chemia wykład 2 Termodynamika

chemia wykład 2

Termodynamika zajmuje się badaniem efektów energetycznych towarzyszących procesom

fizykochemicznym i chemicznym. Termodynamika umożliwia:

1. Sporządzanie bilansów energetycznych dla reakcji chemicznych i przemian fizykochemicznych

2. Badanie równowag fazowych i chemicznych 3. Teoretyczne i doświadczalnej określanie

warunków w jakich dany proces może zachodzić 4. Określanie warunków trwałości substancji

Fizyka Termodynamika Chemia

reakcje chemiczne

chemia wykład 2

ENERGIA JEST ZDOLNOŚCIĄ WYKONANIA PRACY

h T

>T

gaz

chemia wykład 2

ENERGIA NIE MOŻE BYĆ TWORZONA ANI NIE MOŻE ULEC ZNISZCZENIU

PRAWO ZACHOWANIA ENERGII

Prawo zachowania energii ma fundamentalne znaczenie dla chemii gdyż większość reakcji chemicznych towarzyszy

wydzielanie lub obieranie energii, przemiana jednej formy energii w inną, a nie jej zanik lub powstawanie.

Procesy dzielimy na egzotermiczne i endotermiczne.

chemia wykład 2



Układ- część przyrody, której zachowanie badamy



Otoczenie-część przyrody, w której dokonujemy obserwacji

układ

otoczeni e

chemia wykład 2



Układ otwarty - układ wymieniający z otoczeniem materię

i energię



Układ zamknięty - układ nie wymieniający z otoczeniem materii



Układ izolowany - układ nie wymieniający z

otoczeniem materii i energii

chemia wykład 2

Układ izolowany termiczne od otoczenia nazywamy układem adiabatycznym

Najczęściej rozpatruje się układy zamknięte

i izolowane

chemia wykład 2



Energię układu zamkniętego można zmienić jedynie na dwa sposoby, na

sposób pracy

i ciepła.



Praca ….



Ciepło….

chemia wykład 2

PRACA CIEPŁO

układ układ

energia jako praca energia jako ciepło

Która z form energii została chronologicznie opanowana wcześniej?

chemia wykład 2



Energię układu zamkniętego można zmienić jedynie na dwa sposoby, na

sposób pracy

i ciepła.



Praca przedstawia przeniesienie energii powodujące jednolity ruch w otoczeniu bądź będące skutkiem takiego ruchu.



Ciepło przedstawia przeniesienie

energii powodujące chaotyczny ruch w

otoczeniu bądź będące skutkiem

takiego ruchu.

chemia wykład 2



Praca rozprężania inaczej praca

objętościowa, czyli praca wykonana gdy układ rozpręża się przeciwko

działającemu nań ciśnieniu.

h

DV=Ah

chemia wykład 2

 praca w przeciwko stałemu ciśnieniu zewnętrznemu

 praca maksymalna

1. układ wykonuje maksymalna pracę objętościową, gdy ciśnienie zewnętrzne jest równe ciśnieniu panującemu w układzie

2. układ wykonuje maksymalna pracę objętościową, gdy znajduje się w stanie mechanicznej równowagi ze swym otoczeniem (nieskończenie mała zmiana ciśnienia może spowodować odwrócenie kierunku procesu)

3. układ wykonuje maksymalna pracę objętościową, gdy zmienia się w sposób odwracalny (proces, którego

kierunek można odwrócić, zmieniając jakąś wielkość)



chemia wykład 2



chemia wykład 2

 Wielkością umożliwiającą śledzenie zmian energii układu jest energia wewnętrzna

 Praca wykonana przez układ (-)

 Praca wykonana na układzie (+)

 Ciepło oddane przez układ (-)

 Ciepło przekazana do układu (+)

DU DU=q+w

 praca przeciwko stałemu ciśnieniu zewnętrznemu

 praca maksymalna



chemia wykład 2



DU-funkcja stanu



I-sza zasada termodynamiki

Zmiana energii wewnętrznej układu zamkniętego jest równa energii, która przepływa przez jego granice na sposób ciepła lub pracy

DU=q+w

V=const

DU=q

chemia wykład 2



Pojemność cieplna



Cv, Cp

Cp,m-Cv,m=R

Substancja Właściwa pojemność

cieplna [J/K g]

Molowa pojemność

cieplna J/K mol

Benzen 1,05 136,1

Powietrze 1,01 29

Etanol 2,42 111,5

Woda ciecz 4,18 75,29

chemia wykład 2



ENTALPIA p=const

DH=q

Reakcja egzotermiczna DH<0 Reakcja endotermiczna DH>0

DH=DU+pDV

chemia wykład 2



PRAWO HESSA

STANDARDOWA ENTALPIA REAKCJI JEST RÓWNA SUMIE STANDARDOWYCH ENTALPII REAKCJI, NA JAKIE MOŻNA ROZŁOŻYĆ DANĄ REAKCJĘ.

NaOH/H2O

H2SO4

Stosowalność prawa Hessa Ćw. lab

chemia wykład 2



PRAWO KIRCHOFFA

∆ � _{� �} =∆ � _{� �} + ∫

� �

� �

∆ �� ��

chemia wykład 2

STANDARDOWA ENTALPIA REAKCJI JEST RÓWNA RRÓZNICY STANDARDOWYCH ENTALPII TWORZENIA PRODUKTÓW I SUBSTRATÓW, W KTÓREJ KAŻDY CZYNNIK JEST POMNOŻONY PRZEZ WSPÓŁCZYNNIK STECHIOMETRYCZNY ODPOWIEDNIEGO REAGENTA

Standardowa entalpia tworzenia substancji przedstawia standardową entalpię reakcji, w której 1 mol substancji tworzy się z pierwiastków w ich stanie podstawowym.

Standardowe entalpie tworzenia pierwiastków w ich stanach podstawowych są z definicji równe zeru.



chemia wykład 2

Pierwiastek Stan podstawowy

Azot Gaz

Jod Stały

Rtęć Ciecz

Węgiel Grafit

Siarka Siarka rombowa

Związek

Dwutlenek siarki -296,83

Kwas siarkowy -813,99

Benzen (c) +49

Glukoza -1268

Metanol -238,86

Sacharoza -2222

Związek

Dwutlenek siarki -296,83

Kwas siarkowy -813,99

Benzen (c) +49

Glukoza -1268

Metanol -238,86

Sacharoza -2222

chemia wykład 2

Procesy samorzutne – wykazują naturalna

tendencję do zachodzenia

Procesy niesamorzutne – nie wykazują naturalnej tendencji do

zachodzenia, a by

wymusić proces niesamorzutny trzeba wykonać nad

układem pracę

chemia wykład 2

Siłą napędową procesów

samorzutnych jest tendencja energii i materii do zwiększania stanu

nieuporządkowania

niesamorzutnie samorzutnie

chemia wykład 2



Stosowaną w termodynamice miarą nieuporządkowania materii i energii jest

ENTROPIA oznaczana symbolem S



II-ga zasada termodynamiki

Entropia wszechświata ma tendencję

do zwiększania się

chemia wykład 2

Organizm człowieka pozostającego w spoczynku wytwarza około 100 W ciepła. Określ zmianę entropii otoczenia o temp.

20st C wywołaną w ciągu doby przez spoczywającego człowieka.

ciepło dostarczone otoczeniu w ciągu doby wynosi:

q = 86 400 s x 100 J/s = 8,64 x10 ⁶ [J]

zmiana entropii otoczenia wynosi więc

DS (ot) = 8,64 x10 ⁶ [J] / 293 K = +2,95x10 ⁴ [J/K]