Раздел 1. Основы химической термодинамики

[ 1 ] Глава 5

Термодинамика - научная дисциплина, изучающая:

1. переходы энергии от одних частей системы к другим;

2. переходы энергии из одних форм в другие;

3. энергетические эффекты физических и химических процессов в зависимости от условий их протекания;

4. возможность, направление и пределы самопроизвольного протекания процессов для различных условий.

Применение термодинамики к химическим процессам составляет предмет химической термодинамики.

Термодинамика базируется на двух основных законах, называемых первым и вторым началом термодинамики. Дополнением к ним служит так называемая теорема Нернста (или третий закон термодинамики), которая может быть обоснована при помощи квантовой теории.

Основные понятия и определения

Термодинамическая система - совокупность тел, между которыми существует теплообмен и массообмен (диффузия). Система, имеющая постоянный объем и не обменивающаяся энергией или веществом с окружающей средой, называется изолированной. (Требование постоянства объема связано с тем, что его изменение всегда связано с совершением работы, если давление р≠0).

Фаза - совокупность однородных частей системы индивидуальных веществ, отделенных от других фаз границами раздела. Фазы могут отличаться друг от друга либо агрегатным состоянием (газ, жидкость, твердое тело), либо строением (агрегатное состояние при этом может быть одним и тем же).

Система, содержащая одну фазу, называется гомогенной. В противном случае система является гетерогенной.

Если термодинамическая система, выйдя из некоторого начального состояния (А), перешла в конечное (В), а затем возвращается обратно в (А), претерпев при этом ряд изменений, то такой переход называют круговым процессом или циклом. Круговой процесс, не сопровождающийся никакими изменениями в окружающей среде, называется обратимым. В противном случае процесс носит название необратимого.

Следует подчеркнуть, что обратимость или необратимость процесса в термодинамическом понимании не совпадает с понятием обратимости химических реакций, где термин «обратимость» часто используется для того, чтобы показать, что реакция может осуществляться как в прямом, так и в обратном направлениях. При этом требование отсутствия изменений в окружающей среде при возвращении системы в исходное состояние может не выполняться. Поэтому из одной лишь возможности вернуть систему в исходное состояние тем или иным путем нельзя сделать вывод о том, что в системе происходит термодинамически обратимый процесс.

Ни один из реальных процессов не является строго термодинамически обратимым, поэтому это понятие представляет собой такую же абстракцию, как, например, «математический маятник», «идеальный газ» и т.п.

Условием обратимости всего процесса в целом является обратимость каждой его стадии. Поэтому реальный процесс можно сколь угодно приблизить к термодинамически обратимому. Для этого его следует проводить через непрерывную последовательность таких бесконечно малых изменений, при которых состояние системы бесконечно мало отличается от равновесного.

Состояние термодинамического равновесия характеризуется тем, что система, способная обмениваться энергией с окружающей средой, остается как угодно долго неизменной до тех пор, пока не изменятся внешние условия.

Поиск по сайту: