ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
5
ее положения в поле тяготения. Внутренняя энергия - это
суммарная кинетическая энергия отдельных частиц системы
и состоит из энергии теплового движения, энергии внутри-
и межмолекулярных взаимодействий.
Для систем при постоянном давлении, т.е. для систем,
изучаемым в аналитической химии, вместо внутренней
энергии U рассматривают величину Н - энтальпию и опре-
деляемую следующим образом:
H = U + pV
где p - давление в системе, V - объем системы. При посто-
янном давлении изменение энтальпии в результате процесса
равно его тепловому эффекту: если
∆
H < 0, процесс идет с
выделением теплоты (экзотермический процесс), если
∆
H
> 0 - с поглощением теплоты (эндотермический процесс).
Внутренняя энергия (энтальпия) складывается из двух
составляющих - свободной и связанной энергии.
Связанная энергия - это часть внутренней энергии
(энтальпии), которая ни при каких условиях не может быть
превращена в химическую работу и которая при протекании
любого процесса рассеивается в виде тепла. Она равна про-
изведению температуры Т и энтропии S:
U
связ
= TS
Энтропия - мера хаотичности, неупорядоченности
системы. Так, энтропия любого физического тела при уве-
личении его температуры всегда возрастает за счет усиле-
ния хаотичности тепловых колебаний его частиц. Энтропия
также возрастает в ходе разнообразных процессов деструк-
ции вещества: при плавлении, испарении, растворении кри-
сталлов и т.д. Энтропия совершенного (идеально упорядо-
ченного) кристалла при температуре абсолютного нуля (при
отсутствии тепловых колебаний) равна нулю.
Свободная энергия G (называемая также энергией
Гиббса или свободной энергией Гиббса) - это часть энталь-
6
пии системы, которую можно превратить в немеханическую
работу:
G = H - U
связ
= H - TS
Величина G в термодинамике играет важнейшую роль.
При условии постоянства температуры и давления измене-
ние свободной энергии в результате процесса
∆
G =
∆
H - T
∆
S
характеризует возможность его самопроизвольного проте-
кания: если
∆
G < 0, процесс может протекать самопроиз-
вольно, тогда как при
∆
G > 0 - не может.
В условиях химического равновесия
∆
G =
Σ
G
продуктов
-
Σ
G
исх.веществ
= 0
Величины H и G имеют размерность энергии (Дж), а S
- энергии, деленной на температуру (Дж·К
-1
). Все эти вели-
чины - экстенсивные, пропорциональные количеству веще-
ства. На практике в химии используют удельные термоди-
намические величины, отнесенные к 1 моль вещества. В
этом случае размерность H и G - Дж·моль
-1
, а S - Дж·К
-
1
·моль
-1
.
Стандартное состояние и стандартные термоди-
намические функции. Все термодинамические функции за-
висят от условий (температуры и давления в системе) и от
состояния вещества (твердое, жидкое, растворенное и т.д.).
В качестве реперной точки при измерении термодинамиче-
ских функций принимают стандартные условия (Т =298 К,
р = 1 атм) и стандартное состояние вещества, выбираемое
следующим образом: для жидкостей - чистая жидкость; для
газов - идеальный газ при парциальном давлении 1 атм; для
растворенных веществ - идеальный раствор с концентраци-
ей 1 М; для твердых веществ - чистый кристалл в наиболее
устойчивой модификации.
Термодинамические функции для веществ в стандарт-
ном состоянии и при стандартных условиях обозначаются
соответствующими символами: H
0
, G
0
, S
0
. Отметим, что по-
5 6
ее положения в поле тяготения. Внутренняя энергия - это пии системы, которую можно превратить в немеханическую
суммарная кинетическая энергия отдельных частиц системы работу:
и состоит из энергии теплового движения, энергии внутри- G = H - Uсвяз = H - TS
и межмолекулярных взаимодействий. Величина G в термодинамике играет важнейшую роль.
Для систем при постоянном давлении, т.е. для систем, При условии постоянства температуры и давления измене-
изучаемым в аналитической химии, вместо внутренней ние свободной энергии в результате процесса
энергии U рассматривают величину Н - энтальпию и опре- ∆G = ∆H - T∆S
деляемую следующим образом: характеризует возможность его самопроизвольного проте-
H = U + pV кания: если ∆G < 0, процесс может протекать самопроиз-
где p - давление в системе, V - объем системы. При посто- вольно, тогда как при ∆G > 0 - не может.
янном давлении изменение энтальпии в результате процесса В условиях химического равновесия
равно его тепловому эффекту: если ∆H < 0, процесс идет с ∆G = ΣGпродуктов - ΣGисх.веществ = 0
выделением теплоты (экзотермический процесс), если ∆H Величины H и G имеют размерность энергии (Дж), а S
> 0 - с поглощением теплоты (эндотермический процесс). - энергии, деленной на температуру (Дж·К-1). Все эти вели-
Внутренняя энергия (энтальпия) складывается из двух чины - экстенсивные, пропорциональные количеству веще-
составляющих - свободной и связанной энергии. ства. На практике в химии используют удельные термоди-
Связанная энергия - это часть внутренней энергии намические величины, отнесенные к 1 моль вещества. В
(энтальпии), которая ни при каких условиях не может быть этом случае размерность H и G - Дж·моль-1, а S - Дж·К-
превращена в химическую работу и которая при протекании 1
·моль-1.
любого процесса рассеивается в виде тепла. Она равна про- Стандартное состояние и стандартные термоди-
изведению температуры Т и энтропии S: намические функции. Все термодинамические функции за-
Uсвяз = TS висят от условий (температуры и давления в системе) и от
Энтропия - мера хаотичности, неупорядоченности состояния вещества (твердое, жидкое, растворенное и т.д.).
системы. Так, энтропия любого физического тела при уве- В качестве реперной точки при измерении термодинамиче-
личении его температуры всегда возрастает за счет усиле- ских функций принимают стандартные условия (Т =298 К,
ния хаотичности тепловых колебаний его частиц. Энтропия р = 1 атм) и стандартное состояние вещества, выбираемое
также возрастает в ходе разнообразных процессов деструк- следующим образом: для жидкостей - чистая жидкость; для
ции вещества: при плавлении, испарении, растворении кри- газов - идеальный газ при парциальном давлении 1 атм; для
сталлов и т.д. Энтропия совершенного (идеально упорядо- растворенных веществ - идеальный раствор с концентраци-
ченного) кристалла при температуре абсолютного нуля (при ей 1 М; для твердых веществ - чистый кристалл в наиболее
отсутствии тепловых колебаний) равна нулю. устойчивой модификации.
Свободная энергия G (называемая также энергией Термодинамические функции для веществ в стандарт-
Гиббса или свободной энергией Гиббса) - это часть энталь- ном состоянии и при стандартных условиях обозначаются
соответствующими символами: H0, G0, S0. Отметим, что по-
