Տաք ջրի էնթալպիա բանաձեւ. Էնթալպիա - ինչ է դա

Էնթալպիա(ջերմային ֆունկցիա, ջերմային պարունակություն) - թերմոդինամիկական ներուժ, որը բնութագրում է համակարգի վիճակը թերմոդինամիկական հավասարակշռության մեջ, երբ ընտրվում է որպես անկախ ճնշման փոփոխականներ, էնտրոպիան և մասնիկների քանակը։

Էնթալպիանյութի թերմոդինամիկական հատկությունն է, որը ցույց է տալիս նրա մոլեկուլային կառուցվածքում պահվող էներգիայի մակարդակը։ Սա նշանակում է, որ թեև նյութը կարող է էներգիա պահել՝ հիմնված ջերմաստիճանի և ճնշման վրա, այն ոչ բոլորը կարող են վերածվել ջերմության: Ներքին էներգիայի մի մասը միշտ մնում է նյութի մեջ և պահպանում է իր մոլեկուլային կառուցվածքը։ Նյութի կինետիկ էներգիայի մի մասը անհասանելի է, երբ նրա ջերմաստիճանը մոտենում է շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանին: Ինչպես հետևում է, էթալպիան էներգիայի քանակն է, որը հասանելի է որոշակի ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում ջերմության վերածելու համար: Էնթալպիայի միավորներ - Ջ/կգ հատուկ էներգիայի համար:

Բոլոր քիմիական ռեակցիաները ուղեկցվում են ջերմության արտազատմամբ (էկզոտերմիկ) կամ կլանմամբ (էնդոթերմիկ): Ռեակցիայի ջերմության չափն է էթալպիայի փոփոխություն ΔH, որը համապատասխանում է մշտական ​​ճնշման տակ ջերմային փոխանակմանը։ Էկզոթերմիկ ռեակցիաների դեպքում համակարգը կորցնում է ջերմությունը, իսկ ΔH-ն բացասական արժեք է։ Էնդոթերմային ռեակցիաների դեպքում համակարգը կլանում է ջերմությունը, իսկ ΔН-ն դրական արժեք է։

Համակարգի էթալպիան հարմար է օգտագործել այն դեպքերում, երբ ճնշումը p և ջերմաստիճանը T ընտրվում են որպես համակարգի վիճակը որոշող անկախ փոփոխականներ։

Էնթալպիան հաճախ սահմանվում է որպես նյութի ընդհանուր էներգիա, քանի որ այն հավասար է տվյալ վիճակում գտնվող նրա ներքին էներգիայի (u) գումարին և աշխատանք կատարելու ունակությանը (pv): Այնուամենայնիվ, իրականում էթալպիան չի ցույց տալիս նյութի ընդհանուր էներգիան բացարձակ զրոյից (-273°C) բարձր տվյալ ջերմաստիճանում։ Ինչպես հետևում է, էթալպիան որպես նյութի ընդհանուր ջերմություն սահմանելու փոխարեն, ավելի ճշգրիտ է այն սահմանել որպես նյութի հասանելի էներգիայի ընդհանուր քանակ, որը կարող է վերածվել ջերմության:

որտեղ V-ը համակարգի ծավալն է:

Ընդհանուր էթալպիայի դիֆերենցիալը (համակարգում մասնիկների մշտական ​​քանակի և համակարգի այլ մակրոսկոպիկ պարամետրերի դեպքում) ունի ձև.

Համակարգի հավասարակշռված վիճակը S-ի և p-ի կայունության չափանիշներում համապատասխանում է էնթալպիայի փոքր արժեքին։ Մարմինների ջերմամեկուսացման ժամանակ (p=const չափորոշիչներում) պահպանվում է էթալպիան, ուստի երբեմն կոչվում է ջերմային պարունակություն կամ ջերմային ֆունկցիա։ Էնթալպիայի պահպանման պայմանը, մասնավորապես, գտնվում է Ջուլ-Թոմսոնի էֆեկտի տեսության հիմքում, որը հիմնարար գործնական կիրառություն է գտել գազերի հեղուկացման մեջ: Տերմին " էթալպիա»- առաջարկել է Հ. Կամերլինգ-Օննեսը:

Էնթալպիա, նույնպես ջերմային ֆունկցիաԵվ ջերմության պարունակությունը- թերմոդինամիկական ներուժ, որը բնութագրում է համակարգի վիճակը թերմոդինամիկական հավասարակշռության մեջ ճնշումը, էնտրոպիան և մասնիկների քանակը որպես անկախ փոփոխականներ ընտրելիս:

Պարզ ասած, էթալպիան այն էներգիան է, որը հասանելի է որոշակի ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում ջերմության վերածելու համար:

Եթե ​​ջերմամեխանիկական համակարգը համարվում է բաղկացած մակրոմարմնից (գազից) և մակերեսով մխոցից. Սծանրաբեռնվածությամբ P = pS, հավասարակշռող գազի ճնշումը Ռնավի ներսում, ապա այդպիսի համակարգ կոչվում է երկարացված.

Էնթալպիա կամ ընդլայնված համակարգի էներգիա Եհավասար է գազի ներքին էներգիայի գումարին Uև մխոցի պոտենցիալ էներգիան բեռի հետ Եքրտինք = psx = pV

Այսպիսով, էթալպիան այս վիճակում մարմնի ներքին էներգիայի և աշխատանքի գումարն է, որը պետք է ծախսվի, որպեսզի մարմնի ծավալը Վմտնել ճնշված միջավայր Ռև մարմնի հետ հավասարակշռության մեջ: Համակարգային էնթալպիա Հ- ներքին էներգիայի և այլ թերմոդինամիկական պոտենցիալների նման - յուրաքանչյուր վիճակի համար ունի լավ սահմանված արժեք, այսինքն՝ դա վիճակի ֆունկցիա է: Հետեւաբար, պետության փոփոխության գործընթացում

Օրինակներ

Ինվարիանտ էթալպիա հարաբերական թերմոդինամիկայի մեջ

Հարաբերականության թերմոդինամիկան կառուցելիս (հաշվի առնելով հարաբերականության հատուկ տեսությունը), սովորաբար ամենահարմար մոտեցումը այսպես կոչված ինվարիանտ էնթալպիա օգտագործելն է՝ որոշակի նավի մեջ տեղակայված համակարգի համար։

Այս մոտեցման դեպքում ջերմաստիճանը սահմանվում է որպես Լորենցի անփոփոխ: Էնտրոպիան նույնպես անփոփոխ է: Քանի որ պատերը ազդում են համակարգի վրա, ամենաբնական անկախ փոփոխականը ճնշումն է, և, հետևաբար, հարմար է էթալպիան ընդունել որպես թերմոդինամիկական ներուժ:

Նման համակարգի համար համակարգի «սովորական» էթալպիան և իմպուլսը կազմում են 4 վեկտոր, և այս 4 վեկտորի ինվարիանտ ֆունկցիան վերցված է ինվարիանտ էնթալպիան որոշելու համար, որը նույնն է բոլոր հղման շրջանակներում.

Հարաբերական թերմոդինամիկայի հիմնական հավասարումը գրված է ինվարիանտ էնթալպիայի դիֆերենցիալով հետևյալ կերպ.

Օգտագործելով այս հավասարումը, կարելի է լուծել շարժվող համակարգերի թերմոդինամիկայի ցանկացած խնդիր, եթե ֆունկցիան հայտնի է։

տես նաեւ

Աղբյուրներ

1. Բոլգարսկի Ա. Վ., Մուխաչև Գ. Ա., Շչուկին Վ. Կ., «Թերմոդինամիկա և ջերմության փոխանցում», Էդ. 2-րդ, վերանայված. և լրացուցիչ Մոսկվա: Բարձրագույն դպրոց, 1975, 495 p.
2. Kharin A. N., Kataeva N. A., Kharin L. T., խմբ. պրոֆ. Խարինա Ա.Ն. «Քիմիայի դասընթաց», Մ .: «Բարձրագույն դպրոց», 1975, 416 էջ.

Նշումներ

Վիքիմեդիա հիմնադրամ. 2010 թ .

Տեսեք, թե ինչ է «Enthalpy»-ն այլ բառարաններում.

Էնթալպիա- (հունարեն enthalpo I ջերմությունից), թերմոդինամիկական համակարգի վիճակի ֆունկցիա, որի փոփոխությունը մշտական ​​ճնշման դեպքում հավասար է համակարգին մատակարարվող ջերմության քանակին, հետևաբար էթալպիան հաճախ կոչվում է ջերմային ֆունկցիա կամ ջերմային պարունակություն։ .... Նկարազարդված Հանրագիտարանային բառարան

- (հունարեն էնթալպո I ջերմությունից) թերմոդինամիկական համակարգի վիճակի միարժեք H ֆունկցիան՝ S անկախ էնտրոպիայի պարամետրերով և ճնշում p, կապված է U ներքին էներգիայի հետ H = U + pV հարաբերակցությամբ, որտեղ V-ը համակարգի ծավալը. Անընդհատ p փոփոխության դեպքում ...... Մեծ Հանրագիտարանային բառարան

- (նշումը H), նյութի մեջ պարունակվող թերմոդինամիկական (ջերմային) էներգիայի քանակը. Ցանկացած համակարգում էթալպիան հավասար է ներքին էներգիայի գումարին և ճնշման և ծավալի արտադրյալին։ Չափվում է փոփոխության (սովորաբար աճի) առումով ... ... Գիտատեխնիկական հանրագիտարանային բառարան

Ռուսական հոմանիշների ջերմային պարունակության բառարան. էնթալպիա գոյական, հոմանիշների թիվը՝ 1 ջերմության պարունակություն (1) ASIS հոմանիշների բառարան… Հոմանիշների բառարան

- (հուն. enthalpo I տաքանում եմ) էկոհամակարգեր, էկոհամակարգի ֆունկցիոնալ վիճակը, որը որոշում է նրա ջերմության պարունակությունը։ Էնթալպիան էկոհամակարգի ընդարձակ հատկությունն է: Էկոլոգիական հանրագիտարանային բառարան. Քիշնև. Մոլդովական սովետի հիմնական հրատարակությունը ... Էկոլոգիական բառարան

էթալպիա- Ջերմոդինամիկական համակարգի վիճակի ֆունկցիա, որը հավասար է ներքին էներգիայի գումարին և ծավալի և ճնշման արտադրյալին: Նշում Էնթալպիան բնորոշ ֆունկցիա է, եթե էնտրոպիան և ճնշումը անկախ պարամետրեր են: [Կազմում…… Տեխնիկական թարգմանչի ձեռնարկ

- (հունարեն enthalpo I ջերմությունից) (ջերմային պարունակություն, Գիբսի ջերմային ֆունկցիա), մակրոսկոպիկ վիճակը բնութագրող թերմոդինամիկական պոտենցիալ։ համակարգեր թերմոդինամիկական հավասարակշռությունը որպես հիմնական անկախ փոփոխականներ ընտրելիս էնտրոպիան S և ... ... Ֆիզիկական հանրագիտարան

- [ενυαλπω (enthalpo) տաքացում] թերմոդինամիկ վիճակի ֆունկցիա H, հավասար է U ներքին էներգիայի գումարին և Vp (H + U + Vp) ծավալի և ճնշման արտադրյալին: Մշտական ​​ճնշման տակ ընթացող գործընթացներում ... ... Երկրաբանական հանրագիտարան

էթալպիա- էնթալպիա; Արդյունաբերություն ջերմային պարունակություն; Գիբսի ջերմային ֆունկցիա Համակարգի վիճակի ֆունկցիա (H), որը հավասար է ծավալի և ճնշման արտադրյալին ավելացված ներքին էներգիայի արժեքին (U). H = U + pV ... Պոլիտեխնիկական տերմինաբանական բացատրական բառարան

էթալպիա- համակարգի վիճակի ֆունկցիան է, որի աճը հավասար է իզոբարային գործընթացում համակարգի ստացած ջերմությանը: Ընդհանուր քիմիա: Դասագիրք / A. V. Zholnin ... Քիմիական տերմիններ

Քիմիական ռեակցիաների ընթացքում ջերմությունը ներծծվում կամ արտանետվում է շրջակա միջավայր: Այս ջերմափոխանակությունը քիմիական ռեակցիայի և միջավայրըկոչվում է էնթալպիա կամ H: Այնուամենայնիվ, անհնար է ուղղակիորեն չափել էնթալպիան, ուստի ընդունված է հաշվարկել շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի փոփոխությունը (նշվում է ∆H): ∆H-ը ցույց է տալիս, որ քիմիական ռեակցիայի ժամանակ ջերմություն է արտանետվում շրջակա միջավայր (էկզոտերմիկ ռեակցիա) կամ ջերմություն է ներծծվում (էնդոթերմիկ ռեակցիա)։ Էնթալպիան հաշվարկվում է հետևյալ կերպ. ∆H = m x s x ∆T, որտեղ m-ը ռեակտիվ նյութերի զանգվածն է, s-ը՝ ռեակցիայի արտադրանքի ջերմունակությունը, ∆T-ն՝ ռեակցիայի արդյունքում ջերմաստիճանի փոփոխությունը։

Քայլեր

Էնթալպիայի խնդիրների լուծում

Բացահայտեք ռեակցիայի ռեակտիվները և արտադրանքները:Ցանկացած քիմիական ռեակցիա ունի ռեակտիվներ և ռեակցիայի արտադրանք: ռեակցիայի արտադրանք ստեղծվածռեագենտների փոխազդեցության արդյունքում։ Այլ կերպ ասած, ռեակտիվները բաղադրատոմսի բաղադրիչներն են, իսկ ռեակցիայի արտադրանքը պատրաստի ուտեստն է: Ռեակցիայի ΔH-ը գտնելու համար անհրաժեշտ է իմանալ ռեակցիայի ռեակտիվները և արտադրանքները:

• Օրինակ, անհրաժեշտ է գտնել ջրածնից և թթվածնից ջրի առաջացման ռեակցիայի էթալպիան՝ 2H 2 (ջրածին) + O 2 (թթվածին) → 2H 2 O (ջուր): Այս արձագանքում Հ2Եվ O2- ռեագենտներ, և H2Oռեակցիայի արդյունքն է։

1. Որոշեք ռեակտիվների ընդհանուր զանգվածը:Հաջորդը, դուք պետք է հաշվարկեք ռեակտիվների զանգվածը: Եթե ​​դուք չեք կարող կշռել դրանք, ապա հաշվարկեք մոլեկուլային քաշը՝ իրականը գտնելու համար: Մոլեկուլային զանգվածը հաստատուն է, որը կարելի է գտնել Մենդելեևի պարբերական համակարգում կամ մոլեկուլների և միացությունների այլ աղյուսակներում։ Յուրաքանչյուր ռեակտիվ նյութի զանգվածը բազմապատկեք մոլերի քանակով:

   • Մեր օրինակում արձագանքող նյութերը՝ ջրածինը և թթվածինը, ունեն համապատասխանաբար 2 գ և 32 գ մոլեկուլային զանգված: Քանի որ մենք օգտագործում ենք 2 մոլ ջրածին (քիմիական ռեակցիայի գործակիցը H 2 ջրածնի դիմաց) և 1 մոլ թթվածին (O 2-ի դիմաց գործակիցի բացակայությունը նշանակում է 1 մոլ), ապա ռեակտիվների ընդհանուր զանգվածը. հաշվարկվում է հետևյալ կերպ.
     2 × (2 գ) + 1 × (32 գ) = 4 գ + 32 գ = 36 գ

2. Որոշեք արտադրանքի ջերմային հզորությունը:Հաջորդը, որոշեք ռեակցիայի արտադրանքի ջերմային հզորությունը: Յուրաքանչյուր մոլեկուլ ունի հատուկ ջերմային հզորություն, որը մշտական ​​է։ Գտե՛ք այս հաստատունը քիմիայի դասագրքի աղյուսակներում: Ջերմային հզորությունը չափելու մի քանի միավոր կա. Մեր հաշվարկներում մենք կօգտագործենք J/g°C:

   • Նկատի ունեցեք, որ եթե կան մի քանի ռեակցիայի արտադրանքներ, ապա ձեզ հարկավոր է հաշվարկել յուրաքանչյուրի ջերմային հզորությունը և այնուհետև դրանք գումարել՝ ամբողջ ռեակցիայի էթալպիան ստանալու համար:
   • Մեր օրինակում ռեակցիայի արդյունքը ջուրն է, որն ունի հատուկ ջերմություն 4.2 J/g°C.

3. Գտեք ջերմաստիճանի փոփոխությունը:Այժմ մենք կգտնենք ∆T - ջերմաստիճանի տարբերությունը ռեակցիայից առաջ և հետո: Մեկնարկային ջերմաստիճանից (T1) հանել ավարտի ջերմաստիճանը (T2): Ամենից հաճախ Քելվինի (K) սանդղակը օգտագործվում է քիմիայի խնդիրներում (չնայած Ցելսիուսի սանդղակը (°C) կտա նույն արդյունքը):

   • Մեր օրինակում ենթադրենք, որ ռեակցիայի սկզբնական ջերմաստիճանը եղել է 185 Կ, իսկ ռեակցիայից հետո դարձել է 95 Կ, ուստի ∆T-ն հաշվարկվում է հետևյալ կերպ.
     ∆T = T2 – T1 = 95 K - 185 K = -90 հազար

4. Գտեք էնթալպիան՝ օգտագործելով ∆H = բանաձևը մ x ս x ∆T.Եթե ​​m-ը ռեակտիվ նյութերի զանգվածն է, s-ը՝ ռեակցիայի արտադրանքի ջերմունակությունը, իսկ ∆T-ն՝ ջերմաստիճանի փոփոխությունը, ապա կարելի է հաշվել ռեակցիայի էթալպիան։ Փոխարինեք արժեքները ΔH = բանաձևում մ x ս x ∆T և ստացե՛ք էնթալպիան: Արդյունքը հաշվարկվում է Joules (J):

   • Մեր օրինակում էթալպիան հաշվարկվում է հետևյալ կերպ.
     ∆H = (36 գ) × (4.2 JK - 1 գ - 1) × (-90 Կ) = -13608 Ջ

5. Որոշեք, թե արդյոք էներգիան ազատվում է կամ կլանվում է դիտարկվող ռեակցիայի ընթացքում:Գործնականում ΔH-ի հաշվարկման ամենատարածված պատճառներից մեկն այն է, թե արդյոք ռեակցիան էկզոթերմիկ է լինելու (ջերմության ազատում և սեփական էներգիայի նվազեցում) կամ էնդոթերմիկ (շրջակա միջավայրից ջերմություն կլանող և սեփական էներգիայի ավելացում): Եթե ​​∆H-ի արժեքը դրական է, ապա ռեակցիան էնդոթերմիկ է։ Եթե ​​բացասական է, ապա ռեակցիան էկզոթերմիկ է: Որքան մեծ է ∆H-ի բացարձակ արժեքը, այնքան ավելի շատ էներգիա է արտազատվում կամ կլանում: Զգույշ եղեք, եթե պատրաստվում եք գործնական փորձ անցկացնել. էնթալպիային բարձր արժեք ունեցող ռեակցիաների ժամանակ կարող է առաջանալ էներգիայի մեծ արտանետում, իսկ եթե այն արագ ընթանա, կարող է հանգեցնել պայթյունի։

   • Մեր օրինակում վերջնական արդյունքը ստացվեց -13608 J: Էնթալպիական արժեքի դիմաց կա բացասական նշան, ինչը նշանակում է, որ ռեակցիան էկզոտերմիկ. Տաք գազերը (գոլորշու տեսքով) H 2 և O 2 պետք է որոշակի ջերմություն արձակեն ջրի մոլեկուլ առաջացնելու համար, այսինքն՝ H 2 O-ի առաջացման ռեակցիան էկզոթերմիկ է։

   Էնթալպիայի գնահատում

   1. Էնթալպիան գնահատելու համար հաշվարկեք կապի էներգիան:Գրեթե բոլոր քիմիական ռեակցիաներհանգեցնել որոշ կապերի խզմանը և մյուսների ձևավորմանը: Ռեակցիայի էներգիան ոչ մի տեղից չի առաջանում և չի քայքայվում. այն էներգիան է, որն անհրաժեշտ է այդ կապերը կոտրելու կամ ձևավորելու համար: Հետևաբար, ամբողջ ռեակցիայի էթալպիայի փոփոխությունը կարելի է բավականին ճշգրիտ գնահատել՝ գումարելով այդ կապերի էներգիաները։

      Էնթալպիան գնահատելու համար օգտագործեք առաջացման էթալպիան:Գոյացման էթալպիան հնարավորություն է տալիս հաշվարկել ∆H՝ հաշվելով ռեակտիվների և արգասիքների առաջացման ռեակցիաները։ Եթե ​​հայտնի է ռեակցիայի արտադրանքների և ռեակտիվների առաջացման էթալպիան, ապա դուք կարող եք գնահատել էթալպիան որպես ամբողջություն՝ հավելումով, ինչպես վերը քննարկված էներգիայի դեպքում:

   2. Մի մոռացեք նշանների մասին էթալպիական արժեքներից առաջ:Ձևավորման էթալպիան հաշվարկելիս դուք հակադարձում եք արտադրանքի ռեակցիայի էթալպիան որոշելու բանաձևը, և ​​էթալպիայի նշանը պետք է փոխվի: Այլ կերպ ասած, եթե դուք հակադարձում եք բանաձեւը, ապա էնթալպիայի նշանը պետք է փոխվի հակառակը:

      • Օրինակում նշեք, որ C 2 H 5 OH արտադրանքի առաջացման ռեակցիան գրված է հետընթաց: C 2 H 5 OH → 2C + 3H 2 + 0.5O 2, այսինքն, C 2 H 5 OH քայքայվում է, չի սինթեզվում: Ուստի նման ռեակցիայում էթալպիայից առաջ նշանը դրական է՝ 228 կՋ/մոլ, թեև C 2 H 5 OH-ի առաջացման էթալպիան -228 կՋ/մոլ է։

   Փորձի ընթացքում էնթալպիայի դիտարկումը

   1. Վերցրեք մաքուր տարա և ջուր լցրեք դրա մեջ։Դժվար չէ գործի մեջ տեսնել էնթալպիայի սկզբունքները՝ բավական է մի պարզ փորձ անցկացնել։ Անհրաժեշտ է, որ փորձի արդյունքը չազդի օտարերկրյա աղտոտիչների վրա, ուստի տարան պետք է լվացվի և ստերիլիզացվի: Էնթալպիան չափելու համար գիտնականները օգտագործում են հատուկ փակ տարաներ, որոնք կոչվում են կալորիմետրեր, սակայն ապակե բաժակը կամ կոլբը լավ է ձեզ համար: Լրացրեք տարայի մեջ մաքուր ծորակ ջրով սենյակային ջերմաստիճան. Ցանկալի է փորձն անցկացնել զով սենյակում։

      • Փորձի համար ցանկալի է օգտագործել փոքր տարա։ Մենք կդիտարկենք Ալկա-Սելցերի հետ ջրի ռեակցիայի էթալպիան, ուստի որքան քիչ ջուր օգտագործվի, այնքան ավելի ակնհայտ կլինի ջերմաստիճանի փոփոխությունը:

Էնթալպիան էներգիան է, որը բնորոշ է որոշակի համակարգին, որը գտնվում է թերմոդինամիկական հավասարակշռության մեջ՝ մշտական ​​պարամետրերով (ճնշում և էնտրոպիա):

Էնտրոպիան թերմոդինամիկական համակարգի կարգուկանոնի հատկանիշն է։

ԷՆԹԱԼՊԻԱ(հունարեն էնթալպո - I ջերմություն), թերմոդինամիկական համակարգի վիճակի H միարժեք ֆունկցիա՝ S անկախ էնտրոպիայի պարամետրերով և ճնշում p, կապված է U ներքին էներգիայի հետ H = U + pV հարաբերակցությամբ, որտեղ V. համակարգի ծավալն է։ P հաստատուն դեպքում էթալպիայի փոփոխությունը հավասար է համակարգին մատակարարվող ջերմության քանակին, ուստի էթալպիան հաճախ կոչվում է ջերմային ֆունկցիա կամ ջերմային պարունակություն։ Ջերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակում (p և S հաստատուններում) համակարգի էթալպիան նվազագույն է։

Էնտրոպիան անկարգության, միատարրության, շփոթության և համաչափության չափիչ է։

Գիտնականներից քչերն են հասկացել այս հասկացությունը..........Սովորաբար, ինչպես պատկերավոր ասվեց, սա համակարգի քաոսի չափանիշն է.....Այսինքն ստացվում է, որ քաոս կարելի է պատվիրել։ Այսինքն՝ թույլ է տալիս շրջելի պրոցեսները տարբերել անշրջելիներից ....... Հետադարձելի պրոցեսների դեպքում էնտրոպիան առավելագույն է և հաստատուն ...... իսկ անշրջելիների դեպքում այն ​​մեծանում է։ Ես ձեզ մեկ հոդված կտամ ...... Թերմոդինամիկան հիմնված է երկու տեսակի պրոցեսների տարբերության վրա՝ շրջելի և անշրջելի: Հետադարձելիությունը գործընթաց է, որը կարող է ընթանալ և՛ առաջ, և՛ հակառակ ուղղությամբ, և երբ համակարգը վերադառնում է իր սկզբնական վիճակին, փոփոխություններ տեղի չեն ունենում: Ցանկացած այլ գործընթաց կոչվում է անշրջելի: Դասական մեխանիկական հետազոտական ​​ծրագրի օրենքները շրջելի են։ Թերմոդինամիկայի գալուստով ֆիզիկա է մտնում գործընթացների անշրջելիության հասկացությունը, որը ցույց է տալիս երևույթների դինամիկ նկարագրության կիրառելիության սահմանները։

Էնտրոպիան (հունարեն և հերթով, փոխակերպում) գլխավորներից է։ դասական ֆիզիկայի հասկացությունները, որոնք գիտության մեջ ներմուծել է Ռ.Կլաուզիուսը։ Մակրոսկոպիկ տ.սպ. Է.-ն արտահայտում է էներգիայի փոխակերպվելու ունակությունը՝ որքան շատ է համակարգի Ե., այնքան նրանում պարունակվող էներգիան ունակ է փոխակերպումների։ Ե–ի հայեցակարգի օգնությամբ ձեւակերպվում է հիմունքներից մեկը. ֆիզիկական օրենքներ՝ Է.-ի ավելացման օրենք, կամ թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը, որը որոշում է էներգիայի փոխակերպումների ուղղությունը՝ փակ համակարգում Է. Առավելագույն E.-ի ձեռքբերումը բնութագրում է հավասարակշռության վիճակի սկիզբը, որի դեպքում էներգիայի հետագա փոխակերպումները այլևս հնարավոր չեն. ամբողջ էներգիան վերածվել է ջերմության և եկել է ջերմային հավասարակշռության վիճակ:

Կարճ ակնարկ

Զրո օրենք

Առաջին օրենք

Այն կարող է նաև սահմանվել այսպես. մեկուսացված համակարգին մատակարարվող ջերմության քանակը ծախսվում է աշխատանք կատարելու և ներքին էներգիան փոխելու համար

Երկրորդ օրենք

երրորդ օրենք

Մի խոսքով, էնտրոպիան ենթադրվում է որպես «ջերմաստիճանից կախված» և հանգեցնում է բացարձակ զրոյի գաղափարի ձևավորմանը։

Չորրորդ օրենք (ժամանակավոր)

Ցանկացած ոչ հավասարակշռված համակարգ ունի այնպիսի հատկություններ, որոնք կոչվում են կինետիկ, որոնք որոշում են ոչ հավասարակշռված գործընթացների հոսքի առանձնահատկությունները թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքով նշված ուղղությամբ, և որոնցից կախված չեն այդ ոչ հավասարակշռված գործընթացները մղող թերմոդինամիկական ուժերը: .

Թերմոդինամիկայի սկզբունքները

Թերմոդինամիկայի զրոյական սկիզբ

Թերմոդինամիկայի զրոյական օրենքը այդպես է անվանվել, քանի որ այն ձևակերպվել է այն բանից հետո, երբ առաջին և երկրորդ օրենքները եղել են հաստատված գիտական ​​հասկացություններից: Այն նշում է, որ մեկուսացված թերմոդինամիկական համակարգը ժամանակի ընթացքում ինքնաբերաբար անցնում է թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակի և մնում է դրանում կամայականորեն երկար ժամանակ, եթե արտաքին պայմաններըպահվում են անփոփոխ։ Այն նաև կոչվում է ընդհանուր սկիզբ:Թերմոդինամիկական հավասարակշռությունը ենթադրում է համակարգում մեխանիկական, ջերմային և քիմիական հավասարակշռության, ինչպես նաև ֆազային հավասարակշռության առկայություն: Դասական թերմոդինամիկան պնդում է միայն թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակի առկայությունը, բայց ոչինչ չի ասում դրան հասնելու համար պահանջվող ժամանակի մասին:

Գրականության մեջ զրոյական սկիզբը նույնպես հաճախ ներառում է հայտարարություններ ջերմային հավասարակշռության հատկությունների մասին: Ջերմային հավասարակշռությունը կարող է գոյություն ունենալ համակարգերի միջև, որոնք բաժանված են անշարժ ջերմաթափանցելի միջնորմով, այսինքն՝ միջնորմ, որը թույլ է տալիս համակարգերին փոխանակել ներքին էներգիան, բայց նյութը չի թողնում միջով: Ջերմային հավասարակշռության անցողիկության պոստուլատը սահմանում է, որ եթե նման բաժանմամբ (դիթերմիկ) բաժանված երկու մարմին միմյանց հետ ջերմային հավասարակշռության մեջ են, ապա ցանկացած երրորդ մարմին, որը ջերմային հավասարակշռության մեջ է այդ մարմիններից մեկի հետ, նույնպես կլինի ջերմային հավասարակշռության մեջ: այլ մարմին:

Այսինքն, եթե երկու փակ համակարգ ԱԵվ Բջերմային շփման մեջ են մտել միմյանց հետ, այնուհետև ամբողջական համակարգով թերմոդինամիկական հավասարակշռության հասնելուց հետո Ա+Բհամակարգեր ԱԵվ Բջերմային հավասարակշռության մեջ կլինեն միմյանց հետ։ Այնուամենայնիվ, համակարգերից յուրաքանչյուրը ԱԵվ Բինքը նույնպես գտնվում է թերմոդինամիկական հավասարակշռության մեջ։ Ապա եթե համակարգերը ԲԵվ Գգտնվում են ջերմային հավասարակշռության մեջ, ապա համակարգերը ԱԵվ Գգտնվում են նաև միմյանց հետ ջերմային հավասարակշռության մեջ։

Արտասահմանյան և թարգմանական գրականության մեջ ջերմային հավասարակշռության անցողիկության մասին պոստուլատը հաճախ կոչվում է զրոյական սկիզբ, իսկ թերմոդինամիկական հավասարակշռության հասնելու դիրքը կարելի է անվանել «մինուս առաջին» սկիզբ: Անցումայինության պոստուլատի կարևորությունը կայանում է նրանում, որ այն թույլ է տալիս մեզ ներկայացնել համակարգի վիճակի որոշ գործառույթ, որն ունի հատկություններ. էմպիրիկջերմաստիճանը, այսինքն՝ ստեղծել ջերմաստիճանի չափման սարքեր։ Նման գործիքի՝ ջերմաչափի օգնությամբ չափվող էմպիրիկ ջերմաստիճանների հավասարությունը համակարգերի (կամ նույն համակարգի մասերի) ջերմային հավասարակշռության պայմանն է։

Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը

Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը արտահայտում է էներգիայի պահպանման համընդհանուր օրենքը՝ կապված թերմոդինամիկայի խնդիրների հետ և բացառում է առաջին տեսակի հավերժ շարժման մեքենա ստեղծելու հնարավորությունը, այսինքն՝ սարք, որը կարող է աշխատանք կատարել առանց էներգիայի համապատասխան ծախսերի։ .

ներքին էներգիա UԹերմոդինամիկական համակարգը կարող է փոխվել երկու եղանակով՝ դրա վրա աշխատանք կատարելով կամ շրջակա միջավայրի հետ ջերմության փոխանակմամբ։ Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը ասում է, որ համակարգի կողմից ստացվող ջերմությունը մեծացնում է համակարգի ներքին էներգիան և կատարում է այս համակարգի աշխատանքը, որը կարելի է գրել այսպես. δQ = δA + dU. Այստեղ dUհամակարգի ներքին էներգիայի ընդհանուր դիֆերենցիալն է, δQհամակարգին փոխանցվող ջերմության տարրական քանակությունն է, և δA- անսահման փոքր կամ տարրականհամակարգի կողմից կատարված աշխատանքը: Քանի որ աշխատանքը և ջերմությունը վիճակի ֆունկցիաներ չեն, այլ կախված են համակարգի մի վիճակից մյուսին անցնելու ձևից, օգտագործվում է նշանով նշումը։ δ դա ընդգծելու համար δQԵվ δAանսահման փոքր մեծություններ են, որոնք չեն կարող համարվել որևէ ֆունկցիայի դիֆերենցիալ։

Նշաններ ժամը δQԵվ δAՎերոնշյալ առնչությամբ նրանք համաձայնություն են հայտնում, որ համակարգի կատարած աշխատանքը և համակարգի կողմից ընդունված ջերմությունը, որն ընդունված է թերմոդինամիկայի վերաբերյալ ժամանակակից աշխատանքների մեծ մասում, համարվում են դրական։

Եթե ​​համակարգն իր ծավալի փոփոխության պատճառով կատարում է միայն մեխանիկական աշխատանք, ապա տարրական աշխատանքը գրվում է այսպես δA = P dV, որտեղ dV- ծավալի ավելացում. Քվազի-ստատիկ գործընթացներում այս աշխատանքը հավասար է համակարգի վրա արտաքին ուժերի աշխատանքին՝ վերցված հակառակ նշանով. δA ներքին = –δA արտաքին, բայց ոչ քվազաստատիկ գործընթացների համար այս կապը բավարարված չէ։ Ընդհանուր առմամբ տարրական աշխատանքը գրվում է որպես գումար δA = Ա 1 դա 1 + Ա 2 դա 2 + ... , որտեղ Ա 1 ,Ա 2 , ... - պարամետրերի գործառույթներ ա 1 ,ա 2 , ... և ջերմաստիճանը Տ, կանչեց ընդհանրացված ուժեր .

Համակարգում նյութի քանակի փոփոխության հետ կապված աշխատանքը (քիմիական աշխատանք) աշխատանքի համար ընդհանուր արտահայտությունից կարելի է առանձնացնել առանձին տերմինի:

Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը

Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը սահմանում է թերմոդինամիկական համակարգերում տեղի ունեցող գործընթացների ուղղության սահմանափակումներ և բացառում է երկրորդ տեսակի հավերժ շարժման մեքենա ստեղծելու հնարավորությունը: Փաստորեն, այս արդյունքին արդեն հասել է Սադի Կարնոն իր «Կրակի շարժիչ ուժի և այդ ուժը զարգացնելու ունակ մեքենաների մասին» աշխատության մեջ։ Այնուամենայնիվ, Կարնոն հենվել է կալորիականության տեսության գաղափարների վրա և չի տվել թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի հստակ ձևակերպում։ Դա արվել է 1850-1851 թվականներին Կլաուզիուսի և Քելվինի կողմից անկախ։ Այս օրենքի մի քանի տարբեր, բայց միևնույն ժամանակ համարժեք ձևակերպումներ կան։

Կելվինի պոստուլատը. «Անհնար է շրջանաձև գործընթաց, որի միակ արդյունքը կլինի աշխատանքի արտադրությունը ջերմային ջրամբարի սառեցման միջոցով»: Նման շրջանաձև գործընթացը կոչվում է Թոմսոն-Պլանկի գործընթաց, և ենթադրվում է, որ նման գործընթաց անհնար է:

Կլաուզիուսի պոստուլատը. «Ջերմությունը չի կարող ինքնաբերաբար փոխանցվել ավելի քիչ տաքացած մարմնից դեպի ավելի տաք մարմին»: Գործընթացը, որի ընթացքում այլ փոփոխություն տեղի չի ունենում, բացառությամբ ջերմության փոխանցումը սառը մարմնից տաք մարմնին, կոչվում է Կլաուզիուսի գործընթաց։ Պոստուլատում ասվում է, որ նման գործընթաց անհնար է։ Ջերմությունը կարող է ինքնաբերաբար փոխանցվել միայն մեկ ուղղությամբ՝ ավելի տաքացած մարմնից ավելի քիչ տաքացած մարմնից, և նման գործընթացն անշրջելի է։

Որպես պոստուլատ վերցնելով Թոմսոն-Պլանկի գործընթացի անհնարինությունը, կարելի է ապացուցել, որ Կլաուզիուսի գործընթացն անհնար է, և հակառակը, Կլաուզիուսի գործընթացի անհնարինությունից հետևում է, որ Թոմսոն-Պլանկի գործընթացը նույնպես անհնար է։

Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի հետևանքը, որը դրված է այս ձևակերպումներում, թույլ է տալիս մեզ թերմոդինամիկական համակարգերի համար ներկայացնել թերմոդինամիկական վիճակի ևս մեկ գործառույթ. Ս, որը կոչվում է էնտրոպիա, այնպես, որ քվազաստատիկ գործընթացների համար դրա ընդհանուր դիֆերենցիալը գրվում է որպես dS=δQ/T. Ջերմաստիճանի և ներքին էներգիայի հետ միասին, որոնք ներկայացված են զրոյական և առաջին սկզբունքներում, էնտրոպիան կազմում է թերմոդինամիկական գործընթացների մաթեմատիկական նկարագրության համար անհրաժեշտ քանակությունների ամբողջական փաթեթ։ Նշված երեք մեծություններից միայն երկուսը, որոնցով թերմոդինամիկան ավելանում է ֆիզիկայում օգտագործվող փոփոխականների ցանկին, անկախ են։

Թերմոդինամիկայի երրորդ օրենքը

Թերմոդինամիկայի երրորդ օրենքը կամ Ներնստի թեորեմն ասում է, որ ցանկացած հավասարակշռության համակարգի էնտրոպիան, երբ ջերմաստիճանը մոտենում է բացարձակ զրոյին, դադարում է կախված լինել վիճակի ցանկացած պարամետրից և հակված է որոշակի սահմանի։ Փաստորեն, Ներնստի թեորեմի բովանդակությունը ներառում է երկու դրույթ. Դրանցից առաջինը ենթադրում է էնտրոպիայի սահմանի առկայությունը, քանի որ այն ձգտում է բացարձակ զրոյի: Այս սահմանի թվային արժեքը ենթադրվում է զրոՀետևաբար, գրականության մեջ երբեմն ասվում է, որ համակարգի էնտրոպիան հակված է զրոյի, երբ ջերմաստիճանը մոտենում է 0 Կ-ին: Ներնստի թեորեմի երկրորդ դրույթը նշում է, որ բոլոր գործընթացները բացարձակ զրոյի մոտ են՝ համակարգը տեղափոխելով մի հավասարակշռության վիճակից մյուսը: , առաջանում են առանց էնտրոպիայի փոփոխության։

Ջերմաստիճանի և էնտրոպիայի զրոյական արժեքները բացարձակ զրոյում ընդունված են որպես թերմոդինամիկական մեծությունների սանդղակի կառուցման անորոշությունը վերացնելու հարմար պայման: Զրոյական ջերմաստիճանի արժեքը ծառայում է որպես ջերմադինամիկ ջերմաստիճանի սանդղակի կառուցման հենակետ: Բացարձակ զրոյական ջերմաստիճանում անհետացող էնտրոպիան կոչվում է բացարձակ էնտրոպիա. Թերմոդինամիկական մեծությունների ձեռնարկներում հաճախ տրվում են 298,15 Կ ջերմաստիճանի բացարձակ էնտրոպիայի արժեքներ, որոնք համապատասխանում են էնտրոպիայի աճին, երբ նյութը տաքացվում է 0 Կ-ից մինչև 298,15 Կ։

Էնթալպիան, որը նաև ջերմային ֆունկցիա և ջերմային պարունակություն է, թերմոդինամիկական ներուժ է, որը բնութագրում է համակարգի վիճակը թերմոդինամիկական հավասարակշռության մեջ, երբ ճնշումը, էնտրոպիան և մասնիկների քանակը ընտրվում են որպես անկախ փոփոխականներ:

Պարզ ասած, էթալպիան այն էներգիան է, որը հասանելի է որոշակի ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում ջերմության վերածելու համար:

Այս մեծության սահմանումը ինքնությունն է՝ H=U+PV

Էնթալպիայի միավորը J/mol է։

Քիմիայում՝ ամենատարածվածը isobaric գործընթացներ (Պ= const), իսկ ջերմային էֆեկտն այս դեպքում կոչվում է համակարգի էթալպիայի փոփոխություն կամ գործընթացի էնթալպիա :

Թերմոդինամիկական համակարգում քիմիական գործընթացի արտանետվող ջերմությունը համարվում է բացասական (էկզոտերմիկ պրոցես, Δ. Հ < 0), а поглощение системой теплоты соответствует эндотермическому процессу, ΔՀ > 0.

Էնտրոպիա

և ինքնաբուխի համար

Էնտրոպիայի փոփոխության կախվածությունը ջերմաստիճանից արտահայտվում է Կիրխհոֆի օրենքով.

Մեկուսացված համակարգի համար էնտրոպիայի փոփոխությունը ինքնաբուխ գործընթացի հնարավորության չափանիշ է։ Եթե ​​, ապա գործընթացը հնարավոր է; եթե, ապա գործընթացը անհնար է առաջընթաց ուղղությամբ. եթե, ապա համակարգը գտնվում է հավասարակշռության մեջ:

Ջերմոդինամիկական պոտենցիալներ. Գիբսի և Հելմհոլցի ազատ էներգիան:

Փակ համակարգերում տեղի ունեցող գործընթացները բնութագրելու համար մենք ներկայացնում ենք թերմոդինամիկական վիճակի նոր ֆունկցիաներ՝ իզոբարային-իզոթերմային պոտենցիալ (Գիբսի ազատ էներգիա G) և իզոխորիկ-իզոթերմալ պոտենցիալ (Հելմհոլցի ազատ էներգիա F):

Փակ համակարգի համար, որտեղ հավասարակշռության գործընթացն իրականացվում է մշտական ​​ջերմաստիճանում և ծավալով, մենք արտահայտում ենք այս գործընթացի աշխատանքը: Որը մենք նշում ենք A max-ով (քանի որ հավասարակշռության պայմաններում իրականացվող գործընթացի աշխատանքը առավելագույնն է).

A max =T∆S-∆U

Ներկայացնում ենք F=U-TS-իզոխորիկ-իզոթերմային պոտենցիալ ֆունկցիան, որը որոշում է գործընթացի ինքնաբուխ հոսքի ուղղությունը և սահմանը փակ համակարգում իզոխորիկ-իզոթերմային պայմաններում և ստանում.

Հելմհոլցի էներգիայի փոփոխությունը որոշվում է միայն համակարգի սկզբնական և վերջնական վիճակով և կախված չէ գործընթացի բնույթից, քանի որ այն որոշվում է երկու վիճակի ֆունկցիաներով՝ U և S։ Հիշեցնենք, որ ստացված աշխատանքի ծավալը կամ ծախսվածը կարող է կախված լինել համակարգի սկզբնական վիճակից վերջնական վիճակին անցնելու գործընթացի իրականացման եղանակից, բայց չփոխելով ֆունկցիան:

Փակ համակարգը իզոբար-իզոթերմալ պայմաններում բնութագրվում է իզոբար-իզոթերմալ պոտենցիալով G.

Գիբսի դիֆերենցիալ էներգիան հաստատուն թվով մասնիկներ ունեցող համակարգի համար՝ արտահայտված սեփական փոփոխականներով՝ p ճնշման և T ջերմաստիճանի միջոցով.

Փոփոխական թվով մասնիկներ ունեցող համակարգի համար այս դիֆերենցիալը գրված է հետևյալ կերպ.

Ահա քիմիական ներուժը, որը կարող է սահմանվել որպես էներգիա, որը պետք է ծախսվի համակարգին ևս մեկ մասնիկ ավելացնելու համար:

∆G=∆H-T∆S հավասարման վերլուծությունը թույլ է տալիս որոշել, թե Գիբսի էներգիան կազմող գործոններից որն է պատասխանատու քիմիական ռեակցիայի ուղղության՝ էնթալպիայի (ΔH) կամ էնտրոպիայի (ΔS · T) համար։

Եթե ​​ΔH< 0 и ΔS >0, ապա միշտ ΔG< 0 и реакция возможна при любой температуре.

Եթե ​​∆H > 0 և ∆S< 0, то всегда ΔG >0, իսկ ջերմության կլանմամբ և էնտրոպիայի նվազմամբ ռեակցիան անհնար է որևէ պարագայում։

Այլ դեպքերում (ΔH< 0, ΔS < 0 и ΔH >0, ΔS > 0), ΔG-ի նշանը կախված է ΔH-ի և TΔS-ի հարաբերությունից: Ռեակցիան հնարավոր է, եթե այն ուղեկցվում է իզոբարային ներուժի նվազմամբ. սենյակային ջերմաստիճանում, երբ T արժեքը փոքր է, TΔS-ի արժեքը նույնպես փոքր է, և սովորաբար էթալպիայի փոփոխությունն ավելի մեծ է, քան TΔS-ը: Հետևաբար, սենյակային ջերմաստիճանում տեղի ունեցող ռեակցիաների մեծ մասը էկզոթերմիկ են: Որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան մեծ է TΔS-ը, և նույնիսկ էնդոթերմիկ ռեակցիաները հնարավոր են դառնում:

ԴG° ձևավորման ստանդարտ Գիբսի էներգիան հասկացվում է որպես Գիբսի էներգիայի փոփոխություն ստանդարտ վիճակում 1 մոլ նյութի առաջացման ռեակցիայի ժամանակ։ Այս սահմանումը ենթադրում է, որ պարզ նյութի ձևավորման ստանդարտ Գիբսի էներգիան, որը կայուն է ստանդարտ պայմաններում, զրո է:

Գիբսի էներգիայի փոփոխությունը կախված չէ գործընթացի ուղուց, հետևաբար, Գիբսի ձևավորման էներգիաների տարբեր անհայտ արժեքներ հնարավոր է ստանալ հավասարումներից, որոնցում, մի կողմից, էներգիաների գումարները. գրված են ռեակցիայի արգասիքները, իսկ մյուս կողմից՝ սկզբնական նյութերի էներգիաների գումարները։

Գիբսի ստանդարտ էներգիայի արժեքներն օգտագործելիս ΔG° պայմանը< 0, а критерием принципиальной невозможности - условие ΔG° >0. Միևնույն ժամանակ, եթե Գիբսի ստանդարտ էներգիան հավասար է զրոյի, դա չի նշանակում, որ իրական պայմաններում (տարբեր ստանդարտներից) համակարգը կլինի հավասարակշռության մեջ։

Փակ համակարգերում ինքնաբուխ գործընթացների պայմանները.