Термодинамические системы

Основные понятия химической термодинамики

Термодинамика

Термодинамика – наука о превращениях одних видов энергии и работы в другие.

Химическая термодинамика изучает превращения энергии и работы при химических процессах. Знание закономерностей химической термодинамики позволяет:

- предсказать, возможно ли в принципе химическое взаимодействие между данными веществами при определенных условиях;

- рассчитать количество энергии, которое выделится при проведении реакции или необходимо затратить для ее осуществления;

- предсказать, до какой степени будет протекать химическая реакция прежде, чем установиться химическое равновесие при данных условиях;

- выбрать оптимальные условия проведения процесса, обеспечивающие получение максимального выхода нужного продукта.

Термодинамической системой называется совокупность веществ, находящихся во взаимодействии и мысленно или физически выделенных из окружающей среды.

В зависимости от характера взаимодействия системы с окружающей средой различают открытые, закрытые и изолированные системы.

- открытые (незамкнутые) системы могут обмениваться с внешней средой энергией и массой. Например, в результате реакции взаимодействия соды с раствором хлороводородной кислоты улетучивается диоксид углерода и пары воды, то есть масса системы уменьшается, часть выделяющегося тепла идет на обогрев внешней среды: Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂↑ + H₂O

- закрытые (замкнутые) системы могутобмениваться с внешней средой только энергией. Например, рассмотренная выше система сода- кислота будет закрытой, если пробирку закрыть пробкой. В этом случае происходит только теплообмен с внешней средой через стенки пробирки;

- изолированные системы не обмениваются с окружающей средой ни массой ни энергией. На практике абсолютно изолированных систем не существует. Приближенно изолированной системой будет та же сода- кислота в закрытой пробкой пробирке, помещенная в термос.

Фазой называется часть системы, отделенная от других ее частей хотя бы одной поверхностью раздела. При переходе через поверхность раздела свойства системы меняются скачкообразно (плотность, вязкость, электропроводность, t_кип., t_плав.). Например, трехфазная система, приведенная на рис.1., включает три фазы и две поверхности раздела.

Рис.1.Пример трехфазной системы: a – поверхности раздела фаз;

b – фазы системы.

По агрегатному состоянию фазы разделяются на твердые (т), жидкие (ж) и газообразные (г). Твердые вещества образуют самостоятельные фазы. Жидкости могут смешиваться (серная кислота и вода или бензин и керосин), могут не смешиваться (вода и бензин). Любая смесь газов всегда однофазна.

Гомогенная система состоит из веществ, находящихся в одной фазе, в ней отсутствует поверхность раздела. Гомогенной системой является воздух-смесь азота, кислорода, водорода и других газов. К гомогенным системам относятся раствор серной кислоты, жидкая вода, лед, система 3H_2(г)+ N_2(г) = 2NH_{3 (г)}, состоящая только из газообразных веществ.

Гетерогенная система состоит из веществ, находящихся в разных фазах, разделенных поверхностью раздела. Гетерогенной системой является лед в воде, насыщенный раствор соли в воде, молоко, дым, туман. Система вода – лед - водяной пар – гетерогенная, трехфазная, состоит из жидкой, твердой и газообразной фаз. Система С_{(графит)}+ СО_{2 (г)} = 2СО _(г) – гетерогенная, двухфазная, состоит из одной твердой и одной газообразной фаз.

Система MgO_(к) + CO_2(г) = MgCO_3(к) – гетерогенная, трехфазная, состоит из двух твердых (к - кристаллы) и одной газообразной фаз.

Дата добавления: 2014-10-23