2014-01-31
923
Химическая термодинамика
Глава 6. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Химическая термодинамика отвечает на вопросы о принципиальной возможности протекания данной химической реакции в определенных условиях и о конечном равновесном состоянии системы. Она включает термохимию, учение о химическом равновесии, жидких и твердых растворах, фазовых переходах и о возможности самопроизвольного протекания процессов.
Химическая реакция заключается в разрыве одних и образовании других связей, поэтому она сопровождается выделением или поглощением энергии в виде теплоты, света, работы расширения образовавшихся газов.
Система – тело или группа тел, отделенных от окружающей среды реальной или воображаемой поверхностью раздела.
| Тип системы | Обмен энергией | Обмен веществом |
| изолированная | нет | нет |
| закрытая | есть | нет |
| открытая | есть | есть |
Система, состоящая из нескольких фаз, называется гетерогенной, однофазная система – гомогенной.
Реакции, протекающие в гомогенной системе, развиваются во всем ее объеме и называются гомогенными. Реакции, происходящие на границе раздела фаз, называются гетерогенными.
Состояние химической системы определяется свойствами, подразделяющимися на интенсивные (температура, давление, концентрация и др.) и экстенсивные (объем, энергия).
Термодинамическое состояние системы можно представить в виде так называемого уравнения состояния:
f (p, V, T) = 0,
связывающего все параметры системы. Конкретный вид уравнения состояния известен лишь для ограниченного числа наиболее простых объектов. Так, уравнение Менделеева-Клапейрона является уравнением состояния идеального газа: pV=(m/M)RT.
Для большинства систем уравнение состояния неизвестно, то для термодинамического описания системы пользуются так называемыми функциями состояния системы – это любая физическую величину, значения которой однозначно определяются термодинамическими свойствами системы.
К важнейшим функциям состояния системы относятся полная энергия системы (Е) внутренняя энергия системы (U), энтальпия (или теплосодержание, Н), энтропия (или мера неупорядоченности системы, S), энергия Гиббса (или мера устойчивости системы при постоянном давлении, G), энергия Гельмгольца (или мера устойчивости системы при постоянном объеме, F).
Полная энергия системы (Е) представляет собой сумму трех составляющих: кинетической энергии Е кин движущейся системы, потенциальной энергии Е пот, обусловленной воздействием на систему внешних силовых полей, и внутренней энергии системы (U):
Е = Е кин + Е пот + U
При термодинамическом описании предполагают, что система находится в состоянии относительного покоя (Е кин = 0) и воздействие внешних полей пренебрежимо мало (Е пот = 0). Тогда полная энергия системы определяется только запасом внутренней энергии: Е = U. Общий запас внутренней энергии остается постоянным, если отсутствует тепловой обмен с окружающей средой.
