Классификация термодинамических систем.

Система– совокупность веществ, реально или условно выделенных из окружающей среды.

Классификация:

по однородности: гомо- и гетеросистемные.

1) Гомогенные системы- однородные системы, в которых нет частей, различающихся по свойствам, и различающихся по разделам.

2) Гетеросистема – система, состоящая из 2-х и более частей, различающихся по свойствам, и разделяющаяся границей фаз.

По характеру взаимодействия с окружающей средой:

1) изолированные(м=const, Q=const);

2) закрытая(m≠const, Q≠const)

10)Внутренняя энергия, теплота, работа. Определение, характеристика, и их взаимосвязь.Энтальпия системы и ее измерения.Тепловой эффект химической реакции.Энтропия и ее изменение при химической реакции.

Вну́тренняяэне́ргия системы- это сумма энергий теплового движения молекул и межмолекулярных взаимодействий.

где

• — подведённое к телу количество теплоты, измеренное в джоулях
• — работа, совершаемая телом против внешних сил, измеренная в джоулях
• Для идеального газа внутренняя энергия равна:
• 

Термодинамическая работа — способ передачи энергии, связанный с изменением внешних параметров системы.

Элементарная работа термодинамической системы над внешней средой:

Энергия, которую получает или теряет тело в процессе теплообмена с окружающей средой, называется коли́чеством теплоты́ или просто теплотой.

По первому закону термодинамика теплота:

Взаимосвязь: Смотрим на первый закон термодинамики.

Энтальпия системы и ее измерения.

Энтальпия системы – это функция состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии S и давлении P, которая связана с внутренней энергией U соотношением

где V – объем системы.

В химии чаще всего рассматривают изобарические процессы (P = const), и тепловой эффект в этом случае называют изменением энтальпии системы или энтальпией процесса:

ΔH = ΔU + PΔV

Тепловой эффект химической реакции. Термохимическое уравнение.

Тепловой эффект химической реакции или изменение энтальпии системы вследствие протекания химической реакции — отнесенное к изменению химической переменной количество теплоты, полученное системой, в которой прошла химическая реакция и продукты реакции приняли температуру реагентов.

Чтобы тепловой эффект являлся величиной, зависящей только от характера протекающей химической реакции, необходимо соблюдение следующих условий:

• Реакция должна протекать либо при постоянном объёме Q_v(изохорный процесс), либо при постоянном давлении Q_p(изобарный процесс).
• В системе не совершается никакой работы, кроме возможной при P = const работы расширения.

Если реакцию проводят при стандартных условиях при Т = 298,15 К = 25 ˚С и Р = 1 атм = 101325 Па, тепловой эффект называют стандартным тепловым эффектом реакции или стандартной энтальпией реакции ΔH_r^O.

Термохимические уравнения реакций- это уравнения, в которых около символов химических соединений указываются агрегатные состояния этих соединений или кристаллографическая модификация и в правой части уравнения указываются численные значения тепловых эффектов.

В термохимических уравнениях необходимо указывать агрегатные состояния веществ с помощью буквенных индексов, а тепловой эффект реакции (ΔН) записывать отдельно, через запятую. Например, термохимическое уравнение

4NH₃(г) + 3O₂(г) → 2N₂(г) + 6H₂O(ж), ΔН=-1531 кДж

показывает, что данная химическая реакция сопровождается выделением 1531 кДж теплоты, при давлении 101 кПа, и относится к тому числу молей каждого из веществ, которое соответствует стехиометрическому коэффициенту в уравнении реакции.

Энтропия и ее изменение при химической реакции.

Энтропия — мера хаотичности, беспорядка. Наиболее хаотичной формой существования вещества яв­ляется газ, если химическая реакция протекает с увеличением числа молей газов в системе, то эн­тропия системы возрастает, и наобо­рот. Например, энтропия сильно уве­личивается в реакции СаСО₃=СаО+СО₂ и уменьшается в реакции 2Н₂+О₂=2Н₂О.

При протекании химической ре­акции кроме изменения энтропии системы необходимо учитывать её изменение в окружающей среде. Если систему и её окружение в сово­купности рассматривать как единую изолированную систему, то, согласно второму закону термодинамики, для самопроизвольной химической реак­ции общее изменение её энтропии должно быть больше нуля:

DS_общ=DS_сист+DS_окр>0.

12) Закон Гесса. Следствие из закона Гессе. Термохимические расчеты.

Закон Гесса- Тепловой эффект (∆Н) химической реакции (при постоянных Р и Т) зависит от природы и физического состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания.

Следствие из закона Гессе.

1. Тепловые эффекты прямой и обратной реакций равны по величине и противоположны по знаку.

2. Тепловой эффект химической реакции (∆Н) равен разности между суммой энтальпий продуктов реакции и суммой энтальпий исходных веществ.

Термохимические расчеты.

Тепловой эффект реакции (энтальпия реакции) при V=const или P=const не зависит от пути процесса (от числа промежуточных стадий), а определяется только начальным и конечным состоянием системы.

13)Энергия Гиббса и направленность химической реакции.

Энергия Гиббса — это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции:

;

Энергию Гиббса можно понимать как полную химическую энергию системы (кристалла, жидкости и т. д.)

Самопроизвольное протекание изобарно-изотермического процесса определяется двумя факторами: энтальпийным, связанным с уменьшением энтальпии системы (ΔH), и энтропийным T ΔS, обусловленным увеличением беспорядка в системе вследствие роста её энтропии.

Стандартная энергия Гиббса образованияD_f°G₂₉₈– изменение энергии Гиббса при образовании одного моля вещества из простых веществ при стандартных условиях (Т=298 К, р=1атм). Стандартные значения энергий Гиббса образования простых веществ в устойчивых модификациях равны нулю.

Изменение энергии Гиббса (G)D критерий, определяющий направление самопроизвольного протекания химических процессов:-
1) 0-<GDсамопроизвольный процесс принципиально осуществим;
2) GD>0-протекание химической реакции невозможно;
3)G = 0D – реакция находится в состоянии химического равновесия.

14)Химическое равновесие. Условия химического равновесия.Константа химического равновесия.Влияние температуры на константу химического равновесия.

Химическое равновесие — состояние химической системы, в котором обратимо протекает одна или несколько химических реакций, причём скорости в каждой паре прямая-обратная реакция равны между собой. Для системы, находящейся в химическом равновесии, концентрации реагентов, температура и другие параметры системы не изменяются со временем.

А₂ + В₂ ⇄ 2AB

Условие химического равновесия. Химическое равновесие зависит – от концентрации, давления, температуры. Итак, при повышении давления равновесие смещается в сторону уменьшения объема, при понижении давления – в сторону увеличения объёма.

Конста́нтаравнове́сия — величина, определяющая для данной химической реакции соотношение между термодинамическими активностями исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия.

.

Зная константу равновесия реакции, можно рассчитать равновесный состав реагирующей смеси, предельный выход продуктов, определить направление протекания реакции. Повышение либо понижение температуры означает либо приобретение либо потерю системой энергии, и изменяет константу равновесия.

Экзотермические реакции: ΔH < 0. В этом случае температурный коэффициент логарифма константы равновесия отрицателен. Повышение температуры уменьшает величину константы равновесия, т.е. смещает равновесие влево.

Эндотермические реакции: ΔH > 0. В этом случае температурный коэффициент логарифма константы равновесия положителен; повышение температуры увеличивает величину константы равновесия (смещает равновесие вправо)

15) Факторы, влияющие на химическое равновесие.Принцип Ле-Шателье

Факторы, влияющие на химическое равновесие:

1) температура

При увеличении температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической (поглощение) реакции, а при понижении - в сторону экзотермической (выделение) реакции.

2) давление

При увеличении давления химическое равновесие смещается в сторону меньшего объёма веществ, а при понижении - в сторону большего объёма. Этот принцип действует только на газы, т.е. если в реакции участвуют твердые вещества, то они в расчет не берутся.

3) концентрация исходных веществ и продуктов реакции

При увеличении концентрации одного из исходных веществ химическое равновесие смещается в сторону продуктов реакции, а при повышении концентрации продуктов реакции - в сторону исходных веществ.