Файл: Лекция Предмет физической химии. Химическая термодинамика основные понятия и определения. Первый закон термодинамики.pptx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 48
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Главное внимание в физической химии уделяется:
Основная задача физической химии:
Теоретические методы физической химии
История развития науки Физическая химия
therme - теплота dynamis – сила
Основные понятия и определения
- внутренние - характеризуют свойства системы, число таких параметров неограниченно;
∆G - свободная энергия Гиббса,
∆ F- свободная энергия Гельмгольца
δ - бесконечно малое изменение величины
Способы изменения внутренней энергии:
Изотермический процесс (Т-const):
Лекция 1. Предмет физической химии. Химическая термодинамика: основные понятия и определения. Первый закон термодинамики
Предмет физической химии
Физическая химия – наука о закономерностях химических процессов и химических явлений.
Физическая химия – наука об общих законах, определяющих строение и химическое превращение веществ при различных внешних условиях. Исследует химические явления с помощью теоретических и экспериментальных методов физики.
Задачи физической химии
Главное внимание в физической химии уделяется:
установлению и исследованию законов протекания химических процессов;
состоянию равновесия;
изучению строения и свойств молекул.
Задачи физической химии
Основная задача физической химии:
предсказание хода химического процесса и конечного результата;
возможность управлять химическим процессом, то есть обеспечить наиболее быстрое и полное проведение реакции при наибольшей его селективности.
Теоретические методы физической химии
квантово - химический;
термодинамический;
кинетический
Экспериментальные методы
спектроскопия: ИК, УФ, ЯМР, ЭПР, комбинированного рассеивания, масс-спектроскопия;
дифракционные, рентгеноструктурный анализ, например;
электрохимические: потенциометрия, кондуктометрия;
калориметрия – измерение тепловых эффектов реакции;
фемтоскопия
Разделы физической химии
строение вещества и спектроскопия;
равновесная химическая термодинамика;
химическое равновесие;
фазовое равновесие;
растворы;
электрохимия;
кинетика и катализ
История развития науки Физическая химия
М.В. Ломоносов в 1752-1753гг.
К. Шееле (Швеция) и Ф. Фонтане (Франция) - адсорбция газов (18 век)
Д. Дальтон, Гей-Люссак и Авогадро- законы газообразного состояния (19 век)
Н.Н. Бекетов – первый курс физхимии (1860г. Харьковский университете)
20-21вв.- строение молекул, квантовая химия, электрохимия, химическая динамика, неравновесная термодинамика
Химическая термодинамика
therme - теплота dynamis – сила
Термодинамика – наука, изучающая количественное соотношение между теплотой, работой и различными формами энергии.
Химическая термодинамика – наука, изучающая превращения энергии химических реакций в теплоту и работу.
Основные понятия и определения
Система – совокупность тел, взаимодействующих между собой и обособленных от окружающей среды реальной или воображаемой границей (оболочкой):
- изолированная;
- неизолированная
Система
Изолированная система – запрещен обмен системы с окружающей средой веществом и энергией.
Неизолированная система – возможен обмен системы с окружающей средой:
- открытая;
- закрытая;
- адиабатическая
Неизолированная система
Закрытые системы – разрешен обмен энергией, запрещен веществом
Адиабатические системы – разрешен обмен веществом, запрещен энергией
Открытые системы – разрешен обмен веществом и энергией
Термодинамические параметры
Термодинамическое состояние системы – совокупность ее свойств (параметров, переменных).
Термодинамические параметры:
- внешние - определяются свойствами и обобщенными координатами системы в окружающей среде и зависят от контактов системы с окружением; число таких параметров ограничено;
- внутренние - характеризуют свойства системы, число таких параметров неограниченно;
Термодинамические параметры
Экстенсивные - прямо пропорциональны массе системы или числу частиц ( V, U, l, S, q и т.д. ); могут быть измерены путем сопоставления с некоторой стандартной величиной и подчиняются закону аддитивности;
Интенсивные - не зависят от массы системы или числа частиц, определяются через экстенсивные параметры (р, Т, ρ и т.д.); определяются только опосредованно, через некую экстенсивную величину. Отношение любых двух экстенсивных параметров является интенсивным параметром, (мольный объем Vm или мольная доля х).
Термодинамический процесс
Термодинамический процесс – всякое изменение в системе, связанное с изменением хотя бы одного из термодинамических параметров:
самопроизвольный,
несамопроизвольный,
обратимый,
необратимый или неравновесный
Термодинамический процесс
- изобарный (p-const),
- изотермический (T-const),
- изохорный (V-const) ,
- адиабатический (Q=0,δQ=0)
Равновесное состояние
равновесное состояние - свойства системы не меняются во времени при одновременном отсутствии потоков вещества и энергии.
Основное положение термодинамики (0-й закон): если на границе системы с окружающей средой поддерживаются постоянные значения интенсивных параметров, то система рано или поздно придет к состоянию равновесия.
Функция состояния
Функция состояния – функция, зависящая от начального и конечного состояния системы и не зависящая от пути перехода из одного состояния в другое
∆ФС = ФС2 – ФС1
∆U - внутренняя энергия,
∆H - энтальпия,
∆S - энтропия,
∆G - свободная энергия Гиббса,
∆ F- свободная энергия Гельмгольца
Свойства функции состояния
изменение функции является ее полным дифференциалом, то есть обозначается dФС;
при переходе из состояния 1 в состояние 2 : = ФС2 – ФС1;
в результате любого циклического процесса функция состояния не изменяется:
Функция процесса
Функция процесса (или перехода)- функция, значение которой зависит от пути процесса, по которому происходит изменение состояния:
- теплота δQ ;
- работа δA
δ - бесконечно малое изменение величины
Внутренняя энергия системы
Внутренняя энергия системы (dU) – общий запас энергии всех частиц (электронов, ионов, атомов, молекул) системы, складывается из кинетической энергии частиц и потенциальной энергии взаимодействия между ними.Способы изменения внутренней энергии:
- теплота δQ
- работа δA
Первый закон термодинамики
переход энергии возможен в эквивалентном количестве;
в изолированной системе запас энергии остается постоянным;
«вечный двигатель первого рода» невозможен, то есть невозможно получить работу без затраты энергии.
Первый закон термодинамики
δQ= dU + δA (1.1)
δQ= dU + рdV (1.2),
теплота, сообщаемая системе, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение этой системой работы
dU= δQ - δA (1.3)
изменение внутренней энергии системы является следствием передачи теплоты и совершения системой работы
Работа в различных процессах
Изобарный процесс (p-const):
А= nR(T2 – T1) (1.4)
Изотермический процесс (Т-const):
A=nRTln (1.5) A=nRTln (1.6)
Изохорный процесс (V-const): А=0 (1.7)
Адиабатический процесс (δQ=0)
А= nCV(T1 –T2) (1.8) ,
CV - изохорная теплоемкость
Литература
А.Г. Сромберг, Д.П. Семченко. Физическая химия. Учебник для химико-технологических специальностей вузов. – Высшая школа. 2006г. и др. годы издания.
В.В. Еремин, С.И. Каргов, И.А. Успенская. Основы физической химии. Учебник в 2х частях. М. Лаборатория знаний. 2019г.
Н.С. Кудряшева. Физическая химия. Электронное учебное пособие. –Красноярск: ИПК Сибирский Федеральный Университет. 2009г.
Герасимов Я.И. Курс физической химии. 2т. М. Химия. 1973г.