2018-01-21
359
Работа и теплота. Первый закон термодинамики.
I закон термодинамики: энергия не создается, не уничтожается, а лишь превращается из одного вида в другой, или закон сохранения энергии. (М.В. Ломоносов, 1748г)
Q=ΔU+A, или Q= ΔU+p*ΔV
Тепловые эффекты химических реакций. Закон Гесса.
Тепловой эффект – количество тепла, которое выделяется/поглощается при протекании химической реакции.
Основной закон термохимии: тепловой эффект химической реакции зависит от вида и состояния исходных веществ и конечных продуктов, и не зависит от пути перехода. Г.И. Гесс, 1840г. Закон Гесса позволяет обращаться стермохимическими уравнениями как с алгебраическими, т. е. складывать и вычитать их, если термодинамические функции относятся к одинаковым условиям.
Термохимические расчеты и биоэнергетика
Закон Гесса: тепловой эффект реакции, протекающей при постоянном давлении и (или) объеме, зависит от природы и состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути реакции.
Закон Гесса лежит в основе термохимических расчетов. Следствие из закона Гесса: энтальпия химических реакций равна сумме энтальпий образования продуктов реакций за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов. Стехиометрические коэффициенты в уравнениях реакций показывают, в каких количественных соотношениях находятся реагенты и продукты реакции на микро- и макроуровнях: на микроуровне соотношения между молекулами веществ, на макроуровне - между химическими количествами веществ.
Выяснение биохимических механизмов, приводящих к генерации различных форм биологической энергии, является предметом биэнергетики. Сопряжение энергопотребляющих и энергодающих реакций в организме позволяет живым существам оказывать постоянное сопротивление нарастанию энтропии.
Второй закон термодинамики. Энтропия. Второе начало термодинамики и живые организмы.
Второй закон термодинамики, или закон возрастания энтропии: различные виды энергии могут полностью превращаться в теплоту, но невозможно полное превращение в работу.
Второе начало термодинамики, сформулированное в 1850г Р.Клаузиусом: теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более нагретому.
Энтропия- мера необратимости процесса в изолированных системах, или мера беспорядка в системе. В самопроизвольных системах энтропи стремится к максимуму.
В изолированных системах ΔS=0 при обратимых реакциях, ΔS>0 (возрастает) при необратимых.
Термодинамические факторы, определяющие направление химических реакций. Свободная энергия Гиббса.
Факторы, определяющие направление реакции: а)Тенденция к достижению минимума внутренней энергии; б)тенденция к достижению наиболее вероятного состояния.
Энергия Гиббса- функция состояния, изменение которой в обратимом изобарно-изотермическим процессе равно максимально полезной работе
ΔG=0 –состояние химического равновесия
ΔG0r>0 – эндергонические несамопроизвольные реакции
ΔG0r<0 – экзергонические самопроизвольные реакции
Объединенное выражение для первого и второго начал термодинамики: ΔG=ΔH-ТΔS
Свободная энергия или Энергия Гиббса G – это та часть всей энергии системы, которую можно использовать для совершения максимальной работы.
Задачи химической кинетики. Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость химических реакций.
Химическая кинетика или кинетика химических реакций — раздел физической химии, изучающий закономерности протекания химических реакций во времени, зависимости этих закономерностей от внешних условий, а также механизмы химических превращений.[
Важным понятием химической кинетики является скорость химической реакции. Эта величина определяет, как изменяется концентрация компонентов реакции с течением времени. Скорость химической реакции — величина всегда положительная, поэтому если она определяется по исходному веществу (концентрация которого убывает в процессе реакции), то полученное значение домножается на −1.
Например для реакции
скорость можно выразить так:
В 1865 году Н. Н. Бекетовым и в 1867 году К. М. Гульдбергом и П. Вааге был сформулирован закон действующих масс, согласно которому скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна концентрациям реагентов, возведённым в некоторые степени. Кроме концентрации на скорость химической реакции оказывают влияние следующие факторы: природа реагирующих веществ, наличие катализатора, температура (правило Вант-Гоффа) и площадь поверхности раздела фаз.
