Поняття про мимовільні процеси

Перший початок термодинаміки. Ентальпія. Ендотермічні та екзотермічні реакції, приклади

Перший закон термодинаміки – це загальний закон природи, закон збереження та перетворення енергії. Вперше цей закон сформулював Мейєр у 1842 р.

Енергія не зникає і не виникає з нічого, а тільки перетворюється з одного виду на інший у строго еквівалентних співвідношеннях.

В ізольованій системі внутрішня енергія постійна.

Ентальпія - термодинамічна функція, що характеризує енергетичний стан системи в ізобарно-ізотермічних умовах.

Кількість теплоти, що виділяється або поглинається при проведенні хімічних реакцій в ізобарно-ізотермічних умовах, характеризується зміною ентальпії системи та називаєтьсяЕнтальпією Реакції.

Ентальпія Реакції залежить тільки від природи та стану вихідних речовин і кінцевих продуктів і не залежить від шляху, яким протікає реакція.

Стандартні умови: кількість речовини - 1 моль; тиск - 760 мм ртутного стовпа; температура 298к

Стандартна ентальпія реакції є енергетичною характеристикою хімічної реакції, що проводиться в стандартних умовах. Хімічні рівняння, котрим вказано значення ентальпії реакції, називаєтьсяТермохімічними рівняннями

Стандартна ентальпія утворення простих речовин за стандартних умов дорівнює нулю

Стандартна ентальпія утворення складних речовин рівна ентальпії реакції отримання 1 моль цієї речовини з простих речовин при стандартнихумовах

Екзотермічні процеси - процеси, що супроводжуються виділенням енергії із системи в навколишнє середовище, в результаті таких процесів ентальпія зменшується.

Перше наслідок – ентальпія реакції дорівнює різниці алгебраїчної суми всіх продуктів реакції та алгебраїчної суми ентальпій утворення всіх вихідних речовин.

Друге слідство – ентальпія прямої реакції чисельно дорівнює ентальпії зворотної реакції, але з протилежним знаком.

Поняття про мимовільно протікають процеси. Ентропія – як функція стану системи. Залежність ентропії від агрегатного стану речовини, її природи та температури.

Самомивільним є процес, який відбувається без витрати енергії ззовні і який зменшує працездатність системи після свого завершення.

Мимоволі система може переходити тільки з менш стійкого стану більш стійке. Наприклад, крапля води завжди мимоволі падає вниз, зменшуючи при цьому свою потенційну енергію.

У системі за постійної температури і тиску мимоволі можуть відбуватися лише такі процеси, у яких енергія Гіббса зменшується, тобто. Дельта Gp 0 )

Ендотермічні реакції (дельта Нp>0), що супроводжуються зменшенням ентропії (дельта Sp 0)

Ентропія – термодинамічна функція, що характеризує міру невпорядкованості системи, тобто. неоднорідності розташування та руху її частинок.

Зміна ентропії системи в умовах термодинамічно оборотного процесу дорівнює відношенню теплоти, що передається, до абсолютної температури, при якій здійснюється даний процес.

Ентропія речовини в газоподібному стані більша, ніж у рідкому, а в рідкому більше, ніж у твердому. S г > S ж> S ТБ

Ентропія системи у разі підвищення температури зростає, т.к. збільшується невпорядкованість руху частинок. Т1 > T2 , то S1 & gt; S2

Ентропія системи у разі підвищення тиску зменшується, т.к. знижується невпорядкованість руху частинок. p1 > p2 , то S1

Ентропія системи із збільшенням складності підвищується, т.к. зростає кількість видів частинок та варіантів їх розташування.

Ентропія всіх речовин завжди більша за нуль.

3. Дайте визначення поняттям: стаціонарний стан, рівноважний стан, перехідний стан. Параметри системи та функції стану.

Стаціонарний стан системи – характеризується сталістю властивостей у часі, що підтримується за рахунок безперервного обміну речовиною, енергією та інформацією між системою та навколишнім середовищем, характерним для живого організму.

Рівноважний стан системи - характеризується сталістю всіх властивостей у часі в будь-якій точці системи та відсутністю потоків речовини та енергії в системі.

Перехідний стан – характеризується зміною властивостей системи у часі.

Параметрами є: маса, кількість речовини, об'єм, температура, тиск, концентрація.

Параметри системи поділяють на Екстенсивні та Інтенсивні

Екстенсивні параметри – параметри, значення яких пропорційні числу частинок у системі (маса об'єм, кількість речовини)

Інтенсивні параметри - параметри, значення яких не залежать від числа частинок в система (температур, тиск, концентрація)

Відмінність екстенсивних та інтенсивних параметрів чітко виявляються при взаємодії систем, коли значення екстенсивних параметрів підсумовуються, а інтенсивних – усереднюються.

Функціїстани системи - завжди екстенсивні величини.

Енергія –кількісний захід інтенсивності різних форм переміщення та взаємодії частинок у система, включаючи переміщення системи в цілому та її взаємодію з навколишнім середовищем. Вимірюється у кДж/моль.

Внутрішня енергія – повна енергія системи, яка дорівнює сумі потенційної та кінетичної енергії всіх частинок цієї системи, у тому числі на молекулярному, атомному та субатомному рівнях: U = E кін. + E піт.

Робота – енергетична міра спрямованих форм руху частинок у процесі взаємодії системи з довкіллям.

Теплота – енергетична міра хаотичних форм руху частинок у процесі взаємодії системи з довкіллям.

Робота і теплота є властивостями системи, а характеризують процес обміну енергією системи з довкіллям.

4. Енергія Гіббса - критерій мимовільного перебігу ізобарно-ізотермічних процесів у закритих системах. Екзер- та ендергонічні процеси.

Ендотермічні реакції (дельта Нp>0), що супроводжуються зменшенням ентропії (дельта Sp 0)

Уізольованих системах спонтанно можуть протікати тільки такі незворотні процеси, у яких ентропія системи зростає, тобто. дельта S >0

Длянеізольованих систем потрібно враховувати як зміна ентропії , а й зміна енергії. Тому необхідно використовувати 2 тенденції, що визначають напрямок мимовільного протікають процесів:

1) прагнення системи до досягнення мінімуму енергії

2)прагнення системи до максимуму ентропії, тобто. до невпорядкованості

Усі процеси , у яких енергія в система зменшується , а ентропія зростає , протікають спонтанно.

Екзергонічні процеси - біохімічні реакції, що супроводжуються зменшенням енергії Гіббса ( дельтаGр 0 )

У живих системах Ендергонічні реакції відбуваються за рахунок їх поєднання з Екзергонічними реакціями

Енергія Гіббса. Прогнозування напряму спонтанних процесів в ізольованих і закритих системах. Термодинамічні умови рівноваги. Роль ентальпійного та ентропійного факторів.

Енергія Гіббса є узагальненою термодинамічною функцією стану системи, що враховує енергетику та невпорядкованість системи за ізобарно-ізотермічних умов. Енергія Гіббаса G = H - TS

дельта G = G кін.-G поч.

1) прагнення системи до досягнення мінімуму енергії

2)прагнення системи до максимуму ентропії, тобто. до невпорядкованості

Усі процеси , у яких енергія в система зменшується , а ентропія зростає , протікають спонтанно.

Хімічний та біохімічний рівноважний стан системи характеризується:

1) рівністю швидкостей прямої та зворотної реакції (U прям. = Uобрат.)

2) енергетичною вигідністю (G = min)

3) відсутністю змін величин параметрів та функцій станусистеми: концентрації реагентів (дельта Ci = 0), ентальпії (дельта Н = 0), ентропії (дельта S = 0), енергії Гіббса (дельта G = 0)