Термодинамическая система. Предмет физической химии

Часть I. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Предмет физической химии

При рассмотрении различных процессов химиков интересуют четыре основных вопроса:

● может ли осуществиться рассматриваемый процесс в заданных условиях и если да, то насколько полно он протекает;

● с какими энергетическими изменениями связано протекание процесса;

● как скоро реакционно-способная система приблизится к равновесному состоянию;

●с помощью какого механизма осуществляется изучаемый процесс.

Физическая химия позволяет ответить на эти вопросы.

Наиболее простой подход к описанию свойств систем, образованнных большими коллективами частиц, при их переходе из одного равновесного состояния в другое дает термодинамика. Термодинамика – это учение о связи и взаимопревращениях различных видов энергии, теплоты и работы.

Предметом изучения химической термодинамики является применение законов термодинамики к химическим явлениям и фазовым превращениям безотносительно к механизму процесса и скорости его осуществления. Т.е. с помощью химической термодинамики мы сможем найти ответ на два первых вопроса.

Химическая термодинамика включает учение о равновесных состояниях и критериях направленности процессов в различных термодинамических условиях, термодинамическое описание свойств растворов и фазовых переводов, термодинамическое описание электрохимических явлений.

1. Терминология, основные понятия и определения

Термодинамической системой называют часть физического пространства, которая обособлена от окружающей среды реальной или воображаемой границей и образована совокупностью тел, находящихся в энергетическом и/или материальном взаимодействии.

Термодинамические системы могут быть классифицированы по ряду признаков и, в частности, по:

− наличию или отсутствию в ней подсистем (фаз), разделенных внутренними поверхностями раздела.

Если термодинамическая система, будучи обособленной от окружающей среды, не содержит никаких внутренних поверхностей раздела, она называется гомогенной. Примером гомогенной системы может быть газ или смесь газов в закрытом сосуде. Если же система включает несколько различных по своим свойствам частей или подсистем, то каждая из них будет отделена от другой поверхностью раздела. Термодинамические системы такого типа называются гетерогенными, а составляющие их части называются фазами. Примером гетерогенной системы может быть система, включающая кристаллы хлорида натрия, насыщенный раствор этой соли в воде и водяной пар, находящийся над раствором соли. Каждая фаза является гомогенной частью гетерогенной системы. Она характеризуется одинаковыми физическими и химическими свойствами в любой области пространства, принадлежащей данной фазе.

− числу образующих систему химических индивидуальностей (компонентов).

По числу образующих систему химических индивидуальностей (компонентов) системы подразделяются на однокомпонентные, двухкомпонентные (бинарные), трехкомпонентные (тройные) и многокомпонентные. Смесь азота и кислорода является примером бинарной системы, воздух – многокомпонентной. Трехфазная композиция «пар -насыщенный раствор соли - кристаллы соли» является бинарной системой.

− характеру взаимодействия с окружающей средой в отношении обмена энергией и массой.

По характеру взаимодействия с окружающей средой различаютизолированные, закрытые и открытые системы. В случае изолированных систем исключен обмен с окружающей средой массой и энергией. В закрытых системах возможен обмен энергией, но исключен обмен массой. В открытых системах нет ограничений по массо- и энерго-обмену с окружающей средой. Примером системы, приближающейся к изолированной, является плотно закрытый сосуд Дьюара (термос), заполненный смесью воды со льдом. К закрытой системе можно отнести тот же сосуд, но без вакуумной изолирующей оболочки. Наконец, открытая система соответствует сосуду без пробки и без теплоизолирующей оболочки.

− возможности изменения химического состава или относительных количеств совместно существующих (сосуществующих) подсистем.

По возможности изменения химического состава или относительных количеств совместно существующих (сосуществующих) фаз термодинамические системы подразделяются на системы постоянного и переменного составов. Примером систем постоянного состава, в которых отсутствуют изменения химического состава и фазовые превращения, может быть однокомпонентная однофазная система, образованная, скажем, одним молем газообразного гелия.

Дата добавления: 2014-01-20