II закон термодинаміки

II закон термодинаміки встановлює напрямки і межі самовільного процесу. Вперше II закон сформулював у 1747 р. М.В.Ломоносов. Формулювання підтвердив Клаузіус, яке формулюється так: тепло завжди самовільно переходить від гарячого тіла до холодного до тих пір, доки у системі не настане рівновага.

У випадку тепла фактором інтенсивності є температура. У випадку дифузії – концентрація, у випадку газів – тиск, у випадку електрики - потенціали.

Всю внутрішню енергію системи розглядають як суму двох додатків цільної енергії і зв'язаної.

 

DU= DG+ Dg

 

Вільна енергія - це та енергія, за рахунок якої система здійснює роботу -DG.

Зв'язана - це та енергія, яка розсіюється у навколишнє середовище - Dg.

 

DН = DU + pV

DH= DG + pV+ Dg

 

Потенціал Гельмгольца - вільна енергія для конденсованих систем DF.

Зв'язана енергія дорівнює Dg = Т ∙ DS.

Ентропія – міра зв’язаної енергії необратимості DS. Змінення енергії Гіббса позначається DG.

Для самовільного процесу рухомою силою є ентальпія DH, ентропія DS, або енергія Гіббса DG.

1) Якщо DН = 0 (процес невиділення і непоглинання енергії), то самовільно буде йти той процес, який буде супроводжувати збільшення ентропії.

2) Якщо DS = 0, то самовільно буде йти той процес, який супроводжує зменшення внутрішньої енергії, а саме зменшення ентальпії.

3) Якщо ні DS, ні DН = 0, то силою, яка керує процесом, буде DG

а) якщо DG < 0, буде йти прямий процес;

б) якщо DG > 0, буде йти зворотний процес;

в) якщо DG= 0, система буде у рівновазі.

 

Запитання до семінару.

1. Що вивчає термодинаміка?

2. В яких випадках система називається ізольованою?

3. Чим визначається стан термодинамічної системи?

4. Який закон в термодинаміці являється основним?

5. Від чого залежить внутрішня енергія?

6. Як називається кількість теплоти, яка виділяється або поглинається при реакції?

7. Від чого залежить тепловий ефект реакції?

8. Який процес здійснюються при зміні параметрів системи?

9. Що таке теплота утворення?

10. Що таке теплота розкладання?

11. Хто першим заклав основу другого закону термодинаміки?

12. Від чого залежить здійснена системою робота?

13. Що визначає другий початок термодинаміки?

14. Які термодинамічні фактори визначають напрям хімічних реакцій?

15. В якому співвідношенні знаходяться ентальпія і внутрішня енергія системи?

16. Як зв’язані зміни внутрішньої енергії і ентальпії з тепловим ефектом реакції?

17. Як змінюються ізобарно-ізотермічний і ізохорно-ізотермічний потенціали в самовільному процесі?

18. Які потрібні довідкові величини для розрахунку теплового ефекту реакції?

19. Як називається перехід системи із одного стану в інший?

20. Яка з величин відноситься до термодинамічного потенціалу?

21. Визначити теплоту згорання спирту

С₂Н₅ОН + 3О₂ = 2СО₂ + 3Н₂О(р) + Q виходячи із слідуючих даних:

С + О₂ = СО₂ + 394 кДж/моль

Н₂ + ½ О₂ = Н₂О(р) + 285 кЖд/моль

2С + 3Н₂ + ½ О₂ = С₂Н₅ОН + 278,2 кДж/моль

22. Тепловий ефект згорання нафталіну до диоксиду вуглецю і води (у рідкому стані) при постійному об’ємі і 18 ⁰С дорівнює 5162 кДж/моль. Визначити тепловий ефект горіння нафталіну при постійному тиску та цій ж температурі.

23. Визначте тепловий ефект реакції Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂ + Q, якщо теплоти утворення FeO та Fe₃O₄ дорівнюють 26,37 і 1117,7 кДж/моль, а теплоти згорання оксиду вуглецю 283,4 кДж/моль. Розрахувати тепловий ефект цієї реакції.

24. Обчислити теплоту утворення аміаку, виходячи з рівняння реакції:

2NH₃ + 1 O₂ = N₂ + 3H₂O (р)

D Н = - 766 кДж/моль

Теплота утворення Н₂О (р) дорівнює – 286,2 кДж/моль.

25. Обчислити кількість теплоти, яка виділилась при отриманні 360 г метафосфорної кислоти із оксиду фосфору (5), якщо теплоти утворення Р₂О₅, НРО₃ і Н₂О відповідно дорівнюють – 1554, 949,2 і –286,2 кДж/моль.

26. Обчислити тепловий ефект реакції між оксидом заліза (3) і алюмінієм, якщо теплота утворення першого – 821,5 кДж/моль, а другого – 1675,7 кДж/моль.

27. Визначити тепловий ефект реакції розкладу карбоната кальція:

СаСО₃ = СаО + СО₂ + DН

Якщо теплота утворення оксиду кальція, СО₂ і карбоната кальція ії простих речовин відповідно дорівнюють (кДЖ/моль): 636,9, 394 і 1208,6.

28. Визначити тепловий ефект горіння метана:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Якщо теплота утворення СО₂ дорівнює 94 ккал/моль; теплота утворення водяного пару 57,8 ккал/моль і теплота утворення метана 17,9 ккал/моль.

Семінар № 3

 

Тема: Фазові рівноваги. Розчини, їх властивості.

Мета: Вивчити властивості розчинів, основні типи розчинів за агрегатним станом розчинника та розчиненої речовини, вміти користуватися формулами для визначення масової частки речовини, молярної та моляльної концентрації.

Вивчити властивості розчинів електролітів та неелектролітів, навчитися визначати осмотичний тиск та залежність його від концентрації, температури, ступеню дисоціації. Навчитися визначати тиск розчину, температуру замерзання та кипіння, ізотонічний коефіцієнт, ступінь дисоціації, вплив концентрації на тиск та температуру. Визначати молекулярну вагу кріоскопічним та ебуліоскопічним методом.

 

Методичні вказівки.

Фаза - це сукупність тіл системи однорідних за своїм складом та за своїми властивостями і відділених від інших частин системи межею розподілу.

Компонентом системи є така частина системи, яка може бути виділена системи, не змінюючи своїх властивостей. Кожна система завжди має якусь кількість параметрів для даних умов, які можливо змінювати у даних межах, не змінюючи кількість фаз у системі. Такі термодинамічні параметри називають ступені вільності.

Кількість ступенів вільності визначають правилом фаз.

Правило фаз чи закон фаз був відкритий американським вченим Гіббсом:

С = К + 2 - Ф

де, С - кількість ступенів вільності

К - кількість компонентів

Ф - кількість фаз