Понятие термодинамической системы

НЕКОТОРЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ

Атомная единица массы (а. е. м.)

Массы отдельных атомов и молекул удобно измерять не в килограммах, а в относительных единицах – в атомных единицах массы.

Определение. Единица, равная 1/12 массы атома углерода С¹², называется атомной единицей массы (а.е.м.). В абсолютном выражении

1 а.е.м. = 1,66·10⁻²⁷ кг.

С точностью до 0,7% за 1 а.е.м. можно принять массу протона:

1 а.е.м. ≈ m _p= 1,67·10⁻²⁷ кг.

Относительные атомные массы элементов, т. е. массы атомов, выраженные в а.е.м., указаны в таблице Менделеева.

Моль. Число Авогадро

В системе СИ количество вещества (не масса) измеряется в молях.

Определение. Количество вещества, содержащее столько его структурных единиц (молекул), сколько атомов С¹² в 12 г углерода, называется молем этого вещества (1кмоль = 1000 моль).

А интересно, − сколько же атомов С¹² содержится в 12 г углерода? Это число называется числом Авогадро, N _A. Опытным путём найдено, что

N _A= 6,02·10²³ (молекул в моле) ≈ 6·10²³ моль⁻¹.

Таким образом, по определению, число N _А есть количество структурных единиц (молекул) вещества в одном его моле. Например, 1 моль меди содержит N _A атомов Сu, 1 моль углерода − N _A атомов С, 1 моль молекулярного кислорода содержит N _A молекул О₂.

3. Молярная масса.

Определение. Масса (в килограммах) одного моля вещества называется его молярной массой (М):

М = m N _A,

где m – масса молекулы данного вещества в килограммах. Так например, М _Cu= 64 г/моль = 0,064 кг/моль, = 2 г/моль, = 32 г/моль. Видно, что моль меди в 2 раза тяжелее моля кислорода, хотя и там, и там содержится одинаковое число молекул – по 6·10²³ штук.

4. Оценка размеров молекул.

Оценим характерные размеры молекул на примере молекулы Н₂О. Так как 1 моль воды (т. е. 18 граммов) занимает объём V = 18 см³= 18·10⁻⁶ м³, то на одну молекулу Н₂О приходится объём = V / N _A=30·10⁻³⁰ м³. Тогда характерные линейные размеры молекулы Н₂О

l ~ м = 0,3 нм = 3 Å.

Молекулы других веществ имеют размеры того же порядка.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Понятие термодинамической системы

Далее мы будем рассматривать тепломеханические свойства термодинамических систем. В общем смысле, с истема – это некоторое множество элементов, как-либо взаимодействующих друг с другом. Термодинамическая система – это любое твёрдое, жидкое или газообразное тело, свойства которого мы собираемся описывать; или же несколько тел, например, система «пар-жидкость» (гетерогенные системы).

Однако далее мы будем рассматривать только однородные (гомогенные) системы, состоящие к тому же из молекул одного химического вещества. При этом предполагается, что термодинамическая система содержит очень большое число молекул, порядка N _А, так как при малом числе молекул будет меньшая точность термодинамических законов.