пользователей: 30398
предметов: 12406
вопросов: 234839
Конспект-online
РЕГИСТРАЦИЯ ЭКСКУРСИЯ

Основные закономерности протекания химических процессов. Химическая термодинамика. Термодинамические функции: внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, свободная энергия. Первый и второй законы термодинамики. Закон Гесса. Термохимические расчёты. Направление протекания химических реакций.

Термодинамика изучает взаимные превращения энергии в макроскопических системах.

Термодинамическая система – тело или группа тел, каким-то образом отделённых от окружающей среды и составляющих предмет термодинамического рассмотрения.

1.Открытая система (обменивается с окр. Средой в-вом и энергией)

2.Закрытая система (обменивается только энергией)

3.Изолированная система (не обменивается ни в-вом, ни энергией)<- идеальная система.

Любую химическую систему можно описать термодинамически (исходное и конечное состояние системы).

Функция состояния – это параметры состояния системы, изменение которых в ходе процесса зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от пути перехода системы из начального в конечное состояние. Для описания энергетического состояния системы используют функцию состояния – внутреннюю энергию.

 Внутренняя энергия системы – совокупность всех видов энергии, присущих этой системе, за исключением потенциальной кинетической энергии системы как целого. Определить абсолютное значение внутренней энергии системы невозможно. В ходе любого реального процесса происходит изменение внутренней энергии ΔUвследствие теплообмена со средой и совершения системной работы.При химических реакциях изменяется внутренняя энергия системы – это причина теплового процесса.

Термодинамические законы.

Первое начало (закон) термодинамики: Всё тепло, подведённое к системе, расходуется на изменение внутренней энергии и совершение работы против окр. среды.Q = ΔU + A ;A = pΔV

Если закрытая термодинамическая система совершает только работу расширения, т.е. не совершается полезная работа, тогдаQ = ΔU + pΔV

Сумма U + pV является функцией состояния, её называют энтальпией. Изменение энтальпии ΔH в результате протекания процесса может быть выражено уравнением: ΔH= ΔU + pΔV.

1.V=const  (изохорные процессы) ΔV=0  т.е. ΔQ=ΔU

2.p=const(изобарные процессы)     Q=ΔH

Поэтому энтальпия – функция состояния системы, изменение которой равно теплоте изобарного процесса; внутренняя энергия – функция состояния системы, изменение которой равно теплоте изохорного процесса.

 

Раздел термодинамики, изучающий изменение энтальпии при протекании химических процессов, называется термохимия. Основное понятие термохимии – тепловой эффект химической реакции.

Тепловой эффект химической реакции – энергия, которая выделяется или поглощается в ходе реакции, при постоянном давлении и температуре. (Т=const – изотермический процесс)

- экзотермический процесс  -Q     ΔН < 0

-эндотермический процесс +QΔH> 0

В основе термохимии лежит закон постоянства сумм теплот реакций, установленный Г.Н. Гессом в 1840 г.

 

Любой вид энергии (механической, электрической, химической) можно полностью превратить в тепловую; тепловую же энергию полностью превратить в другой вид энергии нельзя.

Второе начало (закон) термодинамики: 

Невозможен процесс, единственным результатом которого было бы превращение теплоты в работу.Таким образом, всегда будет существовать часть теплоты, которую система не может превратить в полезную работу – её называют «связанной» энергией, т.е. ΔН = Е (свободная) + Е (связанная).Функцию состояния, изменение которой равно максимально полезной работе, совершаемой термодинамической системой, называют свободной энергией, а в изобарном процессе (p=const) – энергией Гиббса ΔG (Дж): ΔG = - Amax

Основной закон термодинамики (закон Гесса):

Тепловой эффект реакции зависит от начального и конечного состояния системы и не зависит от пути проведения процесса.

1сл. Тепловые эффекты прямой и обратной реакции равны по величине и противоположны  по знаку.

2сл. Тепловой эффект кругового процесса равен 0.

Теплота образования в-ва – это тепловой эффект реакции образования 1 моля в-ва из простых в их устойчивом состоянии.

3сл. Тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования конечных веществ за вычетом теплот образования исходных веществ.

aA + bB = cC + dD

ΔH = (cΔHC + dΔHD) – (aΔHA + bΔHB)

Термохимические расчёты

При выполнении простейших расчётов по термохимическим уравнениям используют прямопропорциональную зависимость между:

1.Массой одного из веществ и количеством поглощаемой/выделяемой теплоты.

2.Объёмом одного из в-в и кол-вом поглощаемой/выделяемой теплоты.

2.Количеством (в молях) одного из в-в и ко-вом поглощаемой/выделяемой теплоты.

Следует помнить, что в термохимических уравнениях, коэффициенты указывают не число молекул, а количество веществ (в молях)!

Направление протекания химических реакций

Самопроизвольно протекают только экзотермические реакции! (ΔН < 0 энтальпия меньше нуля)

Движущая сила : система уменьшает запас энергии.

Наиболее устойчивым состоянием любой системы является состояние с наименьшим запасом энергии.

Энтропия – количественно описывает степень беспорядка в системе.

Напр. Газ расширяется – энтропия увеличивается.

Термодинамическая вероятность – число микросостояний, которыми можно реализовать данное макросостояние.S=KlnWK=R/N

В изолированной системе самопроизвольно протекают только те процессы, которые связаны с увеличением энтропии.

1).Тенденция уменьшения запаса энергии.

2).Тенденция увеличения беспорядка.

ΔG = ΔН -TΔS,      G – энергия Гипса; изобарно-изотермический потенциал; химическое сродство; свободная энергия.

Типы химических реакций:

1.Экзотермические реакции, идущие с увеличением энтропии, ΔН < 0   ΔS> 0   ΔG< 0 – всегда!

2.Экзотермические реакции, идущие с уменьшением энтропии, ΔH< 0  ΔS< 0

ΔG – в зависимости от | ΔH| > |TΔS|

3.Эндотермические реакции, идущие с уменьшением энтропии. ΔH> 0   ΔS< 0ΔG> 0 – всегда!

4.Эндотермические реакции, идущие с увеличением энтропии. ΔH> 0     ΔS> 0

ΔG – в зависимости от | ΔH| <|TΔS|

Свободная энергия образования вещества – изменение свободной энергии в реакциях образования одного моля в-ва из простых в-в; сумма свободных энергий образования конечных веществ, за вычетом свободных энергий образования исходных веществ.Нет веществ с нулевой энтропией!

 

 


22.01.2015; 23:54
хиты: 83
рейтинг:0
для добавления комментариев необходимо авторизироваться.
  Copyright © 2013-2024. All Rights Reserved. помощь