Îmbunătăţire 

Relația dintre entalpie și entropie. Energie internă, entalpie, entropie, potențial Gibbs

PRELEGERE Nr. 8.

Modele de progresie reacții chimice

Introducere în termodinamică. Conceptul de entropie, entalpie, energie Gibbs. Posibilitatea apariției reacțiilor chimice. Factorii de entalpie și entropie ai proceselor.

Termodinamica chimica

Întrebarea dacă aceasta sau acea reacție spontană este posibilă în principiu în anumite condiții este luată în considerare de termodinamica chimica. De exemplu, explozia de praf de pușcă (salpetru, sulf și cărbune) nu este posibilă singură. În condiții normale, reacția nu are loc. Pentru a începe, ai nevoie de t°, sau de o lovitură.

Termodinamica chimică are în vedere trecerea unui sistem de la o stare la alta, ignorând complet mecanismul de tranziție. Se ia în considerare modul în care are loc tranziția substanțelor inițiale în produși de reacție și modul în care viteza depinde de condițiile de reacție cinetica chimică. Dacă o reacție este interzisă termodinamic, atunci este inutil să luăm în considerare viteza ei; această reacție nu are loc spontan.

Dacă reacția este posibilă termodinamic, atunci viteza poate fi modificată, de exemplu, prin introducerea unui catalizator. Teoriile, legile, caracteristicile numerice sunt necesare pentru a controla reacțiile: încetinirea proceselor de coroziune a metalelor sau crearea unei compoziții combustibil pentru racheta etc.

Termodinamica - știința transformării unui tip de energie și muncă în altul. Există 3 principii ale termodinamicii.

Chimica se numește termodinamică având în vedere transformarea energiei şi a muncii în reacţii chimice. Pentru a face acest lucru trebuie să știți functie de stat.

Funcția de stat se numește o astfel de caracteristică variabilă a unui sistem care nu depinde de preistoria sistemului și schimbarea în care în timpul trecerii sistemului de la o stare la alta nu depinde de modul în care s-a făcut această schimbare.

(Sisif, munte,

ΔE al unei pietre de pe un munte este o funcție de stare)

ΔE – energie potenţială

ΔE = mg(h 2 -h 1)

Pentru a utiliza funcțiile de stare, trebuie să definiți stările în sine.

Opțiuni de stare

P-presiune

V – volum

porţiunea de spaţiu ocupată de sistem.

ν – numărul de moli

;
;

T – temperatura

Pentru un gaz ideal,

T = 273,16 K pentru punctul triplu al apei.

Т˚ - t˚ standard

Т˚ = 25˚С = 298,16 K

Р˚ - standard Р

Р˚ = 1 atm = 760 mm Hg. = 101,3 kPa

Funcții de stare

U – energie internă

H – entalpie

S – entropie

G – energia Gibbs

A și Q, adică munca și căldura sunt două funcții de care se ocupă termodinamica, dar care nu sunt funcții de stare.

Orice sistem a cărui trecere de la o stare la alta este considerată de termodinamică poate avea:

eu volum constant(adică, de exemplu, o fiolă sigilată), V – const.

Procesele care au loc la volum constant sunt numite izocoric, (izocoric).

II presiune constantă. izobaric procese (izobarice), P – const.

III constantt˚. izotermă procese, T – const.

Sunt numite procese care au loc într-un sistem în condițiile în care nu există schimb de căldură între sistem și mediul extern adiabatic.

Căldura primită de sistem este considerată pozitivă, iar căldura eliberată de sistem în mediul extern este considerată negativă. Căldura este determinată de numărul J (kJ).

Prima lege a termodinamicii. Entalpie.

Prima lege a termodinamicii este legea conservării și transformării energiei.

modificarea energiei interne a sistemului este egală cu diferența dintre cantitatea de căldură primită de sistem din mediul înconjurător și cantitatea de muncă efectuată de sistem asupra mediului.

ΔU - într-o reacție chimică - este modificarea energiei interne a sistemului ca urmare a conversiei unui anumit număr de moli de substanțe inițiale într-un anumit număr de moli de produse de reacție.

(diferența dintre energiile stărilor finale și inițiale).

Apoi

Dacă reacția este izocoră, atunci V-const și
(adică cantitatea de căldură primită sau eliberată de sistem).

Dacă reacția este izobară, atunci are loc la presiune externă constantă:

Apoi

Majoritatea reacțiilor chimice au loc în condiții izobare, adică. este necesar să se determine Q P şi munca de dilatare (compresie).

Pentru a simplifica situația în termodinamică, a fost adoptată o nouă funcție - entalpie N.

Variația de entalpie în reacție va fi egală cu:

Ținând cont de ecuația (1), obținem

iar deoarece reacția are loc în condiții izobare, atunci P = const
.

, dar știm asta
, să înlocuim:

, Apoi

, adică diferenţa dintre efectele termice ale aceleiaşi reacţii măsurate la presiune constantăși volum constant, este egal cu munca de expansiune. Astfel, modificarea entalpiei este legată în mod unic de cantitatea de căldură primită sau eliberată de sistem în timpul unei tranziții izobare, iar modificarea entalpiei ΔH este de obicei luată ca măsură a efectului termic al unei reacții chimice.

Căldura unui incendiu, calcinarea calcarului, fotosinteza plantelor și electroliza sunt exemple de schimb de diferite forme de energie.

Efectul termic al unei reacții chimice este modificarea energiei în timpul tranziției izobare a unui anumit număr de moli de substanțe inițiale în numărul corespunzător de moli de produse de reacție.(în J sau kJ).

Se măsoară prin modificarea entalpiei în timpul tranziției unui sistem de la starea substanțelor inițiale la produsele de reacție. În acest caz, termenul de reacție exo și endotermă este reținut. Măsurat cu un calorimetru. Efectele termice ale reacțiilor care au loc în direcțiile înainte și invers sunt egale ca magnitudine și semn opus.

H2 + CI2 = 2HCl ΔH = – 184 kJ

2HCl = H2 + CI2AН = + 184 kJ

Legea fundamentală a termochimiei a fost formulată de Hess în 1840.

T
Efectul termic al unei reacții depinde numai de starea substanțelor inițiale și finale și nu depinde de numărul de etape intermediare.

Pentru a obține 1 mol de CO 2, este necesar 1 mol de C (s) și 1 mol de O 2 (g).

Rezumând etapele și entalpiile tuturor etapelor, constatăm că:

Acest proces se numește ciclu. Pentru a calcula efectul termic al unei reacții este necesar să se cunoască entalpia de descompunere a substanțelor inițiale și entalpia de formare a produselor de reacție din substanțe simple. Dar sunt egale ca mărime și diferite ca semn, așa că este suficient să cunoaștem o entalpie. Deoarece entalpia depinde de starea și condițiile sale, atunci toate stările și condițiile sunt considerate la fel, care se numesc standard.

t˚ = 25˚С, Р = 101,3 kPa

t˚ efectul unei reacții chimice este egal cu diferențe suma căldurilor de formare a produselor de reacție și suma căldurilor de formare a substanțelor inițiale.

Trecerea de la starea standard la oricare alta este insotita de o crestere a entalpiei, i.e. efect termic endotermic.

substanțele simple sunt egale cu zero.

Denumită entalpie standard (căldura de formare).

(˚) – înseamnă că toate substanțele sunt în stări standard.


Entalpia de formare a unei substanțe complexe din substanțe simple este efectul termic al reacției de formare a unei substanțe date din substanțe simple în stări standard, raportat la 1 mol de substanță rezultată. . (f– formare – educaţie).

Entropie

Entropia (S) este proporțională cu logaritmul probabilității termodinamice (W) a stării sistemului.

H – constanta Boltzmann

Entropia este o măsură a dezordinei unui sistem. Enpropia este introdusă în funcție de stare, a cărei modificare este determinată de raportul dintre cantitatea de căldură primită sau eliberată de sistem la t – T.

Dacă sistemul primește o anumită cantitate de căldură la un t˚ constant, atunci toată căldura merge pentru a crește mișcarea aleatorie, haotică a particulelor, adică. creșterea entropiei.

II Legea al doilea al termodinamicii

A doua lege a termodinamicii afirmă că într-un sistem izolat pot apărea spontan doar procesele care conduc la o creștere a entropiei.(sistem dezordonat).

Evaporarea eterului din mână are loc spontan cu o creștere a entropiei, dar căldura pentru o astfel de tranziție este luată din mână, adică. procesul este endotermic.

III A treia lege a termodinamicii

Entropia unui cristal ideal la zero absolut este zero. Aceasta este a treia lege a termodinamicii.

S˚ 298 – entropia standard, J/(k mol).

Dacă ΔH este mare, atunci ΔS este mic. Dar nu este întotdeauna cazul. Gibbs a introdus o nouă funcție de stare în termodinamică - energia Gibbs - G .

G = H – TS sau ΔG = ΔH – TΔS

În orice sistem închis la constante P și T, un astfel de proces spontan este posibil, ceea ce duce la o scădere a energiei Gibbs.ΔG și entalpie. ... Gibbs. EntalpieȘi entropic factori, influența lor asupra scurgere reactii la temperaturi scăzute și ridicate. 18. Evaluare posibilităților si conditii curgere reactii ...

  • Acest manual poate fi folosit pentru munca independentă de către studenții de specialități non-chimice

    Document

    Predominant factorul a. Energie Gibbs serveşte drept criteriu pentru spontană curgere chimic reactii la izobaric - izotermic proceselor. Chimic reacţie fundamental posibil, Dacă energie Gibbs scade...

  • Instrucțiuni metodice Sesiunile de pregătire pentru cursul „Fundamentele teoretice ale chimiei” constau în prelegeri, seminarii, lucrări de laborator, teme și teme pentru acasă

    Instrucțiuni

    ... Concept despre entropie, absolut entropie substanțe (S°t) și entropie proceselor(S°t). Energie Gibbs ca măsură chimic afinitate. Schimbare energie Gibbsîn diferite proceselor, entropicȘi entalpic factori. Calculul G°298 și S °298 proceselor ...

  • Instrucțiuni

    ... N reactii. Concept despre entropie. Absolut entropieși dependența acesteia de structura materiei. Schimbare entropieîn diferite proceselor. Energie Gibbs, legătura ei cu entropieȘi entalpie. EntalpieȘi entropic factori proces ...

  • Program examen de admitere la master în direcția 050100 Învățământ științe naturale

    Program

    ... proceselor. Energie și concentrare chimic proceselor Chimic termodinamica. De bază concepte termodinamica: sistem, proces, parametru, stare. Funcții de stare a sistemului: Intern energieȘi entalpie ...

    • Când lucrați cu orice calcule, calcule și faceți prognoze ale diferitelor fenomene legate de ingineria termică, toată lumea se confruntă cu conceptul de entalpie. Dar pentru persoanele a căror specialitate nu se referă la ingineria energiei termice sau care întâlnesc doar superficial astfel de termeni, cuvântul „entalpie” va inspira frică și groază. Deci, să ne dăm seama, este totul atât de înfricoșător și de neînțeles?

    Pentru a spune simplu, termenul entalpie se referă la energia care este disponibilă pentru conversie în căldură la o presiune constantă. Conceptul de entalpie tradus din greacă înseamnă „căldură”. Adică formula care conține suma elementară a energiei interne și a muncii efectuate se numește entalpie. Această valoare este indicată de litera i.

    Dacă scriem cele de mai sus în mărimi fizice, transformăm și derivăm formula, obținem i = u + pv (unde u este energia internă; p, u sunt presiunea și volumul specific al fluidului de lucru în aceeași stare pentru care se ia valoarea energetică internă). Entalpia este o funcție aditivă, adică entalpia întregului sistem este egală cu suma tuturor părților sale constitutive.

    Termenul „entalpie” este complex și cu mai multe fațete.

    Dar dacă încerci să-l înțelegi, atunci totul va deveni foarte simplu și clar.

    • În primul rând, pentru a înțelege ce este entalpia, merită să știți definiție generală, ceea ce am făcut.
    • În al doilea rând, merită să găsiți mecanismul pentru apariția acestei unități fizice, înțelegerea de unde a venit.
    • În al treilea rând, trebuie să găsim conexiuni cu alte unități fizice care sunt indisolubil interconectate cu ele.
    • Și, în sfârșit, în al patrulea rând, trebuie să te uiți la exemple și formule.

    Ei bine, mecanismul de funcționare este clar. Trebuie doar să citești și să înțelegi cu atenție. Ne-am ocupat deja de termenul „entalpie” și i-am dat și formula. Dar imediat apare o altă întrebare: de unde această formulă și de ce este legată, de exemplu, entropia de energia și presiunea internă?

    Esența și sensul

    Pentru a încerca să înțelegeți semnificația fizică a conceptului de „entalpie”, trebuie să cunoașteți prima lege a termodinamicii:

    energia nu dispare în neant și nu ia naștere din nimic, ci trece doar de la un tip la altul în cantități egale. Un exemplu în acest sens este tranziția căldurii (energia termică) în energie mecanică și invers.

    Trebuie să transformăm ecuația primei legi a termodinamicii în forma dq = du + pdv = du + pdv + vdp – vdp = d(u + pv) – vdp. De aici vedem expresia (u + pv). Această expresie se numește entalpie ( formula completa date mai sus).

    Entalpia este, de asemenea, o mărime de stare, deoarece componentele u (tensiune) și p (presiune), v (volum specific) au valori specifice pentru fiecare mărime. Știind acest lucru, prima lege a termodinamicii poate fi rescrisă ca: dq = di – vdp.

    În termodinamica tehnică, se folosesc valorile entalpiei, care sunt calculate de la un zero acceptat convențional. Toate valorile absolute ale acestor cantități sunt foarte dificil de determinat, deoarece pentru aceasta este necesar să se ia în considerare toate componentele energiei interne ale unei substanțe atunci când starea acesteia se schimbă de la O la K.

    Formula și valorile entalpiei au fost date în 1909 de omul de știință G. Kamerlingh Onnes.

    În expresie, i este entalpia specifică; pentru întreaga masă corporală, entalpia totală este notată cu litera I; conform sistemului universal de unități, entalpia se măsoară în Jouli pe kilogram și se calculează astfel:

    Funcții

    Entalpia („E”) este una dintre funcțiile auxiliare, datorită căreia calculele termodinamice pot fi simplificate semnificativ. De exemplu, un număr mare de procese de alimentare cu căldură în ingineria energiei termice (în cazane cu abur sau camera de ardere a turbinelor cu gaz și a motoarelor cu reacție, precum și în schimbătoarele de căldură) se realizează la presiune constantă. Din acest motiv, valorile entalpiei sunt de obicei date în tabelele cu proprietăți termodinamice.

    Condiția pentru conservarea entalpiei stă, în special, la baza teoriei Joule-Thomson. Sau un efect care a găsit ceva important uz practic la lichefierea gazelor. Astfel, entalpia este energia totală a sistemului expandat, reprezentând suma energiei interne și a energiei externe - energia potențială de presiune. Ca orice parametru de stare, entalpia poate fi determinată de orice pereche de parametri de stare independenți.

    De asemenea, pe baza formulelor de mai sus, putem spune: „E” al unei reacții chimice este egal cu suma entalpiilor de ardere a substanțelor inițiale minus suma entalpiilor de ardere a produselor de reacție.
    În general, o schimbare a energiei unui sistem termodinamic nu este o conditie necesara pentru a modifica entropia acestui sistem.

    Deci, aici ne-am uitat la conceptul de „entalpie”. Este demn de remarcat faptul că „E” este indisolubil legat de entropia, despre care puteți citi și mai târziu.

    Când apar reacții chimice, are loc o restructurare a nivelurilor de energie. Unele legături din molecule sunt distruse, iar altele se formează. Toate acestea necesită anumite costuri energetice. Conversia unor tipuri de energie și muncă în altele, precum și direcția și limitele apariției spontane a proceselor chimice, sunt studiate prin termodinamică chimică. Obiectul de studiu al termodinamicii chimice este un sistem.

    Un sistem este o colecție de substanțe care interacționează, izolate mental sau efectiv de mediu (eprubetă, autoclavă).

    Sistemele sunt: ​​omogene - formate dintr-o faza (o solutie omogena de sare de masa) si eterogene - formate din mai multe faze (apa cu gheata).

    O fază este o parte a unui sistem care este omogenă ca compoziție și proprietăți și separată de alte părți ale sistemului printr-o interfață.

    Termodinamica chimică are în vedere sistemele: izolate - neschimbând materie și energie cu mediul; închis - schimb de energie cu mediul și nu schimb de materie. Exista sisteme deschise care fac schimb de materie și energie cu mediul înconjurător sunt organisme vii. Dar ele nu sunt luate în considerare în termodinamica chimică.

    Starea sistemului poate fi caracterizată prin parametri termodinamici, care includ: temperatura, presiunea, concentrația, densitatea, volumul, masa.

    Dacă starea sistemului este caracterizată de valori constante și invariante în timp ale parametrilor termodinamici în toate punctele sistemului, atunci acesta este într-o stare de echilibru. Când unul dintre parametrii de stare se modifică, sistemul intră într-o stare de nou echilibru. Termodinamica chimică ia în considerare tranzițiile de la o stare la alta, în timp ce unii parametri se pot schimba sau rămâne constanți:

    izobar - la presiune constantă;

    izocor - la volum constant;

    izotermă - la temperatură constantă;

    izobaric - izotermic - la presiune și temperatură constantă etc.

    Proprietățile termodinamice ale unui sistem pot fi exprimate folosind mai multe funcții ale stării sistemului, numite funcții caracteristice: energia internă U, entalpia H, entropia S, energia Gibbs G, energia Helmholtz F. Funcțiile caracteristice au o singură caracteristică: nu au depind de metoda (calea) de realizare a unei anumite stări de sistem. Valoarea lor este determinată de parametrii sistemului (presiune, temperatură etc.) și depinde de cantitatea sau masa substanței, așa că se obișnuiește să le raportăm la un mol de substanță.

    Entalpie și entropie

    Căldura de reacție DN și modificarea energiei libere DN nu au întotdeauna valori comparabile. De fapt, se cunosc reacții care apar spontan (DG< 0) несмотря на то, что являются эндотермическими (ДЗ >0). Acest lucru se întâmplă deoarece reacția este influențată de o modificare a gradului de ordine a sistemului. O măsură a schimbării în ordinea sistemului este modificarea entropiei DS.

    Cu cât este mai mare gradul de dezordine (dezordine) al sistemului, cu atât este mai mare entropia sistemului. Astfel, dacă procesul merge în direcția creșterii dezordinii sistemului (și experiența de zi cu zi arată că acesta este cel mai probabil proces), DS este o valoare pozitivă. Pentru a crește gradul de ordine în sistem (DS > 0), este necesar să cheltuiți energie. Ambele prevederi decurg dintr-o lege fundamentală a naturii - a doua lege a termodinamicii. Cantitativ, relația dintre modificările entalpiei, entropiei și energiei libere este descrisă de ecuația Gibbs-Helmholtz:

    DG = DH - T * DS

    Să explicăm dependența acestor trei mărimi folosind două exemple.

    Explozia unui amestec exploziv (1) este interacțiunea a două gaze - oxigen și hidrogen - cu formarea apei. La fel ca multe reacții redox, acesta este un proces extrem de exotermic (de ex.<<0). В то же время в результате реакции возрастает степень упорядоченности системы. Газ с его хаотически мигрирующими молекулами перешел в более упорядоченное состояние - жидкую фазу, при этом число молекул в системе уменьшилось на 1/3. В результате увеличения степени упорядоченности (ДS<0) член уравнения - T · ДS - величина положительная, однако это с избытком компенсируется ростом энтальпии: в итоге происходит высоко экзергоническая реакция (ДG <<0).

    Când sarea de masă (2) este dizolvată în apă, DN este o valoare pozitivă, temperatura din vasul cu soluția, adică. în volumul soluţiei scade. Cu toate acestea, procesul decurge spontan, deoarece gradul de ordine în sistem scade. În starea inițială, ionii Na+ și Cl - au ocupat poziții fixe în rețeaua cristalină. În soluție, se mișcă independent unul de celălalt în direcții arbitrare. O scădere în ordine (DS>0) înseamnă că termenul din ecuația - T · DS are semnul minus. Aceasta compensează DN și, în general, DN este o valoare negativă. Astfel de procese sunt de obicei numite entropice.

    Energia Gibbs. Energia Helmholtz. Direcția reacțiilor chimice

    Dacă procesul decurge spontan, atunci energia internă (entalpia) ar trebui să scadă și entropia să crească. Pentru a compara aceste mărimi, ele trebuie exprimate în aceleași unități, iar pentru aceasta DS trebuie înmulțit cu T. În acest caz, avem DN - factor de entalpie și TDS - factor de entropie.

    În timpul reacției, particulele tind să se combine, ceea ce duce la o scădere a entalpiei (DN< 0), с другой стороны - должна возрастать энтропия, т.е. увеличиваться число частиц в системе (ТДS >0). „Forța motrice” a reacției este determinată de diferența dintre aceste cantități și este desemnată DG.

    ДGp,T = ДН - TДS

    și se numește modificarea energiei Gibbs (potențial izobar-izotermic).

    Energia Gibbs este partea din efectul energetic al unei reacții care poate fi transformată în lucru, motiv pentru care se numește energie liberă. Aceasta este, de asemenea, o funcție termodinamică a stării și, prin urmare, a reacției

    bB + dD = lL + mM

    Energia Gibbs a unei reacții chimice poate fi calculată ca suma energiilor Gibbs de formare a produselor de reacție minus energiile Gibbs de formare a substanțelor inițiale, ținând cont de coeficienții stoichiometrici conform formulei:

    ÄG = lÄfGL + mÄfGM - dÄfGD - bÄfGB

    unde DfG este energia Gibbs de formare a substanțelor.

    Energia Gibbs de formare a substanțelor este modificarea energiei Gibbs a unui sistem atunci când 1 mol dintr-o substanță se formează din substanțe simple care sunt stabile la 298 K.

    Energia Gibbs de formare a substanțelor simple DfG se presupune că este zero. Dacă substanța rezultată și substanțele simple inițiale sunt în stări standard, atunci energia de formare Gibbs se numește energia de formare Gibbs standard a substanței DfG0. Semnificațiile sale sunt date în cărți de referință.

    Valoarea DG obţinută este un criteriu pentru cursul spontan al reacţiei în direcţia înainte, dacă DG< 0. Химическая реакция не может протекать самопроизвольно в прямом направлении, если энергия Гиббса системы возрастает, т.е. ДG >0. Dacă DG = 0, atunci reacția poate avea loc atât în ​​direcția înainte, cât și în sens invers, de exemplu. reacția este reversibilă.

    Direcția reacțiilor chimice depinde de natura lor. Deci, starea DG< 0 соблюдается при любой температуре для экзотермических реакций (ДН < 0), у которых в ходе реакции возрастает число молей газообразных веществ, и, следовательно, энтропия (ДS >0). În astfel de reacții, ambele forțe motrice (DN) și (TDS) sunt direcționate către reacția înainte și DG.< 0 при любых температурах. Такие реакции являются необратимыми.

    Dimpotrivă, o reacție endotermă (DN > 0), în urma căreia scade numărul de moli de substanțe gazoase (DS)< 0) не могут протекать самопроизвольно в прямом направлении при любой температуре, т.к. всегда ДG > 0.

    Dacă ca urmare a unei reacții exoterme (DN< 0) уменьшается число молей газообразных веществ и, соответственно, энтропия (ДS < 0), то при невысокой температуре ДН >TDS și reacția este posibilă în direcția înainte (DG< 0). При высоких температурах ДH < TДS и прямая реакция самопроизвольно протекать не может (ДG >0), și este posibilă o reacție inversă.

    Pentru a determina temperatura de echilibru, puteți utiliza condiția:

    unde Tp este temperatura la care se stabilește echilibrul, adică. posibilitatea unor reacții directe și inverse.

    Dacă, ca urmare a unei reacții endoterme (DN > 0), numărul de moli de substanțe gazoase și entropia sistemului crește (DS > 0), atunci la temperaturi scăzute, când DN > TDS, nu poate avea loc o reacție directă. spontan (DG > 0), iar la temperaturi ridicate, când DN< TДS, прямая реакция может протекать самопроизвольно (ДG < 0).

    Relația dintre DG și DG0 este exprimată prin ecuația izotermei van’t Hoff, care pentru reacție

    bB + dD = lL + mM

    În condiții izocoric-izoterme, energia liberă se numește energie Helmholtz sau potențial izocor-izotermic și este egală cu Caracterizează direcția și limita curgerii spontane a unei reacții chimice în condiții izocorico-izoterme, ceea ce este posibil la DF< 0.

    Potențialele termodinamice, funcțiile parametrilor de stare ai unui sistem macroscopic (temperaturile T, presiunea p, volumul V, entropia S, numărul de moli ale componentelor ni, potențialele chimice ale componentelor m etc.), utilizate în Cap. arr. pentru a descrie echilibrul termodinamic. Fiecărui potențial termodinamic îi corespunde un set de parametri de stare, numit. variabile naturale.

    Cele mai importante potențiale termodinamice: energia internă U (variabilele naturale S, V, ni); entalpia H= U - (- pV) (variabile naturale S, p, ni); Energia Helmholtz (energia liberă Helmholtz, funcția Helmholtz) F = = U - TS (variabile naturale V, T, ni); Energia Gibbs (energie Gibbs liberă, funcția Gibbs) G=U - - TS - (- pV) (variabile naturale p, T, ni); termodinamic mare potenţial (variabile naturale V, T, mi) Potenţialele termodinamice pot fi reprezentate prin formula generală

    unde Lk sunt parametri intensivi independenți de masa sistemului (cum ar fi T, p, mi), Xk sunt parametri extensivi proporționali cu masa sistemului (V, S, ni). Indicele l = 0 pentru energia internă U, 1 pentru H și F, 2 pentru G și W. Potențialele termodinamice sunt funcții ale stării unui sistem termodinamic, adică. schimbarea lor în orice proces de tranziție între două stări este determinată doar de stările inițiale și finale și nu depinde de calea de tranziție. Diferenţialele complete ale potenţialelor termodinamice au forma:

    Nivelul (2) numit. ecuația fundamentală a lui Gibbs în energie. expresie. Toate potențialele termodinamice au dimensiunea energiei.

    Condiții de echilibru termodinamic. sistemele sunt formulate ca egalitatea cu zero a diferenţialelor totale ale potenţialelor termodinamice la constanţa variabilelor naturale corespunzătoare:

    entalpie termodinamică entropie de reacție

    Termodinamic Stabilitatea sistemului este exprimată prin inegalitățile:

    Potențialele termodinamice, luate ca funcții ale variabilelor lor naturale, sunt funcții caracteristice sistemului. Aceasta înseamnă că orice termodinamică. proprietăți (compresibilitate, capacitate termică etc.) m.b. exprimat printr-o relație care include doar un potențial termodinamic dat, variabilele sale naturale și derivatele potențialelor termodinamice de diferite ordine în raport cu variabilele naturale. În special, cu ajutorul potențialelor termodinamice se pot obține ecuațiile de stare ale sistemului.

    Derivatele potențialelor termodinamice au proprietăți importante. Primele derivate parțiale în raport cu variabilele extensive naturale sunt egale cu variabilele intensive, de exemplu:

    [V vedere generala: (9Yl/9Хi) = Li]. În schimb, derivatele în raport cu variabilele naturale intensive sunt egale cu variabilele extensive, de exemplu:

    [în general: (9Yl/9Li) = Xi]. Derivatele a doua parțiale în raport cu variabilele naturale determină blana. şi termenul-mich. proprietățile sistemului, de exemplu:

    Deoarece diferențialele potențialelor termodinamice sunt complete, derivatele parțiale secundare încrucișate ale potențialelor termodinamice sunt egale, de exemplu. pentru G(T, p, ni):

    Relațiile de acest tip se numesc relații lui Maxwell.

    Potențialele termodinamice pot fi reprezentate și ca funcții ale altor variabile decât cele naturale, de exemplu. G (T, V, ni), însă în acest caz proprietățile potențialelor termodinamice ca caracteristice. funcțiile se vor pierde. Pe lângă potenţialele termodinamice, caracteristică funcțiile sunt entropia S (variabile naturale U, V, ni), funcția Massier F1 = (variabile naturale 1/T, V, ni), funcția Planck (variabile naturale 1/T, p/T, ni ). Potențialele termodinamice sunt interconectate prin ecuațiile Gibbs-Helmholtz. De exemplu, pentru H și G

    În general

    Potențialele termodinamice sunt funcții omogene de gradul întâi ale variabilelor lor extensive naturale. De exemplu, cu o creștere a entropiei S sau a numărului de moli ni, entalpia H crește proporțional. Conform teoremei lui Euler, omogenitatea potențialelor termodinamice duce la relații precum:

    În termodinamica statistică, se folosesc analogi ai energiei Helmholtz și ai energiei termodinamice mari. potențial, Crimeea corespunde în mod corespunzător canonicului. și macrocanonic Distribuții Gibbs. Acest lucru face posibilă calcularea potențialelor termodinamice pentru sisteme model (gaz ideal, solutie ideala) prin constante moleculare care caracterizează configurația nucleară de echilibru (distanțele internucleare, unghiurile de legătură și de torsiune, frecvențele de vibrație etc.), care pot fi obtinut din spectroscopie si alte date. Este posibil să se calculeze potențialele termodinamice prin suma dintre stările Z (integrală peste stări). Această abordare face posibilă stabilirea unei legături între potențialele termodinamice și constantele moleculare ale unei substanțe. Calcularea sumei (integrale) Z pentru sistemele reale este destul de bună sarcină dificilă, calculele statistice sunt de obicei folosite pentru a determina potențialele termodinamice ale gazelor ideale.

    Cine știe ce sunt entropia și entalpia. și am primit cel mai bun răspuns

    Răspuns de la Vika[activ]
    Entalpie și entropie
    Modificarea energiei libere (ΔG) a unei reacții chimice depinde de o serie de factori, inclusiv temperatura și concentrația reactanților.
    A. Căldura de reacție și calorimetrie
    Toate reacțiile chimice sunt însoțite de eliberarea sau absorbția de căldură. Reacțiile de primul tip se numesc exoterme, reacțiile de al doilea tip se numesc endoterme. O măsură a căldurii de reacție este modificarea entalpiei ΔH, care corespunde transferului de căldură la presiune constantă. În cazul reacțiilor exoterme, sistemul pierde căldură și ΔH este o valoare negativă. În cazul reacțiilor endoterme, sistemul absoarbe căldură și ΔH este o valoare pozitivă.
    Pentru multe reacții chimice, ΔG și ΔH au valori apropiate. Această împrejurare ne permite să stabilim valoare energetică Produse alimentare. În organismele vii, alimentele sunt de obicei oxidate de oxigen la CO2 și H2O. Lucru chimic maxim care nutrienți poate fi efectuată în organism, adică reacțiile ΔG de oxidare a componentelor alimentelor sunt determinate prin arderea unei probe din substanța corespunzătoare într-un calorimetru într-o atmosferă de oxigen. Căldura degajată crește temperatura apei din calorimetru. Căldura de reacție (entalpia de ardere) se calculează din diferența de temperatură.
    B. Entalpie și entropie
    < 0) несмотря на то, что являются эндотермическими (ΔΗ >
    Cu cât este mai mare gradul de dezordine (dezordine) al sistemului, cu atât este mai mare entropia sistemului. Astfel, dacă procesul merge în direcția creșterii dezordinii sistemului (și experiența de zi cu zi arată că acesta este cel mai probabil proces), ΔS este o valoare pozitivă. Pentru a crește gradul de ordine în sistem (ΔS >
    ΔG = ΔH - T ΔS
    Să explicăm dependența acestor trei mărimi folosind două exemple.
    Explozia unui amestec exploziv (1) este interacțiunea a două gaze - oxigen și hidrogen - cu formarea apei. Ca multe reacții redox. acesta este un proces extrem de exotermic (adică ΔH<< 0). В то же время в результате реакции возрастает степень упорядоченности системы. Газ с его хаотически мигрирующими молекулами перешел в более упорядоченное состояние -- жидкую фазу, при этом число молекул в системе уменьшилось на 1/3. В результате увеличения степени упорядоченности (ΔS < 0) член уравнения -T · ΔS - величина положительная, однако это с избытком компенсируется ростом энтальпии: в итоге происходит высоко экзергоническая реакция (ΔG <<0).
    Când sarea de masă (2) este dizolvată în apă, ΔH este o valoare pozitivă, temperatura din vasul cu soluția, adică în volumul soluției, scade. Cu toate acestea, procesul decurge spontan, deoarece gradul de ordine în sistem scade. În starea inițială, ionii Na+ și Cl- au ocupat poziții fixe în rețeaua cristalină. În soluție, se mișcă independent unul de celălalt în direcții arbitrare. O scădere în ordine (ΔS > 0) înseamnă că termenul -T · ΔS din ecuație are semnul minus. Aceasta compensează ΔH și, în general, ΔG este o valoare negativă. Astfel de procese sunt de obicei numite entropice.

    Răspuns de la 2 raspunsuri[guru]

    Buna ziua! Iată o selecție de subiecte cu răspunsuri la întrebarea dvs.: Cine știe ce sunt entropia și entalpia.

    Răspuns de la =CaT=[guru]
    Entropia (din grecescul ἐντροπία - rotație, transformare) este un concept introdus pentru prima dată în termodinamică pentru a determina măsura disipării ireversibile a energiei. Termenul este utilizat pe scară largă în alte domenii ale cunoașterii: în fizica statistică ca măsură a probabilității de apariție a oricărei stări macroscopice; în teoria informației ca măsură a incertitudinii oricărei experiențe (test), care poate avea rezultate diferite, în știința istorică, pentru a explica fenomenul istoriei alternative (invarianța și variabilitatea procesului istoric).
    href="">
    Entalpia sistemului (din grecescul enthalpo I căldură), o funcție neechivocă H a stării unui sistem termodinamic cu parametri independenți de entropie S și presiune P, este legată de energia internă U prin relația
    H=U+PV
    unde V este volumul sistemului.


    Răspuns de la Yovetlana Pustotina[guru]
    entropia este o funcție a stării unui sistem termodinamic, a cărui modificare într-un proces de echilibru este egală cu raportul dintre cantitatea de corp transmisă sistemului sau îndepărtată din acesta și temperatura termodinamică a sistemului; procese de neechilibru intr-un sistem izolat sunt insotite de o crestere a zntropiei, ele apropie sistemul de o stare de echilibru in care zntropia este maxima. Aceasta este esența celei de-a doua legi a termodinamicii, ambele legi ale termodinamicii au fost reflectate de fizicianul german Rudolf Clausius - energia lumii rămâne constantă, entropia tinde spre valoarea sa maximă. Entalpia este o funcție cu o singură valoare a stării unui sistem termodinamic cu parametri independenți de entropie și presiune; este asociată cu energia internă; această cantitate se numește conținutul de căldură al sistemului. La presiune constantă, modificarea entalpiei este egală. la cantitatea de căldură furnizată sistemului; într-o stare de echilibru termodinamic, entalpia sistemului este minimă.


    Răspuns de la Terminator-5[guru]
    Cât de inteligente și de complexe sunt răspunsurile lor! De ce să se complice, se poate spune simplu. Entalpia este starea unei persoane în timpul intrării și ieșirii de bani. Iar entropia este gradul de incapacitate de a reveni la stat când mai erau bani. Cu cât rămân mai puțini bani înainte de ziua de plată. , cu cât este mai mare, cu atât este mai mare entropia!


    Răspuns de la Doar Manya[incepator]
    Entalpie și entropie
    Modificarea energiei libere (ΔG) a unei reacții chimice depinde de o serie de factori, inclusiv temperatura și concentrația reactanților (vezi p. 24). Această secțiune discută încă doi parametri care sunt asociați cu modificările structurale și energetice ale moleculelor.
    B. Entalpie și entropie
    Căldura de reacție ΔH și modificarea energiei libere ΔG nu au întotdeauna valori comparabile. De fapt, se știe că reacțiile apar spontan (ΔG< 0) несмотря на то, что являются эндотермическими (ΔΗ >0). Acest lucru se întâmplă deoarece reacția este influențată de o modificare a gradului de ordine a sistemului. O măsură a schimbării în ordinea sistemului este modificarea entropiei ΔS.
    Cu cât este mai mare gradul de dezordine (dezordine) al sistemului, cu atât este mai mare entropia sistemului. Astfel, dacă procesul merge în direcția creșterii dezordinii sistemului (și experiența de zi cu zi arată că acesta este cel mai probabil proces), ΔS este o valoare pozitivă. Pentru a crește gradul de ordine în sistem (ΔS > 0), este necesar să se cheltuiască energie. Ambele prevederi decurg dintr-o lege fundamentală a naturii - a doua lege a termodinamicii. Cantitativ, relația dintre modificările entalpiei, entropiei și energiei libere este descrisă de ecuația Gibbs-Helmholtz:
    ΔG = ΔH - T ΔS


    Răspuns de la 2 raspunsuri[guru]

    Buna ziua! Iată și alte subiecte cu întrebări similare.

    Vezi si „Portal fizic”

    Entalpie, De asemenea functie termicaȘi continutul de caldura- potenţialul termodinamic, care caracterizează starea sistemului în echilibru termodinamic la alegerea presiunii, entropiei şi a numărului de particule ca variabile independente.

    Mai simplu spus, entalpia este acea energie disponibilă pentru a fi convertită în căldură la o anumită temperatură și presiune.

    Dacă un sistem termomecanic este considerat constând dintr-un macrocorp (gaz) și un piston cu o zonă S cu o sarcină de greutate P = pS, echilibrarea presiunii gazului Rîn interiorul vasului, atunci se numește un astfel de sistem extins.

    Entalpia sau energia unui sistem expandat E egală cu suma energiei interne a gazului Uși energia potențială a pistonului cu sarcină E sudoare = pSx = pV

    Astfel, entalpia într-o stare dată este suma energiei interne a corpului și a muncii care trebuie cheltuite pentru ca corpul să aibă un volum. V intra în mediu inconjurator având presiune Rși fiind în echilibru cu corpul. Entalpia sistemului H- similar cu energia internă și alte potențiale termodinamice - are o semnificație foarte definită pentru fiecare stare, adică este o funcție a stării. Prin urmare, în procesul de schimbare a stării

    Exemple

    Compuși anorganici (la 25 °C)
    entalpia standard de reacție
    Component chimic faza (substanțelor) Formula chimica Δ H f 0 kJ/mol
    Amoniac solvatat NH3 (NH4OH) −80.8
    Amoniac gazos NH3 −46.1
    Bicarbonat de sodiu solid Na2CO3 −1131
    Clorura de sodiu (sare) solvatat NaCl −407
    Clorura de sodiu (sare) solid NaCl −411.12
    Clorura de sodiu (sare) lichid NaCl −385.92
    Clorura de sodiu (sare) gazos NaCl −181.42
    Hidroxid de sodiu solvatat NaOH −469.6
    Hidroxid de sodiu solid NaOH −426.7
    Nitrat de sodiu solvatat NaNO3 −446.2
    Nitrat de sodiu solid NaNO3 −424.8
    Dioxid de sulf gazos SO 2 −297
    Acid sulfuric lichid H2SO4 −814
    Silice solid SiO2 −911
    Dioxid de azot gazos NU 2 +33
    Monoxid de azot gazos NU +90
    Apă lichid H2O −286
    Apă gazos H2O −241.8
    Dioxid de carbon gazos CO2 −393.5
    Hidrogen gazos H 2 0
    Fluor gazos F 2 0
    Clor gazos Cl2 0
    Brom lichid BR 2 0
    Brom gazos BR 2 0

    Entalpia invariantă în termodinamica relativistă

    La construirea termodinamicii relativiste (ținând cont de teoria relativității speciale), de obicei, cea mai convenabilă abordare este utilizarea așa-numitei entalpie invariante - pentru un sistem situat într-un anumit vas.

    În această abordare, temperatura este definită ca un invariant Lorentz. Entropia este, de asemenea, un invariant. Deoarece pereții influențează sistemul, cea mai naturală variabilă independentă este presiunea și, prin urmare, este convenabil să se ia entalpia ca potențial termodinamic.

    Pentru un astfel de sistem, entalpia și impulsul „obișnuit” ale sistemului formează un vector de 4, iar funcția invariantă a acestui vector de 4 este luată pentru a determina entalpia invariantă, care este aceeași în toate sistemele de referință:

    Ecuația de bază a termodinamicii relativiste este scrisă prin diferența de entalpie invariantă după cum urmează:

    Folosind această ecuație, puteți rezolva orice întrebare privind termodinamica sistemelor în mișcare, dacă funcția este cunoscută.

    Vezi si

    Surse

    1. Bolgarsky A.V., Mukhachev G.A., Shchukin V.K., „Termodinamică și transfer de căldură” Ed. al 2-lea, revizuit si suplimentare M.: „Școala superioară”, 1975, 495 p.
    2. Kharin A. N., Kataeva N. A., Kharina L. T., ed. prof. Kharina A. N. „Curs de chimie”, M.: „Școala superioară”, 1975, 416 p.

    Note


    Fundația Wikimedia. 2010.

    Sinonime:

    Vedeți ce este „Entalpia” în alte dicționare:

      Entalpie- (din grecescul enthalpo I căldură), o funcție a stării unui sistem termodinamic, a cărui modificare la presiune constantă este egală cu cantitatea de căldură furnizată sistemului, prin urmare entalpia este adesea numită funcție termică sau conținut de căldură .… … Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

      - (din grecescul enthalpo I căldură) o funcție neechivocă H a stării unui sistem termodinamic cu parametri independenți de entropie S și presiune p, raportată la energia internă U prin relația H = U + pV, unde V este volumul a sistemului. La p constantă schimbarea...... Dicţionar enciclopedic mare

      - (denumirea H), cantitatea de energie termodinamică (termică) conținută într-o substanță. În orice sistem, entalpia este egală cu suma energiei interne și produsul dintre presiune și volum. Măsurată în termeni de modificare (de obicei o creștere) a sumei... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

      Conținut de căldură Dicționar de sinonime rusești. substantiv entalpie, număr de sinonime: 1 conținut de căldură (1) Dicționar de sinonime ASIS ... Dicţionar de sinonime

      ENTALPIE- (din grecescul enthalpo I căldură) ecosisteme, starea funcțională a ecosistemului, care determină conținutul său de căldură. Entalpia este o proprietate extinsă a unui ecosistem. Dicționar enciclopedic ecologic. Chișinău: Redacția principală a Sovietului moldovenesc... ... Dicționar ecologic

      entalpie- Funcția stării unui sistem termodinamic, egală cu suma energiei interne și produsul dintre volum și presiune. Notă Entalpia este o funcție caracteristică dacă entropia și presiunea sunt parametri independenți. [Colectie... ... Ghidul tehnic al traducătorului

      - (din grecescul enthalpo I căldură) (conținut de căldură, funcție termică Gibbs), potențial termodinamic, care caracterizează starea de macroscopic. sisteme în termodinamică echilibru la alegerea entropiei S și... ... ca principale variabile independente Enciclopedie fizică