Внутренняя энергия. Термодинамика химических процессов

Термодинамика химических процессов

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Все химические реакции сопровождаются определёнными энергетическими эффектами: выделением или поглощением теплоты, света и других видов энергии. Энергетические эффекты позволяют количественно охарактеризовать химическую реакционную способность того или иного вещества, его термическую устойчивость, кислотно –основные свойства и окислительно –восстановительные свойства.

Изучением энергетических эффектов химических реакций или систем занимается химическая термодинамика.

Под системой понимают произвольно выбранную часть пространства, содержащую одно или несколько веществ, реально или мысленно отделенных от окружающей среды.

Часть системы, обладающая во всех своих точках одинаковыми физическими и химическими свойствами и отделенная от других частей системы поверхностью раздела, называется фазой.

По количеству фаз системы делятся на гомогенные и гетерогенные.

Гомогенной называется однофазная система, в которой все вещества находятся в одинаковом агрегатном состоянии.

Гетерогенной является многофазная система, в ней содержатся вещества в различных агрегатных состояниях.

Например: 4Fe_(к) + 2H₂O_(ж) + 3O_2(г) = 4FeO(OH)_(к), где

_{(к), (ж), (г)} – обозначения агрегатных состояний веществ

Термодинамические свойства системы можно выразить с помощью нескольких функций состояния системы, называемых термодинамическими функциями:

· внутренняя энергия, U;

· энтальпия, Н;

· энтропия, S;

· энергия Гиббса, G

Значит, состояние и свойства системы характеризуются термодинамическими параметрами (давление, температура, концентрация и др.) и термодинамическими функциями (U,H,S,G).

Каждая система при постоянных физических условиях (температура, давление) обладает определенным запасом энергии, называемым внутренней энергией системы /U/. Эта энергия включает в себя энергию движения и местоположения молекул, атомов, ядер и электронов, а также энергию, обусловленную силами притяжения и отталкивания между ними. Однако внутренняя энергия не включает кинетическую энергию движения системы в целом и потенциальную энергию положения системы в пространстве.

Абсолютное значение внутренней энергии определить невозможно. Для химии, однако, важно не абсолютное значение, а изменение внутренней энергии ΔU = U₂ – U₁, где

U₂ – внутренняя энергия конечного состояния

U₁ – внутренняя энергия начального состояния.

Единицей измерения внутренней энергии является джоуль /Дж/.

Система может обмениваться с внешней средой энергией в форме теплоты /Q/ и работы /А/.

Теплота является мерой энергии переданной от одного тела другому, за счет разницы температуры этих тел. В химической термодинамике считают положительной теплоту, подводимую к системе. Работа является мерой энергии, переданной от одного тела к другому, за счет перемещения масс под действием каких-либо сил. Положительной считается работа, совершаемая против внешних сил.

Взаимосвязь изменения внутренней энергии /ΔU/, теплоты /Q/, и работы /А/ выражается первым законом термодинамики: «Изменение внутренней энергии системы в любом процессе равно количеству сообщенной системе теплоты за вычетом количества совершенной системой работы».

ΔU= Q – A

Так как теплоту и работу можно измерить, то можно рассчитать величину изменения внутренней энергии.

Дата добавления: 2014-10-15