условий проведения реакций и составляет предмет химической термодинамики.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: