Понятия за спонтанни процеси

Първият закон на термодинамиката. Енталпия. Ендотермични и екзотермични реакции, примери

Първият закон на термодинамиката е универсален закон на природата, законът за запазване и преобразуване на енергията. Този закон е формулиран за първи път от Майер през 1842 г.

Енергията не изчезва и не възниква от нищото, а само преминава от една форма в друга в строго еквивалентни съотношения.

В изолирана система вътрешната енергия е постоянна.

Енталпия – термодинамична функция, характеризираща енергийното състояние на системата при изобарно-изотермични условия.

Количеството топлина, което се отделя или абсорбира по време на химични реакции при изобарно-изотермични условия, се характеризира с промяна в енталпията на системата и се наричаЕнталпия на реакцията.

Енталпията на реакцията зависи само от природата и състоянието на изходните материали и крайните продукти и не зависи от пътя, по който протича реакцията.

Стандартни условия: количество вещество - 1 mol; налягане - 760 mm живачен стълб; температура 298k

Стандартна енталпия на реакция е енергийната характеристика на химическа реакция, проведена при стандартни условия. Химичните уравнения, за които е посочена стойността на енталпията на реакцията, се наричат Термохимични уравнения

Стандартната енталпия на образуване на прости вещества при стандартни условия е нула

Стандартната енталпия на образуване на сложни вещества е равна на енталпията на реакцията за получаване на 1 mol от това вещество от прости вещества при стандартусловия

Екзотермични процеси - процеси, придружени от освобождаване на енергия от системата в околната среда, в резултат на такива процеси енталпията намалява.

Първото следствие – енталпията на реакцията е равна на разликата между алгебричната сума на всички продукти на реакцията и алгебричната сума на енталпиите на образуване на всички изходни вещества.

Второто следствие е енталпията на правата реакция е числено равна на енталпията на обратната реакция, но с обратен знак.

Понятия за спонтанни процеси. Ентропия – като функция от състоянието на системата. Зависимостта на ентропията от агрегатното състояние на материята, нейната природа и температура.

Спонтанен е процес, който протича без изразходване на енергия отвън и който намалява производителността на системата след завършването му.

Една система може спонтанно да премине само от по-малко стабилно състояние към по-стабилно. Например, капка вода винаги спонтанно пада надолу, като същевременно намалява потенциалната си енергия.

В система при постоянна температура и налягане спонтанно могат да протичат само такива процеси, в резултат на които енергията на Гибс намалява, т.е. Delta Gp 0 )

Ендотермични реакции (делта Нp>0), придружени от намаляване на ентропията (делта Sp 0 )

Ентропията е термодинамична функция, която характеризира мярката за разстройство на системата, т.е. нехомогенност на местоположението и движението на неговите частици.

Промяната в ентропията на системата в условията на термодинамично обратим процес е равна на отношението на предадената топлина към абсолютната температура, при която се извършва този процес.

Ентропията на веществото в газообразно състояние е по-голяма от тази в течно състояние, а в течно състояние е по-голяма от тази в твърдо състояние. S r > С> S телевизор

Ентропията на системата нараства с повишаване на температурата, т.к разстройството на движението на частиците се увеличава. T1 > Т2, след това S1> S2

Ентропията на системата намалява с увеличаване на налягането, т.к нарушението на движението на частиците е намалено. p1 > p2, след това S1

Ентропията на системата нараства с увеличаване на сложността, т.к нараства броят на видовете частици и вариантите на тяхното разположение.

Ентропията на всички вещества винаги е по-голяма от нула.

3. Дефинирайте понятията: стационарно състояние, равновесно състояние, преходно състояние. Системни параметри и функции за състояние.

Стационарно състояние на системата – характеризиращо се с постоянството на свойствата във времето, което се поддържа благодарение на непрекъснатия обмен на материя, енергия и информация между системата и околната среда, характерно за живия организъм.

Равновесното състояние на системата - се характеризира с постоянството на всички свойства във времето във всяка точка на системата и липсата на потоци на материя и енергия в системата.

Преходно състояние – характеризира се с промяна в свойствата на системата във времето.

Параметрите са: маса, количество вещество, обем, температура, налягане, концентрация.

Системните параметри са разделени на екстензивни и интензивни

Разширени параметри – параметри, чиито стойности са пропорционални на броя на частиците в системата (масов обем, количество вещество)

Интензивни параметри – параметри, чиито стойности не зависят от броя на частиците в системата (температури, налягане, концентрация)

Разликата между екстензивните и интензивните параметри се проявява ясно във взаимодействието на системите, когато стойностите на екстензивните параметри се сумират, а интензивните параметри се осредняват.

Функциисистемните състояния винаги са екстензивни количества.

Енергията е количествена мярка за интензитета на различни форми на движение и взаимодействие на частици в система, включително движението на системата като цяло и нейното взаимодействие с околната среда. Измерено в kJ/mol.

Вътрешна енергия е общата енергия на системата, която е равна на сумата от потенциалната и кинетичната енергия на всички частици на тази система, включително на молекулярно, атомно и субатомно ниво: U = Ekin. + E пот.

Работа е енергийна мярка на насочените форми на движение на частиците в процеса на взаимодействие на системата с околната среда.

Топлината е енергийна мярка на хаотичните форми на движение на частиците в процеса на взаимодействие на системата с околната среда.

Работата и топлината не са свойства на системата, а характеризират процеса на обмен на енергия между системата и околната среда.

4. Енергията на Гибс е критерий за спонтанното протичане на изобарно-изотермични процеси в затворени системи. Ексер- и ендергонични процеси.

Ендотермични реакции (делта Нp>0), придружени от намаляване на ентропията (делта Sp 0 )

Визолирани системи спонтанно могат да възникнат само такива необратими процеси, при които ентропията на системата нараства, т.е. делта S>0

Занеизолирани системи е необходимо да се вземе предвид не само промяната в ентропията, но и промяната в енергията. Следователно е необходимо да се използват 2 тенденции, които определят посоката на спонтанно протичащите процеси:

1) желанието на системата да постигне минимум енергия

2)тенденцията на системата към максимална ентропия, т.е. до разстройство

Всички процеси, при които енергията в системата намалява и ентропията се увеличава, протичат спонтанно.

Екзергонични процеси - биохимични реакции, придружени от намаляване на енергията на Гибс ( deltaGр 0 )

В живите системи ендергоничните реакции възникват поради конюгацията им с екзергонични реакции.

Енергия на Гибс. Прогнозиране посоката на спонтанните процеси в изолирани и затворени системи. Условия на термодинамично равновесие. Роля на факторите енталпия и ентропия.

Енергията на Гибс е обобщена термодинамична функция на състоянието на системата, като се вземат предвид енергията и безредието на системата при изобарно-изотермични условия. Енергия на Гибас G=H – TS

deltaG \u003d G край.-G начало.

1) желанието на системата да постигне минимум енергия

2) стремежът на системата към максимална ентропия, т.е. до разстройство

Всички процеси, при които енергията в системата намалява и ентропията се увеличава, протичат спонтанно.

Химичното и биохимичното равновесно състояние на системата се характеризира с:

1) равенството на скоростта на директните и обратните реакции (U пряко = Uобратно)

2) енергийна ефективност ( G = min )

3) липсата на промени в стойностите на параметрите и функциите на състояниетосистеми : концентрации на реагентите ( делта Ci = 0 ) , енталпии ( делта H = 0 ) , ентропии ( делта S = 0 ) , енергии на Гибс ( делта G = 0 )