Химия. Сборник задач и упражнений. Часть I. Лямина Г.В - 39 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

77
5. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
5. 1. Основные понятия
Превращения одних видов энергии и работы в другие изу-
чает наука
термодинамика.
Раздел термодинамики, изучающий обмен энергией и
массой между химическими системами, называют
химиче-
ской термодинамикой.
Совокупность веществ, находящихся во взаимодействии,
мысленно выделенная из окружающей среды, называется
сис-
темой.
В зависимости от характера взаимодействия системы с
окружающей средой различают открытые, закрытые и изолиро-
ванные системы.
Открытой системой называется система, ко-
торая может обмениваться энергией и массой с окружающей
средой.
Закрытой системой называется система, которая может
обмениваться с окружающей средой только энергией.
Изолиро-
ванной
системой называется система постоянного объема, в ко-
торой не происходит обмена с окружающей средой ни массой,
ни энергией.
Отдельная часть системы, отделенная от других ее частей
хотя бы одной поверхностью раздела, называется
фазой. Сис-
тема, состоящая из веществ, находящихся в одной фазе, назы-
вается
гомогенной. Система, состоящая из веществ, находя-
щихся в разных фазах, и имеющая хотя бы одну поверхность
раздела, называется
гетерогенной.
Для характеристики внутреннего состояния вещества в
химической термодинамике используют
термодинамические
функции состояния. Функции состояния обладают общим
свойством: изменение любой из них зависит только от началь-
ного и конечного состояний системы и не зависит от того, ка-
ким именно способом это изменение осуществилось.
В рамках изучения дисциплины химии оперируют, в ос-
78
новном, следующими функциями состояния: внутренняя энер-
гия (
U), энтальпия (H), энтропия (S), свободная энергия Гиб-
бса (
G), свободная энергия Гельмгольца (F).
Каждая из функций «отвечает» за одну из сторон харак-
теристики состояния вещества или процесса, а совокупность
значений всех функций позволяет провести полный термо-
динамический анализ химического превращения.
5.2. Первый закон термодинамики. Энтальпия
Внутренняя энергия (U) – запас энергии системы, сла-
гающийся из кинетической энергии движения составляющих ее
частиц (молекул, атомов и др.) и потенциальной энергии их
взаимодействия. Таким образом,
U – это весь запас энергии
системы, кроме потенциальной энергии ее положения и кине-
тической энергии всей системы в целом.
Изменение внутренней энергии (Δ
U) можно определить,
пользуясь законом сохранения энергии (
1-й закон термодина-
мики): теплота, подведенная к системе, расходуется на изме-
нение внутренней энергии и работу против внешних сил
. В ка-
честве работы учитывают, в основном, работу газа против
внешнего давления (расширение газа):
Q = ΔU + A, (5.2.1)
где
Q – количество сообщенной системе теплоты; А – суммарная
работа, совершенная системой (
А
1–2
= ∫РdV); U = U
2
– U
1
– из-
менение внутренней энергии.
Большинство процессов протекает при постоянном давле-
нии (
Р = const). При этом
А
1–2
= Р(V
2
– V
1
), (5.2.2)
а
ΔQ = ΔU + А = U
2
– U
1
+ РV
2
– РV
1
= (U
2
+ РV
2
) –
– (U
1
+ РV
1
).
(5.2.3)
Введя обозначение

Страницы