Основы химической термодинамики

Химическая термодинамика – наука о превращениях одних форм энергии в другие (при протекании химической реакции за счет теплового, хаотического движения молекул, атомов, ионов).

Химическая термодинамика изучает:

- энергетические эффекты, сопровождающие химические реакции;

- возможность, направление и предел самопроизвольного протекания химического процесса в данных условиях;

- условия равновесия в химических реакциях.

Некоторые понятия термодинамики

Системой называется совокупность находящихся во взаимодействии веществ или частиц, мысленно или фактически обособленных от окружающей среды (последняя в свою очередь тоже является системой).

Система называется изолированной, если она не обменивается с окружающей средой энергией и веществом.

Система называется закрытой, если она обменивается с окружающей средой энергией, но не обменивается веществом.

Система называется открытой, если она обменивается с окружающей средой энергией и веществом.

Гомогенная система – сплошная однородная система, любое свойство которой имеет во всех частях одинаковое значение или непрерывно изменяется от точки к точке. Например, жидкая вода и растворы.

Гетерогенная система – система, отдельные части которой различаются по свойствам и отделены друг от друга поверхностями раздела. Примером такой системы может служить лед, вода и ее пары, находящиеся в одном сосуде.

Фаза – это однородная часть неоднородной (гетерогенной) системы, имеющая определенный химический состав и свойства, отделенная от других фаз поверхностью раздела, и которая в принципе может быть выделена из системы каким-либо механическим способом.

Гомогенные системы однофазны. Гетерогенные системы содержат больше одной фазы.

Химическая система − совокупность исходных веществ и продуктов химической реакции.

Термодинамические параметры − величины, характеризующие макроскопические свойства системы. Например, давление, объем, температура.

Уравнения состояния − количественные зависимости между параметрами системы. Например, уравнением состояния является уравнение, описывающее состояние идеального газа (уравнение Менделеева – Клапейрона): рV = nRT.

3.2. Понятие о функции состояния

Термодинамика изучает состояния системы, которые характеризуются ее физическими и химическими свойствами (V, p, T, химический состав и т.д.). В термодинамике систему характеризуют при помощи функций состояния.

Функция состояния – величина, определяемая параметрами состояния, однозначно характеризующая систему и не зависящая от пути достижения данного состояния данной системой. Примером функции состояния может служить потенциальная энергия.

Свойства функции состояния:

1. Функция состояния системы не зависит от пути достижения данного состояния данной системой.

2. Функция состояния есть величина аддитивная: функция состояния целого (системы) равна сумме функций состояния ее частей.

3. Абсолютное значение функции состояния f определить, как правило, нельзя, но ее изменение ∆f при переходе системы из одного состояния в другое − величина определенная и измеряемая.

Расчет функций состояния, исследование их зависимостей от условий проведения реакций составляет предмет химической термодинамики.