1.pdf

1) Podstawowepojęcia:układ,parametryifunkcjestanu,liczbapostępureakcji.

Układobiektbadań;przestrzeńwktórejznajdujesięrozważanyprzeznasproceswraz

zeznajdującymisiętamsubstancjami.Podziałukładów:

a) Otwartewymieniajązotoczeniemmasęienergię

b) Zamknięteniewymieniająmasy,wymieniająenergię

c) Nieizolowane(zamknięte)

d) Izolowaneniewymieniająmasyanienergii

e) Izolowaneadiabatycznieniewymieniającyzotoczeniemmasyanienergiinasposób

ciepła

Otoczeniewszystkocoznajdujesiępozaukładem

Funkcjastanutowtermodynamicefunkcjazależnawyłącznieodstanuukładu,czyliod

aktualnychwartościjegoparametrów,takichjakmasa,licznośćmaterii,temperatura,

ciśnienie,objętośćiinne.Wartośćfunkcjistanuzdefinicjiniezależyodjegohistorii,tzn.

tegocodziałosięznimwcześniej.Zmianawartościfunkcjistanuzależytylkoodstanu

początkowegoikońcowegoukładu,anieodsposobuwjakitazmianazostała

zrealizowana.

Wpraktycestosujesięzwyklenastępującefunkcjestanu:

objętośćwłaściwa,(v),

energiawewnętrzna(U),

entropia(S),

energiaswobodnaF=UTS,

entalpiaH=U+pV,

entalpiaswobodnaG=UTS+pV,

egzergia,(b),

wielkipotencjałkanoniczny=F−N

potencjałchemiczny

stężeniemolowedlareakcjichemicznych

aktywnośćmolowa.

Parametrystanuzmienneokreślającestanukładunp.objętość,ciśnienie,temperaturai

skład.

Parametryekstensywneparametry,którychwielkośćzależyodmasysubstancji

zawartejwukładzie(np.objętośćukładu(v),m,n,C i ,C p ,C v ,H,U)

Parametryintensywneparametry,którychwielkośćniezależyodilościmasyw

układzie(np.temperatura(T),p,x,m(molarność?!)).

Sposoby wymiany energii pomi ę dzy układem i otoczeniem.

a) wymianaenergiinasposóbpracy

objętościowej–W=p * ∆V–(ciśnienierazyzmianaobjętości),

elektrycznej–W=q * ∆V–(ładunekrazyróżnicapotencjału),

mechaniczna–W=F * ∆s–(siłarazyprzesunięcie)...

b) wymianaenergiinasposóbciepła;

c) wymianaenergiinasposóbprzepływumasy;

d) wymianaenergiina

sposób

promieniowania.

UKŁAD

Liczbapostępureakcjichemicznejparametrcharakteryzującyzaawansowaniereakcji

chemicznej.

Liczbapostępureakcjichemicznejjestrównastosunkowipowstałej(lubzużytej)wreakcji

liczbymolidanegoreagentadojegowspółczynnikastechiometrycznegowrównaniutej

reakcji.

Wartośćliczbypostępureakcjichemicznejjestwdanejchwilidlawszystkichreagentów

jednakowa.

2) Energiawewnętrznaipierwszazasadatermodynamiki.Entalpiaipierwsza

zasadatermodynamikiwyrażonazapomocąentalpii.

☺

U(p, T) - energia wewn ę trzna.

łączny zasób energii zgromadzonej w układzie nazywamy energią wewnętrzną układu. Jest ona funkcją pewnych

parametrów – zmiennych układu, czyli wielkości fizycznych jednoznacznie określających aktualny stan układu.

Takie parametry Np. w przypadku jednoskładnikowego układu gazowego parametrami stanu będą trzy,

dowolnie wybrane spośród czterech następujących: p, V, T, n (ciśnienie, objętość, temperatura i liczba moli).

Chemiafizycznadlaprzyrodników:

Energiąwewnętrznąukładu(U)nazywamysumęwszystkichrodzajówenergiidanego

układu(energiikinetycznejcząsteczek(translacji),energiioscylacjiirotacjicząsteczek,energii

elektronów,wiązańchemicznych,oddziaływańmiędzycząsteczkowych,anawetenergię

możliwychprzemianjądrowych).

IZASADATERMODYNAMIKI

Dlaukładówizolowanych:

Wewszystkichprocesachzachodzącychwukładzieizolowanymenergiawewnętrzna

Upozostajeniezmieniona.(U=const).

Poludzku:energianiepowstajezniczegoinieznikabezśladu ☺

Dlaukładówotwartych:

Zmianaenergiiwewnętrznejukładuotwartego możenastąpićalbonasposóbciepła

Q,albonasposóbpracyW.

Qciepłodoprowadzonedoukładu

Wpracawykonanaprzezukład.

Energiawewnętrzna,którejzmianęokreślapierwszazadadatermodynamikipodpostacią

równania(patrzwyżej),mabardzoważnąwłaściwość,którejpozbawionesązarównociepło

jakiipraca.Jestonamianowiciefunkcjąstanutzn.funkcją,którejwielkośćokreślasię

jednoznacznieprzezwielkościparametrówstanu,aktórejzmianysąwprostrówne(zabawne

określenie:D)różnicyjejwartościwstanachkońcowymipoczątkowymukładu:

Ozmianachfunkcjimającychtęwłaściwośćmówimy,żeniezależąoneodsposobu

prowadzeniaprzemiany,czylioddrogi,poktórejukładprzeszedłzestanu1do2.Aniciepło

anipraca,którewswejistociesątylkosposobamiprzekazywaniaenergii,tejwłaściwościnie

Wikipedia:

mają.Matematycznąkonsekwencjątejwłaściwościjestfakt,żeenergiawewnętrznanatzw.

RóżniczkęzupełnądU,którejniemająaniciepłoanipraca.Niemożemywięcprzyrostu

energiiwewnętrznejwprzemianieelementarnejdU(tznwprzemianienieskończeniemałej)

napisaćwpostacisumyróżniczekciepładQipracydW;dozapisutakiejelementarnej

zmianyużywasięzwyklesymboliQ el i|W el .:

Azatemdoobliczeniailościciepładostarczonegodoukładulubpracywkonanejprzezukład

musimyznaćzawszewarunki,wjakichodbywałsiętenproces(np.czyodbywałsięprzy

stałymciśnieniuwstałejobjętości).Zpowyższegowynika,żewobliczeniach

termodynamicznychistotnąsprawąbędziekoniecznośćuwzględnieniasposobu

przeprowadzeniadanegoprocesulubreakcjichemicznej.

Wikipedia:

EntalpiaH(zawartośćciepła)—wtermodynamiceichemiiwielkośćfizycznabędąca

funkcjąstanumającawymiarenergii,będącateżpotencjałemtermodynamicznym,oznaczana

przezH,'h',Ilubχ,którądefiniujezależnośćwidocznaponiżej

gdzie:

H—entalpiaukładu

U—energiawewnętrznaukładu

p—ciśnienie

V—objętość.

Zpowyższegowzoruwynikasensfizycznyentalpii.Entalpiajestrównasumieenergii

wewnętrznej,czylienergiijakajestpotrzebnadoutworzeniaukładugdyjestontworzonyw

otoczeniupróżnioraziloczynupV,któryjestrównypracyjakąnależywykonaćnad

otoczeniembywdanychwarunkachuzyskaćmiejscenaukład.[1]

Wszystkiewielkościdefiniująceentalpięsąfunkcjamistanu,dlategoentalpiateżjestfunkcją

stanu.

Nieskończeniemałązmianęentalpiiokreślawzór:

Dlaprocesów,zachodzącychdlaciałstałychicieczypodniezbytdużymciśnieniemskładniki

pdViVdpsąmałewporównaniudodUimogąbyćpominięte,wówczaszmianaentalpiijest

równazmianieenergiiwewnętrznej

ZdefinicjientalpiiiIzasadytermodynamiki:

Znotatek:

Izasadatermodynamikiwyrażonazapomocąentalpii:

Ważnedlagazudoskonałego:

3) PojemnościcieplneC p iC v izależnościmiędzynimi.

Pojemnośćcieplnagazów(wikipedia)

Wprzypadkuukładówzawierającychfazynieskondensowane(gazyipary)często

koniecznejestjeszczerozróżnieniewarunkówwktórychmierzonajest(molowa)

pojemnośćcieplna:

dlaprzemianyizochorycznej(przystałejobjętościukładu,V=const):

dlaprzemianyizobarycznej(przystałymciśnieniuwukładzie,p=const):

Ciepłoabsorbowaneprzezgazpowodujewzrostenergiikinetycznejcząsteczektego

gazu.Zgodniezzasadąekwipartycjienergiienergiakinetycznacząsteczkirozkładasię

równonawszystkiestopnieswobody.Wzwiązkuztympojemnośćcieplnabędzie

zależałaodliczbystopniswobodycząsteczkigazui.Dlapojemnościcieplnejprzystałej

objętościmożnażna:

gdzieRjeststałągazową.

Dlajednoatomowegogazudoskonałego,gdzieenergiawewnętrznaskładasięjedyniez

energiikinetycznejruchupostępowegocząsteczek:

Dlacząsteczekwieloatomowych,wzależnościodichbudowypojemnośćcieplnarośnie,

gdyżopróczruchupostępowegocząsteczekmamydoczynieniazobrotem.Dlagazu

dwuatomowego,możliwyjestwzrostenergiicząsteczekpoprzezobrótwokół2

prostopadłychdosiebieosi,skąd:

Cząsteczkigazuwieloatomowegomożeabsorbowanąenergięwykorzystaćdoobrotów

wokół3różnychprostopadłychosi:

Pojemnośćmolowaprzystałejobjętościipojemnośćmolowaprzystałyciśnieniusą

powiązanazesobąnastępującązależnością:

Pojemnośćprzystałymciśnieniujestwiększa,ponieważgdyciepłojestdostarczanea

ciśnieniejeststałe,wówczasgazwykonujepracę,nacozużywaczęśćenergii

dostarczonejwpostaciciepła.

Zpowyższejzależnościwynikawzórnapojemnośćcieplnąprzystałymciśnieniu:

Itaknaprzykładdlagazujednoatomowego:

Wprzypadkuzłożonychcząsteczek,opróczstopniswobodyzwiązanychzruchami

translacyjnymiizrotacjąmogąwystąpićrównieżoscylacyjnestopniestopnieswobody,

związanezewzględnymidrganiamielementówcząsteczki.Wówczasliczbastopni

swobodymożerosnąccałyczaswrazzewzrostemliczbyatomówwczasteczce.

Chemiafizycznadlaprzyrodników:

CiepłemmolowymprzystałejobjętościC V nazywamyilośćciepła,którawdanej

temperaturzeTjestpotrzebnadoogrzania1molasubstancji(wstałejobjętości)o1deg.

CiepłemmolowympodstałymciśnieniemC p nazywamyilośćciepła,którawdanej

temperaturzeTjestpotrzebnadoogrzania1molasubstancji(wstałejobjętości)o1deg.

ZwiązekmiędzyC p iC v (znotatek):

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: