термодинамика i

Лектор - к. хім. н., доц.

Томаровська Тетяна Олександрівна

Національний фармацевтичний університет

Кафедра фізичної та колоїдної хімії

Тема лекції: “ВСТУП У ДИСЦИПЛІНУ. ОСНОВНІ

ПОНЯТТЯ ХІМІЧНОЇ ТЕРМОДИНАМІКИ”

ПЛАН ЛЕКЦІЇ:

1. Предмет та розділи фізичної хімії.

2. Хімічна термодинаміка. Предмет, метод та основні поняття.

2.1. Термодинамічна система. Параметри стану системи.

2.2. Функції стану системи.

2.3. Види термодинамічних процесів.

2.4. Теплота і робота. Розрахунок роботи в різних процесах.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

ЛІТЕРАТУРА:

1. Фізична і колоїдна хімія / В. І. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д. Грицан та ін. – Х. : Прапор, Видавництво УкрФА, 1999. – 368 с.

2. Фізична та колоїдна хімія. Збірник задач / В. І. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д. Грицан та ін. – Х. : Вид-во НФАУ; Вид-во ТОВ “Золоті сторінки”, 2001. – 208 с.

3. Фізична та колоїдна хімія: Збірник завдань для самостійної роботи: Навч. посібник для студентів заочної (дистанційної) форми навчання фармацевтичних вузів і факультетів III—IV рівнів акредитації / В. I. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д. Грицан та ін. За ред. В. I. Кабачного. – Х. : Вид-во НФаУ, 2008. – 140 с.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

ПРЕДМЕТ ТА РОЗДІЛИ ПРЕДМЕТ ТА РОЗДІЛИ ФІЗИЧНОЇ ХІМІЇФІЗИЧНОЇ ХІМІЇ

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Фізична хімія

знаходиться на стику між хімією і фізикою вивчає

взаємозв'язок хімічних і фізичних явищ;

хімічні реакції та фізичні явища, які їх супроводжують;

закони перебігу процесів в часі та закони хімічної рівноваги.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Розділи фізичної хімії

Будова речовини; Хімічна термодинаміка; Фазові рівноваги; Розчини; Електрохімія; Хімічна кінетика і каталіз.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Вивчення фізичної хімії

Починають з термодинаміки

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

ХІМІЧНА ТЕРМОДИНАМІКА. ХІМІЧНА ТЕРМОДИНАМІКА. ПРЕДМЕТ, МЕТОД ТА ПРЕДМЕТ, МЕТОД ТА ОСНОВНІ ПОНЯТТЯОСНОВНІ ПОНЯТТЯ

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

99

Термодинаміка

вивчає взаємні перетворення теплоти і роботи

Розрізняють: Фізичну Технічну Хімічну

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

1010

Хімічна термодинаміка

дозволяє: визначати теплові ефекти

реакцій;

можливість, напрям та межі перебігу самодовільних процесів.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

ТЕРМОДИНАМІЧНА ТЕРМОДИНАМІЧНА СИСТЕМА. ПАРАМЕТРИ СИСТЕМА. ПАРАМЕТРИ

СТАНУ СИСТЕМИСТАНУ СИСТЕМИ

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

1212

Об´єкт вивчення

Термодинамічна системаТермодинамічна система — —тіло або сукупність тіл, які умовно або фактично відокремлені від довкілля.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

1313

Види систем:

Відкрита Відкрита —— обмінюється з навколишнім середовищем речовиною і енергією;

Закрита Закрита —— обмінюється енергією, але не речовиною з навколишнім середовищем;

Ізольована Ізольована —— без обміну з навколишнім середовищем речовиною і енергією.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

1414

Стан термодинамічної системи описується

Термодинамічними Термодинамічними властивостямивластивостями - - фізичними характеристиками системи

(m, V, T, p тощо).

Екстенсивні - Екстенсивні - залежать від маси, характеризуються адитивністю

Інтенсивні -Інтенсивні - не залежать від маси, неадитивні

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

1515

Термодинамічні параметри

— — властивості, які можна безпосредньо виміряти, називаються основними параметрами стану.основними параметрами стану.

Параметри системи — похідні основних, які можна розрахувати (внутрішня енергія, ентальпія, ентропія та інші) називаються функціями функціями стану. стану.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

1616

Функції стану системи

їх зміна не залежить від шляху процесу, визначається лише початковим та кінцевим станами системи.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

1717

Внутрішня енергія (U) це кінетична енергія усіх частинок системи і

потенціальна енергія їх взаємодії за виключенням кінетичної і потенціальної енергії системи в цілому;

екстенсивна величина[U] = Дж/моль;

Абсолютне значення величини U визначити неможливо;

U – функция стану, її зміна не залежить від шляху процеса:

U = U2 – U1 .

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

ВИДИ ТЕРМОДИНАМІЧНИХ ВИДИ ТЕРМОДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВПРОЦЕСІВ

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

1919

Термодинамічний процес

— — зміна одного або декількох параметрів стану системи.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

2020

Термодинамічні процеси Ізотермічний (T = const)

Ізобарний (p = const)

Ізохорний (V = const)

Адіабатичний (Q = const)

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

2121

Оборотний процес

система повертається у початковий (вихідний) стан без зміни енергії у довкіллі.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

2222

Необоротний процес

система повертається у вихідний стан з деякою зміною енергії у довкіллі.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

2323

Рівноважний процес

система проходить через неперервну

низку незмінних у часі рівноважних

станів при сталих зовнішніх факторах.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

2424

Самодовільні процеси

відбуваються без затрати енергїї ззовні.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

2525

Кругові процеси (термодинамічні цикли)

система після низки змін повертається у вихідний стан.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

ТЕПЛОТА І РОБОТА. ТЕПЛОТА І РОБОТА. РОЗРАХУНОК РОБОТИ В РОЗРАХУНОК РОБОТИ В

РІЗНИХ ПРОЦЕСАХРІЗНИХ ПРОЦЕСАХ

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

2727

Теплота і робота

— — це форми передачі енергії відсистеми до навколишнього

середовищаі навпаки.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

2828

Теплота (Q)

форма передачі енергії внаслідок хаотичного руху частинок;

функція процесу, залежить від шляху процесу;

[Q] = Дж/моль (екстенсивна);

позитивна — якщо поглинається системою;

негативна — якщо виділяється у ході процесу.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

2929

Робота (W)

енергія передаєтся шляхом упорядкованого руху частинок під дією певної сили;

функція процесу, залежить від шляху процесу;

[W] = Дж/моль;

позитивна — — якщо здійснюється системою;

негативна — — якщо здійснюється над системою.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

3030

РОЗРАХУНОК РОБОТИ У ТЕРМОДИНАМІЧНИХ

ПРОЦЕСАХ Проти дії зовнішньої сили газ розширюється і переміщує поршень на безмежно малу віддаль dh

dh

р

S

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

3131

W = F · dh,F — — сила, необхідна для подолання тиску

поршня

F = p · S

S — — площа поршня

W = р · S · dh = p · dV, dV — — безмежно малий приріст об‘єму газу

2

1

V

V

VdpW

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

3232

Розрахунок роботи у різних термодинамічних

процесах Ізобарний процесІзобарний процес

Vp)VV(pW 12

р

VV2V1

W

1 2

р = const

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

3333

Ізохорний процесІзохорний процес

Якщо Якщо VV = = const, то const, то ddVV = = 0 и0 и

2

1

0 V

V

VdpW

р2

р1

p

V = const

V1–2 V

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

3434

Ізотермічний процесІзотермічний процес

p = (nRT) / V

2

12

1

1

2 ln ln

V

Vp

pTRn

V

VTRnVd

V

TRnW

p

V

pV = const

p1

p2

А

В

V1 V2

WW

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Дякую за увагу!

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ