Entropia dhe energjia e entalpisë. Llogaritja e entalpisë

Kush e di se çfarë është entropia dhe entalpia. dhe mori përgjigjen më të mirë

Përgjigje nga Vika[active]
Entalpia dhe entropia
Ndryshimi në energjinë e lirë (ΔG) të një reaksioni kimik varet nga një numër faktorësh, duke përfshirë temperaturën dhe përqendrimin e reaktantëve.
A. Nxehtësia e Reaksionit dhe Kalorimetria
Të gjitha reaksionet kimike shoqërohen me çlirimin ose thithjen e nxehtësisë. Reaksionet e tipit të parë quhen ekzotermike, reaksionet e tipit të dytë quhen endotermike. Masa e nxehtësisë së reaksionit është ndryshimi i entalpisë ΔH, që korrespondon me transferimin e nxehtësisë në presion konstant. Në rastin e reaksioneve ekzotermike, sistemi humbet nxehtësinë dhe ΔH është një vlerë negative. Në rastin e reaksioneve endotermike, sistemi thith nxehtësinë dhe ΔН është një vlerë pozitive.
Për shumë reaksione kimike, ΔG dhe ΔΝ kanë vlera të ngjashme. Kjo rrethanë ju lejon të përcaktoni vlerën energjetike të produkteve ushqimore. Në organizmat e gjallë, ushqimi zakonisht oksidohet nga oksigjeni në CO2 dhe H2O. Puna kimike maksimale që mund të bëjnë lëndët ushqyese në trup, d.m.th., ΔG e reaksionit të oksidimit të përbërësve të ushqimit, përcaktohet duke djegur një mostër të substancës përkatëse të marrë në një kalorimetër në një atmosferë oksigjeni. Nxehtësia e lëshuar rrit temperaturën e ujit në kalorimetër. Nxehtësia e reaksionit (entalpia e djegies) llogaritet nga ndryshimi i temperaturës.
B. Entalpia dhe entropia
< 0) несмотря на то, что являются эндотермическими (ΔΗ >
Sa më e lartë të jetë entropia e sistemit, aq më e madhe është shkalla e çrregullimit (çrregullimit) të sistemit. Kështu, nëse procesi shkon në drejtim të rritjes së çrregullimit të sistemit (dhe përvoja e përditshme tregon se ky është procesi më i mundshëm), ΔS është një vlerë pozitive. Për të rritur shkallën e rendit në sistem (ΔS >
∆G = ∆H - T ∆S
Le të shpjegojmë varësinë e këtyre tre sasive nga dy shembuj.
Shpërthimi i një përzierje shpërthyese (1) është ndërveprimi i dy gazeve - oksigjenit dhe hidrogjenit - me formimin e ujit. Si shumë reaksione redoks. është një proces shumë ekzotermik (dH<< 0). В то же время в результате реакции возрастает степень упорядоченности системы. Газ с его хаотически мигрирующими молекулами перешел в более упорядоченное состояние -- жидкую фазу, при этом число молекул в системе уменьшилось на 1/3. В результате увеличения степени упорядоченности (ΔS < 0) член уравнения -T · ΔS - величина положительная, однако это с избытком компенсируется ростом энтальпии: в итоге происходит высоко экзергоническая реакция (ΔG <<0).
Kur kloruri i natriumit (2) tretet në ujë, ΔН është një vlerë pozitive, temperatura në enë me tretësirë, d.m.th., në vëllimin e tretësirës, ​​zvogëlohet. Megjithatë, procesi vazhdon spontanisht, pasi shkalla e rendit në sistem zvogëlohet. Në gjendjen fillestare, jonet Na+ dhe Cl- zinin pozicione fikse në rrjetën kristalore. Në zgjidhje, ato lëvizin në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri në drejtime arbitrare. Rendi i zvogëluar (ΔS > 0) do të thotë se termi -T · ΔS ka një shenjë minus. Kjo kompenson ΔН dhe, në përgjithësi, ΔG është një vlerë negative. Procese të tilla zakonisht quhen entropi.

Përgjigje nga 2 pergjigje[guru]

Përshëndetje! Këtu është një përzgjedhje temash me përgjigje për pyetjen tuaj: Kush e di se çfarë janë entropia dhe entalpia.

Përgjigje nga =CaT=[guru]
Entropia (nga greqishtja ἐντροπία - rrotullim, transformim) është një koncept i prezantuar për herë të parë në termodinamikë për të përcaktuar masën e shpërndarjes së pakthyeshme të energjisë. Termi përdoret gjerësisht në fusha të tjera të dijes: në fizikën statistikore si masë e probabilitetit të zbatimit të ndonjë gjendjeje makroskopike; në teorinë e informacionit si masë e pasigurisë së çdo përvoje (testi), që mund të ketë rezultate të ndryshme, në shkencën historike, për shpjegimin e fenomenit të historisë alternative (pandryshueshmëria dhe ndryshueshmëria e procesit historik).
href="">
Entalpia e sistemit (nga enthalpo I ngrohjes greke), një funksion H me një vlerë të vetme të gjendjes së një sistemi termodinamik me parametra të pavarur entropie S dhe presion P, lidhet me energjinë e brendshme U nga relacioni
H=U+PV
ku V është vëllimi i sistemit.

Përgjigje nga Yovetlana Pustotina[guru]
entropia është një funksion i gjendjes së një sistemi termodinamik, ndryshimi në të cilin në një proces ekuilibri është i barabartë me raportin e sasisë së trupit të furnizuar në sistem ose të hequr prej tij me temperaturën termodinamike të sistemit, proceset jo ekuilibër në një sistem të izoluar shoqërohen me një rritje të entropisë, ato e afrojnë sistemin me gjendjen e ekuilibrit në të cilën entropia është maksimale. ky është thelbi i ligjit të dytë të termodinamikës, të dy ligjet e termodinamikës u pasqyruan nga fizikani gjerman Rudolf Clausius - energjia e botës mbetet konstante, entropia tenton në vlerën e saj maksimale. Entalpia është një funksion me një vlerë të vetme të gjendjes së një sistemi termodinamik me parametra të pavarur të entropisë dhe presionit, lidhet me energjinë e brendshme, kjo vlerë quhet përmbajtja e nxehtësisë së sistemit.Në presion konstant, ndryshimi i entalpisë është i barabartë me sasia e nxehtësisë së furnizuar në sistem; në një gjendje ekuilibri termodinamik, entalpia e sistemit është minimale.

Përgjigje nga Terminator-5[guru]
Sa të zgjuar dhe të vështirë përgjigjen të gjithë! Pse të komplikoni, mund ta thoni thjesht. Entalpia është gjendja e një personi gjatë hyrjes dhe daljes së parave. Dhe entropia është shkalla e pamundësisë për t'u kthyer në gjendjen kur paratë ishin ende atje. Sa më pak para të mbeten para ditës së pagesës. , sa më e lartë, aq më e madhe është entropia!

Përgjigje nga Thjesht Manya[i ri]
Entalpia dhe entropia
Ndryshimi në energjinë e lirë (ΔG) të një reaksioni kimik varet nga një sërë faktorësh, duke përfshirë temperaturën dhe përqendrimin e reaktantëve (shih f. 24). Ky seksion diskuton dy parametra të tjerë që lidhen me ndryshimet strukturore dhe energjetike në molekula.
B. Entalpia dhe entropia
Nxehtësia e reaksionit ΔН dhe ndryshimi i energjisë së lirë ΔG nuk janë gjithmonë të krahasueshme. Në fakt, reaksionet spontane janë të njohura (ΔG< 0) несмотря на то, что являются эндотермическими (ΔΗ >0). Kjo për shkak se reagimi ndikohet nga një ndryshim në shkallën e rendit në sistem. Ndryshimi në entropinë ΔS shërben si masë e ndryshimit të rendit të sistemit.
Sa më e lartë të jetë entropia e sistemit, aq më e madhe është shkalla e çrregullimit (çrregullimit) të sistemit. Kështu, nëse procesi shkon në drejtim të rritjes së çrregullimit të sistemit (dhe përvoja e përditshme tregon se ky është procesi më i mundshëm), ΔS është një vlerë pozitive. Për të rritur shkallën e rendit në sistem (ΔS > 0), është e nevojshme të shpenzoni energji. Të dyja këto dispozita rrjedhin nga ligji themelor i natyrës - ligji i dytë i termodinamikës. Në mënyrë sasiore, varësia midis ndryshimeve në entalpi, entropi dhe energji të lirë përshkruhet nga ekuacioni Gibbs-Helmholtz:
∆G = ∆H - T ∆S

Përgjigje nga 2 pergjigje[guru]

Përshëndetje! Këtu janë temat e tjera me pyetje të ngjashme.

Kapaciteti termik dhe llojet e tij. Nxehtësia specifike me emërtoni sasinë e nxehtësisë d, e cila kërkohet për të ndryshuar temperaturën e një sasie njësi të një lënde me një shkallë: me = d/bT, s = dg/dT.

Në varësi të metodës së matjes së njësisë së sasisë së një lënde, natyrës së procesit termodinamik dhe madhësisë së intervalit të temperaturës, dallohen disa lloje të kapaciteteve të nxehtësisë.

1. Në varësi të njësisë së sasisë së substancës (1 kg, 1 m 3, 1 mol), kapaciteti i nxehtësisë është në masë. me[J/(kg-K)], sipas vëllimit me"[J / (m 3 - K)] dhe molar me th [JDmol-K)].

Marrëdhënia midis tyre shprehet me marrëdhënien e mëposhtme:

ku p n është dendësia në kushte normale fizike.

Sasia e nxehtësisë përcaktohet përkatësisht nga formula

ku m- masa e gazit, kg; U n- vëllimi i gazit i reduktuar në kushte normale fizike; Pështë numri i moleve të gazit.

2. Kapaciteti i nxehtësisë varet nga natyra e procesit dhe vetitë e gazit. Në varësi të metodës së furnizimit me nxehtësi, dallohet kapaciteti i nxehtësisë në presion konstant (izobarik). me f dhe kapaciteti i nxehtësisë në vëllim konstant (izokorik) c v. Konceptet e "kapacitetit të nxehtësisë në temperaturë konstante" dhe "kapacitetit adiabatik të nxehtësisë" përdoren rrallë, pasi në T= konst me= d^/O = oo, dhe për dg\u003d 0 c \u003d O / d / \u003d 0.

Në vitin 1842, R. Yu. Mayer, një nga themeluesit e ligjit të ruajtjes dhe transformimit të energjisë, vendosi që

Kuptimi fizik i kësaj varësie është i lehtë për t'u kuptuar. Nëse për ngrohjen e 1 mol (ose 1 kg) gaz në një cilindër mbi piston me një shkallë në një vëllim konstant, d.m.th. me një pistoni të fiksuar, është e nevojshme të shpenzoni sasinë e nxehtësisë nga jugu atëherë në presion konstant, kësaj sasie nxehtësie do t'i shtohet puna q/?. (ose I), të cilin do ta bëjë gazi në zgjerim, duke shtyrë pistonin e lëshuar.

Qëndrimi te = cp / cv quhet eksponent adiabatik. Vini re se duke ditur te dhe duke përdorur ekuacionet (1.5), mund të përcaktojmë

3. Meqenëse kapaciteti i nxehtësisë ndryshon me temperaturën, në varësi të diapazonit të temperaturës, dallohen kapacitetet termike specifike (c) dhe mesatare (c m). Kapaciteti i nxehtësisë që korrespondon me një interval pafundësisht të vogël të temperaturës quhet i vërtetë: c = dq/dT, dhe mesatarja është kapaciteti i nxehtësisë që korrespondon me intervalin e fundëm të ndryshimit të temperaturës: me t = q/(T 2- G)).

Varësia e kapacitetit të nxehtësisë nga temperatura mund të shprehet me një seri numerike, në të cilën dy termat e parë kanë vlerën kryesore:

ku a, b, d janë konstante në varësi të natyrës së gazit.

Eksperimentalisht është vërtetuar se vlera e kapacitetit të nxehtësisë së gazeve reale varet gjithashtu nga presioni, ndikimi i të cilit në temperatura të larta, karakteristikë e produkteve të djegies në motorët e nxehtësisë (1000 ... 2000 ° C), është i parëndësishëm. Gjatë llogaritjes së motorëve me avull, turbinave dhe konvertuesve të nxehtësisë, ndikimi i presionit në kapacitetin e nxehtësisë nuk mund të neglizhohet.

Në llogaritjet praktike, të dhënat tabelare të kapaciteteve mesatare të nxehtësisë zakonisht përdoren në intervalin e temperaturës nga 0 në I. Në këtë rast, sasia e nxehtësisë e nevojshme për ngrohjen e 1 kg të lëngut të punës nga 0 në /, ose në / 2, do të jetë

Këtu c^0 dhe me? 0 - vlerat tabelare të kapaciteteve të nxehtësisë në intervalet e temperaturës (0.../]) dhe (0.../ 2).

Sasia e nxehtësisë që nevojitet për të ngrohur 1 kg trup tx deri në / 2, përcaktohet si ndryshim:

Entalpia. Në disa raste, rezulton të jetë e përshtatshme të kombinohen parametrat dhe dhe pv në një parametër të përbashkët kalori të quajtur entalpi:

Entalpia është një funksion termodinamik që ka kuptimin e energjisë totale (të brendshme dhe të jashtme) të sistemit. Ai përbëhet nga energjia e brendshme dhe dhe energji elastike pv, për shkak të pranisë së presionit të jashtëm të mjedisit R, ato. pvështë puna që duhet shpenzuar për të futur një trup pune vëllimor v në një mjedis me presion R.

Për një gaz ideal, marrëdhëniet e mëposhtme janë të vërteta:

Në R= konst mund të merret:

Duke diferencuar i- dhe +pv dhe duke zëvendësuar rrjedhën e lëngut punues në ekuacionin diferencial të ligjit të parë të termodinamikës, mund të marrim

Entalpia matet në të njëjtat njësi si nxehtësia, puna dhe energjia e brendshme (J/kg). Meqenëse entalpia, si energjia e brendshme, është një funksion i gjendjes, vlera e saj absolute mund të përcaktohet vetëm me një saktësi deri në një konstante, të zgjedhur me kusht për pikën e referencës.

Me marrëveshje ndërkombëtare, i ashtuquajturi pikë e trefishtë (T= 273,16 K dhe p = 0,0006 Pa), në të cilën është e mundur ekzistenca e njëkohshme e tre fazave: akull, lëng dhe avull. Temperatura mund të merret si origjina e entalpisë për gazrat T- 0 K.

Ligji i dytë i termodinamikës. Ligji i dytë i termodinamikës, si i pari, është një ligj eksperimental i bazuar në vëzhgimet shekullore të shkencëtarëve, por ai u krijua vetëm në mesin e shekullit të 19-të.

Vëzhgimet e fenomeneve natyrore tregojnë se shfaqja dhe zhvillimi i proceseve spontane natyrore që ndodhin në të, puna e të cilave mund të përdoret për nevojat e njeriut, është e mundur vetëm nëse nuk ka ekuilibër midis sistemit termodinamik që merr pjesë në proces dhe mjedisit. Këto procese karakterizohen gjithmonë nga rrjedha e tyre e njëanshme nga një potencial më i lartë në një më të ulët (nga një temperaturë më e lartë në një më të ulët ose nga një presion më i lartë në një më të ulët). Gjatë rrjedhës së këtyre proceseve, sistemi termodinamik tenton të vijë në ekuilibër me mjedisin, i karakterizuar nga barazia e presionit dhe temperaturës së sistemit dhe mjedisit.

Nga vëzhgimet e dukurive natyrore rezulton gjithashtu se për të detyruar procesin të vazhdojë në drejtim të kundërt me drejtimin e procesit spontan, është e nevojshme të shpenzohet energjia e huazuar nga mjedisi i jashtëm.

Ligji i dytë i termodinamikës është një përgjithësim i dispozitave të përmendura dhe është si më poshtë.

• 1. Rrjedha spontane e proceseve natyrore lind dhe zhvillohet në mungesë të ekuilibrit midis sistemit termodinamik që merr pjesë në proces dhe mjedisit.
• 2. Proceset natyrore që ndodhin spontanisht në natyrë, puna e të cilave mund të përdoret nga njeriu, vazhdojnë gjithmonë vetëm në një drejtim nga një potencial më i lartë në një më të ulët.
• 3. Ecuria e proceseve që ndodhin spontanisht ndodh në drejtimin që çon në vendosjen e ekuilibrit midis sistemit termodinamik dhe mjedisit, dhe me arritjen e këtij ekuilibri, proceset ndalojnë.
• 4. Procesi mund të vazhdojë në drejtim të kundërt me procesin spontan nëse energjia për këtë është huazuar nga mjedisi i jashtëm.

Formulimet e ligjit të dytë të termodinamikës, të dhëna nga shkencëtarë të ndryshëm, rezultuan në formën e postulateve të marra si rezultat i zhvillimit të dispozitave të shprehura nga shkencëtari francez Sadi Carnot.

Në veçanti, postulati i shkencëtarit gjerman R. Clausius është se nxehtësia nuk mund të kalojë nga një trup i ftohtë në atë të ngrohtë pa kompensim. Thelbi i postulatit të shkencëtarit anglez W. Thomson është se është e pamundur të kryhet një cikël i motorit të nxehtësisë pa transferuar një sasi të caktuar nxehtësie nga një burim nxehtësie me një temperaturë më të lartë në një burim me një temperaturë më të ulët.

Ky formulim duhet kuptuar si më poshtë: në mënyrë që një makinë që funksionon periodikisht të funksionojë, është e nevojshme që të ekzistojnë të paktën dy burime të nxehtësisë me temperatura të ndryshme; në këtë rast, vetëm një pjesë e nxehtësisë së marrë nga burimi me temperaturë të lartë mund të shndërrohet në punë, ndërsa pjesa tjetër e nxehtësisë duhet të transferohet në burimin me temperaturë të ulët. Burimi i temperaturës së lartë nganjëherë referohet si lavaman i nxehtësisë ose burimi i lartë i nxehtësisë, ndërsa burimi i temperaturës së ulët nganjëherë referohet si lavaman i nxehtësisë, burimi i nxehtësisë së poshtme ose ftohës.

Entropia. Në termodinamikë, përdoret një parametër më shumë i gjendjes së lëngut të punës - entropia duke vendosur një marrëdhënie midis sasisë së nxehtësisë dhe temperaturës (R. Clausius, 1850). Le ta shpjegojmë këtë parametër në bazë të konsideratave të mëposhtme.

Ekuacioni i ligjit të parë të termodinamikës mund të shkruhet si

Në këtë ekuacion, d q nuk është një diferencial i plotë, pasi termi d/, i cili nuk është diferencial i plotë, hyn në anën e djathtë të ekuacionit, pasi puna nuk është një parametër i gjendjes së gazit, por një funksion i procesit. Si rezultat, ekuacioni nuk mund të integrohet në intervalin e dy gjendjeve të gazit të zgjedhur në mënyrë arbitrare.

Nga matematika dihet se çdo binom mund të paraqitet si diferencial total nëse shumëzohet me të ashtuquajturin faktor integrues.

Kur shumëzohet me një faktor integrues prej 1 /T(ku T- temperatura absolute), ekuacioni i mësipërm do të marrë formën

Ekuacioni (1.6) mund të përfaqësohet në një formë paksa të ndryshme, domethënë:

Shprehja (1.7) thotë se d q/Tështë diferenciali total i disa funksioneve s(d.m.th. d q/T= ds), i cili është një parametër i gjendjes së gazit, pasi varet vetëm nga dy parametra të gjendjes së gazit dhe për rrjedhojë nuk varet nga mënyra se si gazi kaloi nga një gjendje në tjetrën. Ky parametër i gjendjes së gazit në përgjithësi quhet entropia e gazit dhe shënohet me shkronjën S(J/K). Entropia për 1 kg gaz quhet entropia specifike gaz dhe shënohet me shkronjë s[J / (kg-K)).

Ekuacioni d q = di - vdpështë gjithashtu një ekuacion diferencial jo i plotë sepse d q nuk është një diferencial i plotë. Megjithatë, ky ekuacion, kur shumëzohet me faktorin integrues 1/7', mund të reduktohet në formën e një ekuacioni të plotë diferencial.

Rrjedhimisht,

Duke marrë parasysh se për një gaz ideal pv = RT dhe si rrjedhim

ekuacioni (1.8) për një gaz ideal mund të transformohet si më poshtë:

Pas integrimit, ai do të marrë formën

Ndryshimi i entropisë në intervalin ndërmjet dy gjendjeve të gazit (7 dhe 2) shprehur me ekuacion

Nga ekuacioni (1.9) rrjedh se sasia e nxehtësisë e përfshirë në një proces të caktuar termodinamik kur lëngu i punës ndryshon nga gjendja 7 në gjendje 2, mund të shprehet si më poshtë:

Ky integral mund të llogaritet nëse dihet marrëdhënia funksionale ndërmjet Tns. Duke përdorur këtë varësi, kurbat ndërtohen në sistemin koordinativ s- T, duke reflektuar disa procese termodinamike.

Bazuar në shprehjen (1.10), mund të konkludojmë se për procesin 1-2 (Fig. 1.5) zona 7- 2-s 2- s b e shtrirë nën kurbë që përfaqëson këtë proces shpreh sasinë e nxehtësisë së përfshirë në këtë proces.

Oriz. 1.5.

Për të përcaktuar vlerat numerike të entropisë, përdorni origjinën në T = 0 K, për të cilën i 0 = 0.

Kuptimi fizik i entropisë. Entropia nuk mund të matet, kuptimi i saj është i vështirë për t'u demonstruar me ndihmën e mjeteve vizuale, por mund të kuptohet nga interpretimet e mëposhtme.

1. Entropia - një masë e vlerës së nxehtësisë, performancës së saj dhe efikasitetit teknologjik. Mund të themi se për një sistem të izoluar (ngrohës - lëng pune) Si = 0, kur merr nxehtësi nga ngrohësi q u3| \u003d (f / G,) dhe më pak është ajo ato. aq më i lartë T dhe aq më shumë punë bëhet nga sistemi.

Përvoja e përditshme tregon se sa më e lartë të jetë temperatura e ftohësit me të njëjtën sasi nxehtësie q, ato. aq më e ulët është entropia s = (q/T), aq më e vlefshme është nxehtësia, pasi mund të përdoret jo vetëm për punë, por edhe për nevoja teknologjike - shkrirje metali, ngrohje, etj.

• 2. Entropia - një masë e humbjes së punës për shkak të pakthyeshmërisë së proceseve reale. Sa më i madh të jetë pakthyeshmëria e procesit në një sistem të izoluar, aq më i madh është rritja e entropisë s 2 » 5, dhe sa më i madh përqindja e energjisë nuk shndërrohet në punë, duke u shpërndarë në mjedis.
• 3. Entropia është një masë e çrregullimit. Nëse vendosim një masë të caktuar të çrregullimit të makrosistemit - çrregullimin e renditjes dhe lëvizjes së grimcave D, atëherë mund të shkruani s = k InZ).

Prandaj, një rritje e çrregullimit nënkupton një rritje të entropisë, një shpërndarje të energjisë. Kur furnizohet nxehtësia, rastësia e lëvizjes termike të grimcave rritet, dhe entropia rritet. Përndryshe, ftohja e sistemit në një vëllim konstant është nxjerrja e nxehtësisë prej tij, dhe, rrjedhimisht, entropia. Në të njëjtën kohë, renditja e sistemit rritet, dhe entropia zvogëlohet. Kur një gaz kondensohet në një lëng, molekulat zënë pozicione më të përcaktuara, rregullsia e rregullimit të tyre rritet befas, gjë që korrespondon me një ulje të papritur të entropisë. Me një ulje të mëtejshme të temperaturës, lëvizja termike bëhet gjithnjë e më pak intensive, çrregullimi bëhet gjithnjë e më pak, dhe kështu entropia bëhet gjithnjë e më pak. Kur lëngu kthehet në të ngurtë, molekulat (jonet) formojnë rrjeta të rregullta kristalore, d.m.th., çrregullimi do të ulet përsëri, dhe entropia do të ulet me të, etj. Ky model na lejon të supozojmë se në një temperaturë absolute të barabartë me zero, lëvizja termike do të ndalet plotësisht dhe do të vendoset rendi maksimal në sistem, d.m.th. çrregullimi dhe entropia do të bëhen zero. Ky supozim është në përputhje me eksperimentin, por nuk mund të verifikohet eksperimentalisht (pasi temperatura absolute e barabartë me zero është e paarritshme) dhe quhet ligji i tretë i termodinamikës.

Rrjedhimisht

Proceset termodinamike të kthyeshme dhe të pakthyeshme. Për

studimet e proceseve termodinamike prezantojnë konceptet e proceseve të ekuilibrit (të kthyeshëm).

Gjendja e lëngut të punës, në të cilën presioni dhe temperatura, dhe rrjedhimisht, vëllimi specifik në të gjitha pikat e tij nuk ndryshojnë pa ndikimin e jashtëm të energjisë në kohë, quhet gjendje ekuilibri.

Ndryshimi i njëpasnjëshëm i gjendjes së lëngut punues, i cili ndodh si rezultat i ndërveprimit energjetik të lëngut punues me mjedisin, quhet procesi termodinamik. Procesi me të cilin një trup kalon në mënyrë të njëpasnjëshme nëpër një seri të vazhdueshme gjendjesh ekuilibri quhet i balancuar.

proces i kthyeshëm quhet një proces i tillë termodinamik, i cili pranon mundësinë e rrjedhjes së tij nëpër të njëjtat gjendje ekuilibri si në drejtimin e përparmë ashtu edhe në drejtim të kundërt, dhe nuk ka ndryshime në mjedis.

Nëse ky kusht nuk plotësohet, atëherë procesi është të pakthyeshme. Një shembull i një procesi të pakthyeshëm është transferimi i nxehtësisë në një kazan me avull nga gazrat me një temperaturë prej 600 ... 1000 ° C në avull në një temperaturë prej 400 ... 500 ° C, pasi transferimi i kundërt i nxehtësisë nga avulli ndaj gazeve pa ndryshuar temperaturat e tyre është e pamundur.

Në formën e tij të pastër, proceset e kthyeshme nuk vërehen në natyrë dhe teknologji. Sidoqoftë, studimi i tyre ka një rëndësi të madhe, pasi shumë procese reale janë afër të kthyeshme.

LEKTURA №8.

Modelet e reaksioneve kimike

Hyrje në termodinamikë. Koncepti i entropisë, entalpisë, energjisë Gibbs. Mundësia e reaksioneve kimike. Entalpia dhe faktorët e entropisë së proceseve.

Termodinamika kimike

Çështja nëse ky apo ai reagim spontan është i mundur në parim në kushte të caktuara shqyrtohet nga termodinamika kimike. Për shembull, shpërthimi i barutit (kripës, squfurit dhe qymyrit) nuk është i mundur në vetvete. Në kushte normale, reagimi nuk vazhdon. Për ta filluar atë, ju duhet t °, ose një goditje.

Termodinamika kimike konsideron kalimin e një sistemi nga një gjendje në tjetrën, duke injoruar plotësisht mekanizmin e tranzicionit. Rreth asaj se si ndodh kalimi i substancave fillestare në produktet e reaksionit dhe si varet shpejtësia nga kushtet e reagimit që konsiderohen kinetika kimike. Nëse një reaksion është termodinamikisht i ndaluar, atëherë është e pakuptimtë të merret parasysh shpejtësia e tij, ky reagim nuk vazhdon spontanisht.

Nëse reaksioni është termodinamikisht i mundshëm, atëherë shpejtësia mund të ndryshohet, për shembull, duke futur një katalizator. Teoritë, ligjet, karakteristikat numerike janë të nevojshme për të kontrolluar reaksionet: për të ngadalësuar proceset e korrozionit të metaleve ose për të kompozuar karburant raketash, etj.

Termodinamika - shkenca e shndërrimit të disa llojeve të energjisë dhe punës në të tjera. Ekzistojnë 3 ligje të termodinamikës.

Kimika quhet termodinamikë duke marrë parasysh shndërrimin e energjisë dhe punës në reaksionet kimike. Për këtë ju duhet të dini funksioni shtetëror.

Funksioni i statusit quhet një variabël e tillë karakteristikë e sistemit, e cila nuk varet nga parahistoria e sistemit dhe ndryshimi në të cilin gjatë kalimit të sistemit nga një gjendje në tjetrën nuk varet nga mënyra se si është bërë ky ndryshim.

(Sizifi, mali,

ΔΕ e një guri në një mal është një funksion shtetëror)

ΔE - energjia potenciale

ΔE \u003d mg (h 2 -h 1)

Për të qenë në gjendje të përdorin funksionet shtetërore, duhet të deklarohen vetë shtetet.

Opsionet e Shtetit

Funksionet e statusit

A dhe Q, d.m.th. puna dhe nxehtësia janë dy funksione të cilave u kushtohet termodinamika, por që nuk janë funksione të gjendjes.

Çdo sistem kalimi i të cilit nga një gjendje në tjetrën konsiderohet nga termodinamika mund të ketë:

I vëllim konstant(d.m.th., për shembull, një ampulë e mbyllur), V - konst.

Proceset që ndodhin në vëllim konstant quhen izokorik, (izokorik).

II presion konstant. izobarike proceset (izobarike), P – konst.

III konstantet˚. izotermike proceset, T - konst.

Quhen proceset që ndodhin në sistem në kushtet kur nuk ka shkëmbim nxehtësie midis sistemit dhe mjedisit të jashtëm adiabatike.

Nxehtësia e marrë nga sistemi konsiderohet pozitive dhe nxehtësia e lëshuar nga sistemi në mjedisin e jashtëm konsiderohet negative. Nxehtësia përcaktohet me numrin J (kJ).

Ligji i parë i termodinamikës. Entalpia.

Ligji I i termodinamikës - ligji i ruajtjes dhe transformimit të energjisë.

ndryshimi i energjisë së brendshme të sistemit është i barabartë me diferencën midis sasisë së nxehtësisë që merr sistemi nga mjedisi dhe sasisë së punës së bërë nga sistemi në mjedis.

ΔU - në një reaksion kimik - është ndryshimi i energjisë së brendshme të sistemit si rezultat i shndërrimit të një numri të caktuar molesh të substancave fillestare në një numër të caktuar molesh të produkteve të reaksionit.

(diferenca midis energjive të gjendjeve përfundimtare dhe fillestare).

pastaj

Nëse reaksioni është izokorik, atëherë V-konst dhe
(d.m.th. sasia e nxehtësisë së marrë ose të dhënë nga sistemi).

Nëse reaksioni është izobarik, atëherë ai zhvillohet në presion të jashtëm konstant:

pastaj

Shumica e reaksioneve kimike zhvillohen në kushte izobarike, d.m.th. është e nevojshme të përcaktohet Q P dhe puna e zgjerimit (ngjeshjes).

Për të thjeshtuar situatën në termodinamikë, është miratuar një funksion i ri - entalpi N.

Ndryshimi i entalpisë në reagim do të jetë:

Duke marrë parasysh ekuacionin (1), marrim

dhe meqenëse reaksioni vazhdon në kushte izobare, atëherë P = konst
.

, por ne e dimë këtë
, le të zëvendësojmë:

, pastaj

, d.m.th. ndryshimi midis efekteve termike të të njëjtit reaksion, i matur me presion konstant dhe vëllim konstant, është i barabartë me punën e zgjerimit. Kështu, ndryshimi në entalpi lidhet në mënyrë unike me sasinë e nxehtësisë së marrë ose të dhënë nga sistemi gjatë tranzicionit izobarik, dhe ndryshimi në entalpi ΔH zakonisht merret si një masë e efektit të nxehtësisë së një reaksioni kimik.

Ngrohtësia e zjarrit, djegia e gurit gëlqeror, fotosinteza e bimëve dhe elektroliza janë shembuj të shkëmbimit të formave të ndryshme të energjisë.

Efekti i nxehtësisë i një reaksioni kimik është ndryshimi i energjisë gjatë kalimit izobarik të një numri të caktuar molesh të substancave fillestare në numrin përkatës të moleve të produkteve të reaksionit.(në J ose kJ).

Ajo matet me ndryshimin e entalpisë gjatë kalimit të sistemit nga gjendja e lëndëve fillestare në produktet e reaksionit. Në të njëjtën kohë, termi ekzo dhe reaksion endotermik ruhet. matet me kalorimetër. Efektet termike të reaksioneve që zhvillohen në drejtimet e përparme dhe të kundërta janë të barabarta në madhësi dhe të kundërta në shenjë.

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl ΔH \u003d - 184 kJ

2HCl \u003d H 2 + Cl 2 ΔH \u003d + 184 kJ

Ligji themelor i termokimisë u formulua nga Hess në 1840.

T
Efekti i nxehtësisë i një reaksioni varet vetëm nga gjendja e substancave fillestare dhe përfundimtare dhe nuk varet nga numri i fazave të ndërmjetme.

Për të marrë 1 mol CO 2, nevojiten 1 mol C (tv) dhe 1 mol O 2 (g).

Duke përmbledhur fazat dhe entalpitë e të gjitha fazave, gjejmë se:

Ky proces quhet cikël. Për të llogaritur efektin termik të një reaksioni, është e nevojshme të njihen entalpitë e dekompozimit të substancave fillestare dhe entalpitë e formimit të produkteve të reaksionit nga substanca të thjeshta. Por ato janë të barabarta në madhësi dhe të ndryshme në shenjë, ndaj mjafton të njohim një entalpi. Sepse entalpia varet nga gjendja dhe kushtet e saj, atëherë të gjitha gjendjet dhe kushtet i referohen njësoj, të cilat quhen standarde.

t˚ = 25˚С, P = 101,3 kPa

t˚ efekti i një reaksioni kimik është dallimet shuma e nxehtësisë së formimit të produkteve të reaksionit dhe shuma e nxehtësisë së formimit të materialeve fillestare.

Kalimi nga gjendja standarde në ndonjë tjetër shoqërohet me rritje të entalpisë, d.m.th. efekt termik endotermik.

substancat e thjeshta janë të barabarta me zero.

Ajo quhet entalpi standarde (nxehtësia e formimit).

(˚) - do të thotë që të gjitha substancat janë në gjendje standarde.

Entalpia e formimit të një substance komplekse nga substanca të thjeshta është efekti i nxehtësisë i reaksionit të formimit të një substance të caktuar nga substanca të thjeshta në gjendje standarde, që lidhet me 1 mol të substancës që rezulton. . (f- formimi - edukimi).

Entropia

Entropia (S) është proporcionale me logaritmin e probabilitetit termodinamik (W) të gjendjes së sistemit.

H - konstanta e Boltzmann-it

Entropia është një masë e çrregullimit të një sistemi. Entpropy prezantohet si një funksion i gjendjes, ndryshimi i të cilit përcaktohet nga raporti i sasisë së nxehtësisë së marrë ose të dhënë nga sistemi në t - T.

Nëse sistemi merr një sasi të caktuar nxehtësie në një t˚ konstante, atëherë e gjithë nxehtësia shkon për të rritur lëvizjen e rastësishme, kaotike të grimcave, d.m.th. rritja e entropisë.

II Ligji i dytë i termodinamikës

Ligji i dytë i termodinamikës thotë se vetëm procese të tilla mund të ndodhin spontanisht në një sistem të izoluar që çon në një rritje të entropisë.(sistemi i çrregulluar).

Avullimi i eterit nga dora vazhdon spontanisht me një rritje të entropisë, por nxehtësia për një tranzicion të tillë hiqet nga dora, d.m.th. procesi është endotermik.

III Ligji i tretë i termodinamikës

Entropia e një kristali ideal në zero absolute është zero. Ky është ligji i tretë i termodinamikës.

S˚ 298 është entropia standarde, J/(k mol).

Nëse ΔH është i madh, atëherë ΔS është i vogël. Por nuk është gjithmonë kështu. Gibbs prezantoi një funksion të ri të gjendjes në termodinamikë - energjinë Gibbs - G .

G=H-TS ose ∆G = ∆H – T∆S

Në çdo sistem të mbyllur në konstante P dhe T, një proces i tillë spontan është i mundur, gjë që çon në një ulje të energjisë Gibbs.ΔG dhe entalpi. ... Gibbs. entalpi dhe entropia faktorët, ndikimi i tyre në rrjedhje reagimet në temperatura të ulëta dhe të larta. 18. Nota mundësitë dhe kushtet rrjedhjet reagimet ...

E thënë thjesht, entalpia është ajo energji që është e disponueshme për t'u shndërruar në nxehtësi në një presion të caktuar konstant.

Nëse sistemi termomekanik konsiderohet i përbërë nga një makrotrup ( gazit) dhe zona e pistonit S (\displaystyle S) me një ngarkesë peshe P = pS (\displaystyle P=pS), duke balancuar presionin e gazit p (\displaystyle p) brenda enës, atëherë quhet një sistem i tillë zgjatur.

Entalpia ose energjia e një sistemi të zgjeruar E (\displaystyle E)është e barabartë me shumën e energjisë së brendshme të gazit U (\displaystyle U) dhe energjia potenciale e pistonit me ngarkesën E p o t = p S x = p V (\displaystyle E_(tenxhere)=pSx=pV)

Kështu, entalpia në këtë gjendje është shuma e energjisë së brendshme të trupit dhe punës që duhet të shpenzohet në mënyrë që vëllimi i trupit V (\displaystyle V) hyjnë në një mjedis nën presion p (\displaystyle p) dhe në ekuilibër me trupin. Entalpia e sistemit H (\displaystyle H)- i ngjashëm energjia e brendshme dhe potencialet e tjera termodinamike - ka një vlerë të mirëpërcaktuar për secilën gjendje, domethënë është funksioni shtetëror. Prandaj, në procesin e ndryshimit të shtetit

Shembuj

Video të ngjashme