2015-04-01
736
Из курсов физики известно, что термодинамика - наука, которая изучает общие закономерности взаимного превращения энергии из одной формы в другую. Химическая термодинамика применяет эти законы к рассмотрению химических и физико-химических процессов (химические реакции, фазовые переходы, растворение, кристаллизация, адсорбция и т.д.). В частности, химическая термодинамика
· -количественно определяет тепловые эффекты различных процессов (химических реакций, растворения, плавления и т.п.);
· -выясняет принципиальную возможность самопроизвольного течения химических реакций,
· -определяет условия, при которых химические реакции могут находиться в состоянии равновесия.
При изложении основных положений термодинамики пользуются определенными понятиями.
Всякий материальный объект, состоящий из большого числа частиц (молекул, атомов, ионов), условно отделяемый от окружающей среды, является термодинамической системой. Это может быть кристалл минерала, раствор любого вещества в какой-либо емкости, газ в баллоне, отдельная клетка организма или организм в целом. При взаимодействии системы с окружающей средой она может получать или отдавать энергию в виде тепла или работы. Так, горячий кусок металла, охлаждаясь, отдает энергию окружающему воздуху. Газ, заключенный в цилиндр, закрытый поршнем, при расширении совершает работу. Кроме того, система может обмениваться со средой веществом в результате, например, диффузии вещества из системы в окружающую среду и наоборот. В соответствии с различными видами взаимодействия с окружающей средой все системы можно классифицировать следующим образом.
|
|
|
Классификация термодинамических систем:
1). Если система не обменивается со средой ни энергией, ни веществом, то эта система называется изолированной. В качестве примера можно привести жидкость в термосе. Эту систему можно считать изолированной на небольших промежутках времени, когда незначительным, но все же имеющим место теплообменом можно пренебречь.
2). Система называется закрытой (замкнутой), если между ней и окружающей средой возможен обмен энергией в виде теплоты и/или работы, но не возможен обмен веществом. Пример - закрытый сосуд с веществом. Искусственные замкнутые экосистемы – еще один интересный пример. В этих рукотворных системах имитируются условия существования организмов в космических кораблях, используется только внешняя энергия, а все необходимые для организмов (включая человека) вещества производятся внутри системы, при этом осуществляется и утилизация отходов в результате замкнутых циклов. Работы с замкнутыми экосистемами в настоящее время активно ведутся в Кэнеди Спейс Центре (США). В 70-х годах прошлого столетия ведущими специалистами в этом направлении считались ученые Института биофизики СО РАН (г. Красноярск).
|
|
|
3). Открытой является система, которая обменивается с окружающей средой и веществом и энергией. Примеры - живые организмы по отношению к окружающей среде, клетка по отношению ко всему организму в целом.
Состояние термодинамической системы определяется физическими. характеристиками - массой, объемом, давлением, температурой, составом, теплоемкостью и др., которые называются термодинамическими параметрами. Различают 2 вида параметров - интенсивные и экстенсивные. Экстенсивные параметры пропорциональны количеству вещества системы (объем, масса). Интенсивные параметры не зависят непосредственно от количества вещества (температура, давление, химический потенциал, вязкость, концентрация и т.п.).
Для такой простейшей системы, как газ, параметрами состояния будут объем, температура, давление. Если параметры состояния во времени не меняются, то такое состояние считается равновесным. В равновесной термодинамической системе параметры состояния связаны между собой определенными математическими уравнениями – уравнениями состояния.
При изменении параметров системы изменяется также ее состояние, т.е. в системе осуществляется термодинамический процесс. Процесс, протекающий при постоянной температуре, называется изотермическим, при постоянном давлении – изобарным, при постоянном объеме – изохорным.
