Karšto vandens entalpijos formulė. Entalpija yra tai, kas yra

Entalpija(šiluminė funkcija, šilumos kiekis) – termodinaminis potencialas, apibūdinantis sistemos būseną termodinaminėje pusiausvyroje, kai pasirenkama kaip nepriklausoma slėgio kintamieji, entropija ir dalelių skaičius.

Entalpija yra termodinaminė medžiagos savybė, nurodanti jos molekulinėje struktūroje sukauptos energijos lygį. Tai reiškia, kad nors medžiaga gali turėti energijos pagal temperatūrą ir slėgį, ne visa ji gali būti paversta šiluma. Dalis vidinės energijos visada lieka medžiagoje ir išlaiko savo molekulinę struktūrą. Dalis medžiagos kinetinės energijos nepasiekiama, kai jos temperatūra artėja prie terpės temperatūros. Kaip nurodyta toliau, entalpija yra energijos kiekis, kurį galima paversti šiluma esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui. Entalpijos vienetai – J/kg specifinei energijai.

Visas chemines reakcijas lydi šilumos išsiskyrimas (egzoterminė) arba absorbcija (endoterminė). Reakcijos šilumos matas yra entalpijos pokytis ΔН, kuris atitinka šilumos mainus esant pastoviam slėgiui. Egzoterminių reakcijų atveju sistema praranda šilumą ir ΔН yra neigiama reikšmė. Endoterminių reakcijų atveju sistema sugeria šilumą, o ΔН yra teigiama reikšmė.

Sistemos entalpiją patogu naudoti tais atvejais, kai slėgis p ir temperatūra T pasirenkami kaip nepriklausomi kintamieji, lemiantys sistemos būseną.

Entalpija dažnai apibrėžiama kaip bendra medžiagos energija, nes ji yra lygi jos vidinės energijos (ir) sumai tam tikroje būsenoje kartu su gebėjimu atlikti darbą (pv). Tačiau iš tikrųjų entalpija nerodo bendros medžiagos energijos tam tikroje temperatūroje, viršijančioje absoliutų nulį (-273 ° C). Kaip seka, užuot apibrėžus entalpiją kaip bendrą medžiagos šilumą, tiksliau apibrėžti ją kaip bendrą turimos medžiagos energijos kiekį, kuris gali būti paverstas šiluma.

kur V yra sistemos tūris.

Bendras entalpijos skirtumas (esant pastoviam dalelių skaičiui sistemoje ir kitiems makroskopiniams sistemos parametrams) yra tokia:

Subalansuota sistemos būsena visos pastovumo S ir p kriterijais atitinka nedidelę entalpijos reikšmę. Su kūnų šilumine izoliacija (pagal p = const) išsaugoma entalpija, todėl ji kartais vadinama šilumos kiekiu arba šilumine funkcija. Entalpijos išsaugojimo sąlyga slypi būtent Džaulio – Tomsono efekto teorijos, kuri rado esminį praktinį pritaikymą dujų skystinimo srityje, pagrindu. Terminas " entalpija“Pasiūlė H. Kamerling-Onnes.

Entalpija, taip pat šiluminė funkcija ir šilumos kiekis- termodinaminis potencialas, apibūdinantis sistemos būseną termodinaminėje pusiausvyroje, pasirenkant kaip nepriklausomus kintamuosius slėgį, entropiją ir dalelių skaičių.

Paprastais žodžiais tariant, entalpija yra ta energija, kurią galima paversti šiluma esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui.

Jei laikoma, kad termomechaninė sistema susideda iš makrokorpuso (dujų) ir stūmoklio su plotu S apkrautas svoriu P = pS subalansuoti dujų slėgį R indo viduje, tada tokia sistema vadinama išplėstas.

Išsiplėtusios sistemos entalpija arba energija E lygus dujų vidinės energijos sumai U ir stūmoklio potenciali energija su apkrova E prakaitas = pSx = pV

Taigi entalpija šioje būsenoje yra kūno vidinės energijos ir darbo, kurį reikia atlikti, kad kūnas turėtų tūrį, suma. Vįvesti į slėginę aplinką R ir kuri yra pusiausvyroje su kūnu. Sistemos entalpija H- panašus į vidinę energiją ir kitus termodinaminius potencialus - turi tiksliai apibrėžtą reikšmę kiekvienai būsenai, tai yra, tai yra būsenos funkcija. Todėl valstybės kaitos procese

Pavyzdžiai

Nekintamoji entalpija reliatyvistinėje termodinamikoje

Konstruojant reliatyvistinę termodinamiką (atsižvelgiant į specialiąją reliatyvumo teoriją), dažniausiai patogiausias būdas yra naudoti vadinamąją nekintamąją entalpiją – sistemai, esančiai tam tikrame inde.

Taikant šį metodą, temperatūra apibrėžiama kaip Lorenco invariantas. Entropija taip pat yra invariantas. Kadangi sienos veikia sistemą, natūraliausias nepriklausomas kintamasis yra slėgis, todėl termodinaminiu potencialu patogu imti entalpiją.

Tokiai sistemai „įprasta“ sistemos entalpija ir impulsas sudaro 4 vektorius, o šio 4 vektoriaus nekintamoji funkcija imama nustatyti kintamąją entalpiją, kuri yra vienoda visuose atskaitos rėmuose:

Pagrindinė reliatyvistinės termodinamikos lygtis yra parašyta pagal invariantinės entalpijos diferencialą taip:

Naudojant šią lygtį, galima išspręsti bet kurį judančių sistemų termodinamikos klausimą, jei funkcija yra žinoma.

taip pat žr

Šaltiniai

1. Bolgarskis A. V., Mukhačiovas G. A., Shchukin V. K., "Termodinamika ir šilumos perdavimas" Red. 2-oji, red. ir pridėkite. M .: „Vidurinė mokykla“, 1975, 495 p.
2. Kharin A.N., Kataeva N.A., Kharina L.T., red. prof. Kharina A. N. „Chemijos kursas“, M .: „Aukštoji mokykla“, 1975, 416 p.

Pastabos (redaguoti)

Wikimedia fondas. 2010 m.

Pažiūrėkite, kas yra „entalpija“ kituose žodynuose:

Entalpija- (iš graikų enthalpo I heat), termodinaminės sistemos būsenos funkcija, kurios pokytis esant pastoviam slėgiui yra lygus į sistemą tiekiamos šilumos kiekiui, todėl entalpija dažnai vadinama termine funkcija arba šilumos kiekiu. ......... Iliustruotas enciklopedinis žodynas

- (iš graikiško entalpo I įkaitinu) termodinaminės sistemos, turinčios nepriklausomus entropijos S parametrus ir slėgio p parametrus, vienareikšmė funkcija H, susieta su vidine energija U santykiu H = U + pV, kur V yra sistemos tūris. Esant pastoviam p pokytis ...... Didysis enciklopedinis žodynas

- (žymėjimas H), termodinaminės (šilumos) energijos kiekis, esantis medžiagoje. Bet kurioje sistemoje entalpija yra lygi vidinės energijos sumai ir slėgio bei tūrio sandaugai. Matuojama pagal kiekio pasikeitimą (dažniausiai padidėjimą) ... ... Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas

Šilumos turinys Rusų sinonimų žodynas. entalpijos n., sinonimų skaičius: 1 šilumos kiekis (1) ASIS sinonimų žodynas ... Sinonimų žodynas

- (iš graikų enthalpo I heat) ekosistemos, funkcinė ekosistemos būsena, kuri lemia jos šilumos kiekį. Entalpija yra plati ekosistemos savybė. Ekologinis enciklopedinis žodynas. Kišiniovas: pagrindinė Moldavijos sovietų redakcija ... ... Ekologijos žodynas

entalpija- Termodinaminės sistemos būsenos funkcija, lygi vidinės energijos sumai ir tūrio bei slėgio sandaugai. Pastaba Entalpija yra būdinga funkcija, jei entropija ir slėgis yra nepriklausomi parametrai. [Kolekcija ...... Techninis vertėjo vadovas

- (iš graik. enthalpo I heat) (šilumos kiekis, terminė Gibso funkcija), termodinaminis potencialas, apibūdinantis makroskopinės būseną. termodinaminės sistemos. pusiausvyra renkantis kaip pagrindinius nepriklausomus kintamuosius entropiją S ir ... ... Fizinė enciklopedija

- [ενυαλπω (entalpo) šildymo] būsenos H termodinaminė funkcija, lygi vidinės energijos U sumai ir tūrio bei slėgio sandaugai Vp (H + U + Vp). Procesuose, vykstančiuose esant pastoviam slėgiui, ...... Geologijos enciklopedija

entalpija- entalpija; šaka. šilumos kiekis; terminė Gibso funkcija Sistemos būsenos (Н) funkcija, lygi vidinės energijos (U) dydžiui, pridėjus tūrio ir slėgio sandaugą; H = U + pV... Politechnikos terminų aiškinamasis žodynas

entalpija- yra sistemos būsenos funkcija, kurios prieaugis lygus šilumai, kurią sistema gauna izobariniame procese. Bendroji chemija: vadovėlis / A. V. Zholnin ... Cheminiai terminai

Vykstant cheminėms reakcijoms šiluma absorbuojama arba išleidžiama į aplinką. Tokie šilumos mainai tarp cheminės reakcijos ir aplinką vadinama entalpija, arba H. Tačiau tiesiogiai entalpijos išmatuoti neįmanoma, todėl įprasta skaičiuoti aplinkos temperatūros pokytį (žymimas ∆H). ∆H rodo, kad vykstant cheminei reakcijai į aplinką išsiskiria šiluma (egzoterminė reakcija) arba šiluma absorbuojama (endoterminė reakcija). Entalpija apskaičiuojama taip: ∆H = m x s x ∆T, kur m – reagentų masė, s – reakcijos produkto šiluminė talpa, ∆T – temperatūros pokytis dėl reakcijos.

Žingsniai

Entalpijos problemų sprendimas

Nustatyti reagentus ir reakcijos produktus. Bet kuri cheminė reakcija turi reagentus ir reakcijos produktus. Reakcijos produktas yra sukurtas kaip reagentų sąveikos rezultatas. Kitaip tariant, reagentai yra recepto ingredientai, o reakcijos produktas yra gatavas patiekalas. Norint rasti reakcijos ∆H, reikia žinoti reagentus ir reakcijos produktus.

• Pavyzdžiui, reikia rasti vandens susidarymo iš vandenilio ir deguonies reakcijos entalpiją: 2H 2 (vandenilis) + O 2 (deguonis) → 2H 2 O (vanduo). Šioje reakcijoje H 2 ir O 2- reagentai ir H2O- reakcijos produktas.

1. Nustatykite bendrą reagentų masę. Toliau reikia apskaičiuoti reagentų masę. Jei negalite jų pasverti, apskaičiuokite molekulinę masę, kad surastumėte tikrąją. Molekulinė masė yra konstanta, kurią galima rasti periodinėje lentelėje arba kitose molekulių ir junginių lentelėse. Kiekvieno reagento masę padauginkite iš molių skaičiaus.

   • Mūsų pavyzdyje reagentų vandenilio ir deguonies molekulinė masė yra atitinkamai 2 g ir 32 g. Kadangi naudojame 2 molius vandenilio (koeficientas cheminėje reakcijoje prieš vandenilį H 2) ir 1 molį deguonies (koeficiento nebuvimas prieš O 2 reiškia 1 molį), bendra reagentų masė apskaičiuojama taip. :
     2 × (2 g) + 1 × (32 g) = 4 g + 32 g = 36 g

2. Nustatykite gaminio šiluminę talpą. Tada nustatykite reakcijos produkto šiluminę talpą. Kiekviena molekulė turi tam tikrą šiluminę talpą, kuri yra pastovi. Raskite šią konstantą chemijos vadovėlio lentelėse. Yra keli savitosios šilumos matavimo vienetai; savo skaičiavimuose naudosime J / g ° C.

   • Atkreipkite dėmesį, kad jei yra keli reakcijos produktai, turėsite apskaičiuoti kiekvieno šiluminę talpą ir sudėti, kad gautumėte visos reakcijos entalpiją.
   • Mūsų pavyzdyje reakcijos produktas yra vanduo, turintis šiluminę talpą 4,2 J/g °C.

3. Raskite temperatūros pokytį. Dabar rasime ∆T – temperatūrų skirtumą prieš ir po reakcijos. Iš pradinės temperatūros (T1) atimkite galutinę temperatūrą (T2). Dažniausiai chemijos uždaviniuose naudojama Kelvino (K) skalė (nors Celsijaus (° C) skalė duos tą patį rezultatą).

   • Mūsų pavyzdyje tarkime, kad pradinė reakcijos temperatūra buvo 185 K, o po reakcijos ji tapo 95 K, tai reiškia, kad ∆T apskaičiuojamas taip:
     ∆T = T2 - T1 = 95 K - 185 K = -90 tūkst

4. Raskite entalpiją pagal formulę ∆H = m x s x ∆T. Jeigu m – reaguojančių medžiagų masė, s – reakcijos produkto šiluminė talpa, o ∆T – temperatūros pokytis, tuomet galima apskaičiuoti reakcijos entalpiją. Įveskite reikšmes į formulę ∆H = m x s x ∆T ir gaukite entalpiją. Rezultatas apskaičiuojamas džauliais (J).

   • Mūsų pavyzdyje entalpija apskaičiuojama taip:
     ∆H = (36 g) × (4,2 JK - 1 g - 1) × (-90 K) = -13608 J

5. Nustatykite, ar atitinkamos reakcijos metu energija išsiskiria arba absorbuojama. Viena iš dažniausiai pasitaikančių priežasčių, kodėl praktikoje reikia skaičiuoti ∆H, yra išsiaiškinti, ar reakcija bus egzoterminė (šilumos išsiskyrimas ir savaiminės energijos sumažėjimas) ar endoterminė (šilumos absorbcija iš aplinkos ir savaiminės energijos padidėjimas). energija). Jei ∆H reikšmė teigiama, tai reakcija yra endoterminė. Jei neigiama, reakcija yra egzoterminė. Kuo didesnė absoliuti ∆H reikšmė, tuo daugiau energijos išsiskiria arba sugeria. Būkite atsargūs, jei ketinate atlikti praktinį eksperimentą: didelės entalpijos reakcijų metu gali įvykti didelis energijos išsiskyrimas, o jei tai vyksta greitai, gali įvykti sprogimas.

   • Mūsų pavyzdyje galutinis rezultatas yra -13608 J. Prieš entalpijos reikšmę yra neigiamas ženklas, o tai reiškia, kad reakcija egzoterminis... Karštos dujos (garų pavidalu) H 2 ir O 2 turi išleisti šiek tiek šilumos, kad susidarytų vandens molekulė, tai yra, H 2 O susidarymo reakcija yra egzoterminė.

   Entalpijos įvertinimas

   1. Apskaičiuokite ryšio energiją, kad įvertintumėte entalpiją. Beveik visi cheminės reakcijos sukelti vienų ryšių nutrūkimą ir kitų susiformavimą. Energija, atsirandanti dėl reakcijos, niekur neatsiranda ir nesugriūna: tai yra energija, kuri reikalinga šiems ryšiams nutraukti ar suformuoti. Todėl visos reakcijos entalpijos pokytį galima gana tiksliai įvertinti susumavus šių ryšių energijas.

      Entalpijai įvertinti naudokite formavimosi entalpiją. Susidarymo entalpija leidžia apskaičiuoti ∆H skaičiuojant reagentų ir produktų susidarymo reakcijas. Jei žinote reakcijos produktų ir reagentų susidarymo entalpiją, galite įvertinti entalpiją kaip visumą pridėdami, kaip ir anksčiau aptarto energijos atveju.

   2. Nepamirškite apie ženklus prieš entalpijos vertes. Skaičiuodami susidarymo entalpiją, apverčiate formulę, skirtą produkto reakcijos entalpijai nustatyti, ir entalpijos ženklas turėtų pasikeisti. Kitaip tariant, jei apverčiate formulę, entalpijos ženklas turėtų pasikeisti į priešingą.

      • Pavyzdyje atkreipkite dėmesį, kad gaminio C 2 H 5 OH susidarymo reakcija parašyta atvirkščiai. C 2 H 5 OH → 2C + 3H 2 + 0,5O 2 tai yra, C 2 H 5 OH suyra, nesusintetinamas. Todėl ženklas prieš entalpiją tokioje reakcijoje yra teigiamas, 228 kJ / mol, nors C 2 H 5 OH susidarymo entalpija yra -228 kJ / mol.

   Entalpijos stebėjimas eksperimento metu

   1. Paimkite švarų indą ir įpilkite į jį vandens.Įžvelgti entalpijos principus veikiant nesunku – užtenka atlikti paprastą eksperimentą. Būtina, kad eksperimento rezultatui įtakos nedarytų pašaliniai teršalai, todėl indą reikia išplauti ir sterilizuoti. Mokslininkai entalpijai matuoti naudoja specialius uždarus indus, vadinamus kalorimetrais, tačiau jums tinka stiklinė menzūra ar kolba. Užpildykite indą švariu vandeniu iš čiaupo kambario temperatūra... Patartina eksperimentą atlikti vėsioje patalpoje.

      • Eksperimentui pageidautina naudoti nedidelį indą. Mes pažvelgsime į vandens reakcijos su Alka-Seltzer entalpiją, todėl kuo mažiau vandens bus naudojama, tuo akivaizdesnis bus temperatūros pokytis.

Entalpija yra energija, būdinga konkrečiai sistemai, kuri yra termodinaminėje pusiausvyroje su pastoviais parametrais (slėgis ir entropija).

Entropija yra termodinaminės sistemos tvarkingumo charakteristika.

ENTALPIJA(iš graikų enthalpo – šildymas), termodinaminės sistemos su nepriklausomais entropijos parametrais S ir slėgio p vienareikšmė funkcija H yra susijusi su vidine energija U santykiu H = U + pV, kur V yra sistemos apimtis. Esant pastoviai p, entalpijos pokytis yra lygus į sistemą tiekiamos šilumos kiekiui, todėl entalpija dažnai vadinama šilumos funkcija arba šilumos kiekiu. Termodinaminės pusiausvyros būsenoje (esant pastoviam p ir S) sistemos entalpija yra minimali.

Entropija yra netvarkos matas, homogeniškumo matas, maišymosi matas ir simetrijos matas.

Nedaug mokslininkų suprato šią sąvoką....... Tai yra, leidžia atskirti grįžtamuosius procesus nuo negrįžtamų ....... Grįžtamuosiuose procesuose entropija yra maksimali ir pastovi ... ... o negrįžtami procesai didėja. Pateiksiu jums vieną straipsnį... Termodinamikos esmė yra skirtumas tarp dviejų tipų procesų – grįžtamojo ir negrįžtamojo. Grįžtamasis procesas – tai procesas, kuris gali vykti tiek į priekį, tiek į priešingą pusę, o sistemai grįžus į pradinę būseną, pokyčių neįvyksta. Bet koks kitas procesas vadinamas negrįžtamu. Klasikinės mechanistinių tyrimų programos dėsniai yra grįžtami. Atsiradus termodinamikai, fizika įeina į procesų negrįžtamumo sampratą, kuri rodo dinaminio reiškinių aprašymo pritaikomumo ribas.

Entropija (gr. Į ir pasuk, transformacija) – viena iš pagrindinių. klasikinės fizikos sampratos, kurias į mokslą įvedė R. Klausius. Su makroskopiniu t.Sp. E. išreiškia energijos gebėjimą transformuotis: kuo daugiau E. sistema, tuo mažiau joje esančios energijos gali virsti. E. sampratos pagalba suformuluota viena iš pagrindinių. fizikiniai dėsniai – didėjimo E. dėsnis arba antrasis termodinamikos dėsnis, nulemiantis energijos virsmų kryptį: uždaroje sistemoje E. mažėti negali. Maksimalaus E. pasiekimas apibūdina pusiausvyros būsenos atsiradimą, kai nebegalimi tolesni energijos virsmai – visa energija virto šiluma ir atėjo šiluminės pusiausvyros būsena.

Trumpa apžvalga

Nulinis įstatymas

Pirmasis įstatymas

Jis taip pat gali būti apibrėžtas kaip:: šilumos kiekis, tiekiamas į izoliuotą sistemą, išleidžiamas darbams atlikti ir vidinei energijai keisti

Antrasis įstatymas

Trečiasis įstatymas

Trumpai tariant, postuluojama, kad entropija yra „priklausoma nuo temperatūros“ ir veda prie absoliutaus nulio idėjos formulavimo.

Ketvirtasis įstatymas (laikinas)

Bet kuri nepusiausvyra sistema turi tokias savybes, vadinamas kinetinėmis, kurios lemia nepusiausvyrinių procesų eigos ypatybes antrojo termodinamikos dėsnio nurodyta kryptimi ir nuo kurių nepriklauso šiuos nepusiausvyros procesus skatinančios termodinaminės jėgos.

Termodinamikos pradžia

Nulinis termodinamikos principas

Nulinis termodinamikos principas vadinamas todėl, kad jis buvo suformuluotas po to, kai pirmasis ir antrasis principai buvo įtraukti į nusistovėjusių mokslinių koncepcijų skaičių. Teigiama, kad izoliuota termodinaminė sistema laikui bėgant spontaniškai pereina į termodinaminės pusiausvyros būseną ir išlieka joje savavališkai ilgą laiką, jei išorinės sąlygos likti nepakitę. Jis taip pat vadinamas bendruoju principu.Termodinaminė pusiausvyra reiškia, kad sistemoje yra mechaninė, šiluminė ir cheminė pusiausvyra, taip pat fazių pusiausvyra. Klasikinė termodinamika tik postuluoja termodinaminės pusiausvyros būsenos egzistavimą, bet nieko nesako apie jos pasiekimo laiką.

Literatūroje nulinė pradžia taip pat dažnai apima nuostatas dėl šiluminės pusiausvyros savybių. Šiluminė pusiausvyra gali egzistuoti tarp sistemų, atskirtų fiksuota šilumai pralaidžia pertvara, tai yra pertvara, kuri leidžia sistemoms keistis vidine energija, bet neleidžia pro ją praeiti materijai. Šiluminės pusiausvyros tranzityvumo postulatas teigia, kad jei du kūnai, atskirti tokia (diatermine) pertvara, yra šiluminėje pusiausvyroje vienas su kitu, tai bet kuris trečiasis kūnas, esantis šiluminėje pusiausvyroje su vienu iš šių kūnų, taip pat bus šiluminėje pusiausvyroje. kitas kūnas.

Kitaip tariant, jei dvi uždaros sistemos A ir B yra termiškai kontaktuojami vienas su kitu, tada, kai visa sistema pasiekia termodinaminę pusiausvyrą A+B sistemos A ir B vienas su kitu bus šiluminės pusiausvyros būsenoje. Be to, kiekviena iš sistemų A ir B pati taip pat yra termodinaminės pusiausvyros būsenoje. Tada, jei sistemos B ir C yra šiluminėje pusiausvyroje, tada sistemos A ir C taip pat yra šiluminėje pusiausvyroje vienas su kitu.

Užsienio ir verstinėje literatūroje pats šiluminės pusiausvyros tranzityvumo postulatas dažnai vadinamas nuliniu principu, o termodinaminės pusiausvyros pasiekimo padėtis – „minuso pirmumo“ principu. Tranzityvumo postulato svarba slypi tame, kad jis leidžia įvesti tam tikrą sistemos būsenos funkciją su savybėmis empirinis temperatūrą, tai yra sukurti temperatūros matavimo prietaisus. Empirinių temperatūrų, išmatuotų tokiu prietaisu, termometru, lygybė yra sistemų (ar tos pačios sistemos dalių) šiluminės pusiausvyros sąlyga.

Pirmasis termodinamikos dėsnis

Pirmasis termodinamikos dėsnis išreiškia visuotinį energijos tvermės dėsnį, taikomą termodinamikos problemoms spręsti, ir atmeta galimybę sukurti amžinąjį pirmosios rūšies variklį, tai yra įrenginį, galintį atlikti darbą be atitinkamų energijos sąnaudų.

Vidinė energija U termodinaminė sistema gali būti keičiama dviem būdais, atliekant darbus prie jos arba keičiant šilumą su aplinka. Pirmasis termodinamikos dėsnis teigia, kad sistemos gaunama šiluma padidina sistemos vidinę energiją ir atlieka šios sistemos darbą, kurį galima parašyti kaip δQ = δA + dU... čia dU- visiškas sistemos vidinės energijos skirtumas, δQ yra elementarus šilumos kiekis, perduodamas sistemai, ir δA- be galo mažas arba elementarus sistemos atliktas darbas. Kadangi darbas ir šiluma nėra būsenos funkcijos, o priklauso nuo to, kaip sistema pereina iš vienos būsenos į kitą, žymėjimas su simboliu δ tai pabrėžti δQ ir δA yra be galo maži dydžiai, kurie negali būti laikomi jokios funkcijos skirtumais.

Ženklai adresu δQ ir δA aukščiau nurodytu santykiu išreiškiamas susitarimas, kad sistemos atliktas darbas ir sistemos gaunama šiluma laikomi teigiamais, kaip priimta daugelyje šiuolaikinių termodinamikos darbų.

Jei sistema dėl jos apimties pasikeitimo atlieka tik mechaninį darbą, tai elementarus darbas rašomas kaip δA = P dV, kur dV- garsumo padidėjimas. Kvazistatiniuose procesuose šis darbas yra lygus išorinių jėgų darbui sistemoje, paimtam su priešingu ženklu: δA tarpt = –ΔA išeiti, tačiau ne kvazistatiniams procesams šis ryšys nėra įvykdytas. Bendruoju atveju elementarus darbas rašomas kaip suma δA = A 1 da 1 + A 2 da 2 + ... , kur A 1 ,A 2 , ... - parametrų funkcijos a 1 ,a 2 , ... ir temperatūros T paskambino apibendrintos jėgos .

Darbas, susijęs su medžiagos kiekio pasikeitimu sistemoje (cheminis darbas), gali būti išskirtas iš bendrosios darbo išraiškos į atskirą terminą.

Antrasis termodinamikos dėsnis

Antrasis termodinamikos dėsnis nustato procesų, galinčių vykti termodinaminėse sistemose, krypties ribas ir atmeta galimybę sukurti amžinąjį antrojo tipo variklį. Tiesą sakant, Sadi Carnot priėjo prie šio rezultato savo esė „Apie ugnies varomąją jėgą ir mašinas, galinčias išvystyti šią jėgą“. Tačiau Carnot rėmėsi kalorijų teorijos sąvokomis ir nepateikė aiškios antrojo termodinamikos dėsnio formuluotės. Tai 1850–1851 m. savarankiškai padarė Clausiusomas ir Kelvinas. Yra keletas skirtingų, bet kartu lygiaverčių šio dėsnio formuluočių.

Kelvino postulatas: „Neįmanomas žiedinis procesas, kurio vienintelis rezultatas būtų darbo gamyba aušinant šilumos rezervuarą“. Šis žiedinis procesas vadinamas Thomson-Planck procesu, ir manoma, kad toks procesas yra neįmanomas.

Clausiaus postulatas: „Šiluma negali spontaniškai pereiti iš mažiau įkaitinto kūno į labiau įkaitintą“. Procesas, kurio metu nevyksta jokių kitų pokyčių, išskyrus šilumos perdavimą iš šalto kūno į karštą, vadinamas Clausius procesu. Postulatas teigia, kad toks procesas yra neįmanomas. Šiluma gali spontaniškai pereiti tik viena kryptimi – iš labiau įkaitusio kūno į mažiau įkaitusį, ir šis procesas yra negrįžtamas.

Tomsono-Plancko proceso neįmanomumą paėmus kaip postulatą, galima įrodyti, kad Clausius procesas yra neįmanomas, o atvirkščiai, iš Clausiaus proceso neįmanomumo, išplaukia, kad Thomson-Planck procesas taip pat neįmanomas.

Antrojo termodinamikos dėsnio, postuluoto aukščiau pateiktose formuluotėse, pasekmė leidžia termodinaminėms sistemoms įvesti dar vieną termodinaminės būsenos funkciją. S, vadinamas entropija, kad jos bendras skirtumas kvazistatiniams procesams būtų parašytas kaip dS = δQ / T... Kartu su temperatūra ir vidine energija, įtraukta į nulinį ir pirmąjį principą, entropija sudaro visą rinkinį dydžių, reikalingų matematiniam termodinaminių procesų aprašymui. Tik du iš trijų paminėtų dydžių, kuriuos termodinamika įtraukia į fizikoje naudojamų kintamųjų sąrašą, yra nepriklausomi.

Trečiasis termodinamikos dėsnis

Trečiasis termodinamikos dėsnis arba Nernsto teorema teigia, kad bet kurios pusiausvyros sistemos entropija, temperatūrai artėjant prie absoliutaus nulio, nustoja priklausyti nuo bet kokių būsenos parametrų ir linksta į tam tikrą ribą. Tiesą sakant, Nernsto teoremos turinys apima dvi nuostatas. Pirmasis iš jų teigia, kad egzistuoja entropijos riba, nes ji linkusi į absoliutų nulį. Šios ribos skaitinė reikšmė dažniausiai laikoma nuliu, todėl literatūroje kartais teigiama, kad sistemos entropija linkusi į nulį, kai temperatūra linkusi į 0 K. kita – entropijai nekintant.

Nulinės temperatūros ir entropijos reikšmės esant absoliučiam nuliui yra priimtinos kaip patogios sutartys, leidžiančios pašalinti dviprasmybes kuriant termodinaminių dydžių skalę. Nulinės temperatūros vertė yra atskaitos taškas kuriant termodinaminę temperatūros skalę. Entropija, kuri išnyksta esant absoliučiai nulinei temperatūrai, vadinama absoliuti entropija... Termodinaminių dydžių žinynuose absoliučios entropijos vertės dažnai pateikiamos esant 298,15 K temperatūrai, o tai atitinka entropijos padidėjimą, kai medžiaga kaitinama nuo 0 K iki 298,15 K.

Entalpija, taip pat šilumos funkcija ir šilumos kiekis, yra termodinaminis potencialas, apibūdinantis sistemos būseną termodinaminėje pusiausvyroje, kai slėgis, entropija ir dalelių skaičius pasirenkami kaip nepriklausomi kintamieji.

Paprastais žodžiais tariant, entalpija yra ta energija, kurią galima paversti šiluma esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui.

Šio dydžio apibrėžimas yra tapatumas: H = U + PV

Entalpijos matmuo yra J / mol.

Chemijoje dažniausiai laikoma izobariniai procesai (P= const), o šiluminis efektas šiuo atveju vadinamas sistemos entalpijos pasikeitimu arba proceso entalpija :

Termodinaminėje sistemoje cheminio proceso išsiskyrusi šiluma buvo laikoma neigiama (egzoterminis procesas, Δ H < 0), а поглощение системой теплоты соответствует эндотермическому процессу, ΔH > 0.

Entropija

bet spontaniškai

Entropijos pokyčio priklausomybę nuo temperatūros išreiškia Kirchhoffo dėsnis:

Izoliuotai sistemai entropijos pokytis yra spontaniško proceso galimybės kriterijus. Jei, tada procesas yra įmanomas; jei, tada į priekį procesas neįmanomas; jei, tai sistema yra pusiausvyroje.

Termodinaminiai potencialai. Laisva Gibbso ir Helmholtzo energija.

Norėdami apibūdinti procesus, vykstančius uždarose sistemose, pristatome naujas termodinamines būsenos funkcijas: izobarinį-izoterminį potencialą (Gibbso laisva energija) ir izochorinį-izoterminį potencialą (Helmholtzo laisvoji energija F).

Uždarai sistemai, kurioje pusiausvyros procesas vyksta esant pastoviai temperatūrai ir tūriui, išreikškime šio proceso darbą. Kurį žymime A max (nes pusiausvyroje atliekamo proceso darbas yra maksimalus):

A max = T∆S-∆U

Įveskime funkciją F = U-TS-izochorinis-izoterminis potencialas, kuri nustato proceso spontaniškos eigos kryptį ir ribą uždaroje sistemoje izochorinėmis-izoterminėmis sąlygomis ir gausime:

Helmholco energijos pokytį lemia tik pradinė ir galutinė sistemos būsena ir nepriklauso nuo proceso pobūdžio, nes jį lemia dvi būsenos funkcijos: U ir S. Prisiminkime, kad gauto darbo kiekis arba išleista gali priklausyti nuo proceso vykdymo būdo pereinant sistemai iš pradinės būsenos į galutinę.bet nekeičiant funkcijos.

Uždara sistema izobarinėmis-izoterminėmis sąlygomis pasižymi izobariniu-izoterminiu potencialu G:

Gibso diferencinė energija sistemai su pastoviu dalelių skaičiumi, išreikšta savaisiais kintamaisiais – slėgiu p ir temperatūra T:

Sistemai su kintamu dalelių skaičiumi šis skirtumas užrašomas taip:

Čia yra cheminis potencialas, kurį galima apibrėžti kaip energiją, kurią reikia sunaudoti, norint į sistemą įtraukti dar vieną dalelę.

Lygties ∆G = ∆H-T∆S analizė leidžia nustatyti, kuris iš veiksnių, sudarančių Gibso energiją, yra atsakingas už cheminės reakcijos kryptį, entalpiją (∆H) ar entropiją (∆S · T).

Jei ΔH< 0 и ΔS >0, tada visada ΔG< 0 и реакция возможна при любой температуре.

Jei ΔH> 0 ir ΔS< 0, то всегда ΔG >0, o reakcija su šilumos absorbcija ir entropijos sumažėjimu neįmanoma jokiomis sąlygomis.

Kitais atvejais (ΔH< 0, ΔS < 0 и ΔH >0, ΔS> 0), ΔG ženklas priklauso nuo santykio tarp ΔH ir TΔS. Reakcija galima, jei ją lydi izobarinio potencialo sumažėjimas; kambario temperatūroje, kai T reikšmė yra maža, TΔS reikšmė taip pat yra maža, o paprastai entalpijos pokytis yra didesnis nei TΔS. Todėl dauguma reakcijų kambario temperatūroje yra egzoterminės. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis TΔS ir net endoterminės reakcijos tampa realizuojamos.

Standartinė Gibso susidarymo energija ΔG ° suprantama kaip Gibso energijos pokytis susidarant 1 mol standartinės būsenos medžiagos. Šiame apibrėžime daroma prielaida, kad paprastos medžiagos, stabilios standartinėmis sąlygomis, susidarymo standartinė Gibso energija yra lygi nuliui.

Gibso energijos pokytis nepriklauso nuo proceso kelio, todėl galima gauti skirtingas nežinomas Gibso formavimosi energijų reikšmes iš lygčių, kuriose, viena vertus, energijų sumos reakcijos produktų, o ant kitos – pradinių medžiagų energijų sumos.

Naudojant standartinės Gibbso energijos reikšmes, pagrindinės proceso galimybės nestandartinėmis sąlygomis kriterijus yra sąlyga ΔG °< 0, а критерием принципиальной невозможности - условие ΔG° >0. Tuo pačiu metu, jei standartinė Gibso energija yra lygi nuliui, tai nereiškia, kad realiomis sąlygomis (išskyrus standartines) sistema bus pusiausvyroje.

Spontaniško procesų srauto uždarose sistemose sąlygos: