Click here to load reader

TERMODYNAMIKA –pojęcia podstawowe TERMODYNAMIKA ... Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 7 TERMODYNAMIKA –pojęcia podstawowe Sukcesy opisu termodynamicznego

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of TERMODYNAMIKA –pojęcia podstawowe TERMODYNAMIKA ... Pojęcia podstawowe Wykład z Chemii...

  • Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 12.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

    Opisuje i bada efekty procesów chemicznych i fizycznych.

    Zawiera zbiór reguł znanych jako zasady lub prawa termodynamiki.

    Jest podstawowym aparatem naukowym chemika służącym do

    przewidywania kierunku procesów zachodzących w sposób samorzutny.

    TERMODYNAMIKA

    2.1.1. Układ termodynamiczny

    2.1.2. Parametry i przemiany termodynamiczne

    2.1.3. Zerowa zasada termodynamiki

    2.1.4. Temperatura - sens oraz pomiary

    Pojęcia podstawowe

  • Układ termodynamiczny

    Jest to część przestrzeni wyodrębniona za pomocą abstrakcyjnej osłony bilansowej.

    Otoczenie - Otoczeniem jest ta część przestrzeni, która nie należy do układu.

    W otoczeniu mogą znajdować się źródła ciepła oraz zbiorniki substancji.

    Osłona bilansowa - Stanowi granicę pomiędzy układem a otoczeniem.

    Umożliwia kontrolę ilości energii i substancji przepływających pomiędzy układem

    a otoczeniem. typy osłon bilansowych:

    osłonę diatermiczna - umożliwia przepływ ciepła

    osłonę adiabatyczna - uniemożliwia przepływ energii w postaci ciepła

    CIEPŁO PRACA

    MASA

    otwarty wymiana masy i energii

    zamknięty brak wymiany masy, możliwa wymiana energii

    adiabatyczny brak wymiany ciepła, możliwa wymiana masy

    izolowany brak wymiany masy i energii

    Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 22.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

  • Jaki to rodzaj układu: otwarty, zamknięty czy izolowany?

    Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 32.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

    zasadniczy proces zachodzący w chloroplastach niesie efekt energetyczny równy ok. H°= 485 J/mol

    H2O + CO2 → O2 + (CH2O)

  • Układ termodynamiczny

    jednoskładnikowy, wieloskładnikowy,

    jednofazowy

    wielofazowy

    Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 42.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

  • Stan układu termodynamicznego

    Parametry stanu układu (p, V, T, lepkość, gęstość, współczynnik załamania, przewodnictwo…)

    Ekstensywne Intensywne

    Liczba stopni swobody (wariancja)

    Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 52.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

    Reguła Duhema: Stan termodynamiczny układu jest jednoznacznie określony jeżeli

    znane są ilości każdego składnika oraz dodatkowo dwa parametry.

    Niezależne od ilości materii w układzie:

    temperatura, ciśnienie, ułamek molowy

    Proporcjonalne do ilości materii

    w układzie: masa, objętość

    Procesy termodynamiczne (przemianą termodynamiczną)

    Zjawisko, podczas którego ulega zmianie wartość przynajmniej jednego

    parametru nazywa się my przemianą czynnika termodynamicznego lub krótko.

  • Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 62.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

    • Zdefiniować układ

    • Określić więzy narzucone układowi

    • Określić liczbę stopni swobody układu

    • Wybrać parametry stanu układu (zmienne niezależne)

    • Na zbiorze parametrów stanu zdefiniować funkcje termodynamiczne

    (syn. funkcje stanu)

    • Obliczyć zmianę Y funkcji stanu w wyniku opisywanej przemiany

    • Zinterpretować obliczoną wartość Y

    Metoda opisu termodynamicznego

     Y Y

    x d x

    j x c o n s t

    j

    x

    x

    j

    k

    i jj i

    j i i

     

     

     

       

     .

    1

    Stan początkowy

    Y(x’1, x’2, ....x’k)

    Stan końcowy

    Y(x”1, x”2, ....x”k)

  • Założenie:

    • Ciągłość parametrów i funkcji stanu

     ciągłość materii  ignorowanie

    molekularnej budowy materii

    Ograniczenie:

    • możliwość opisu wyłącznie układów

    makroskopowych (N > 1010 drobin) w których

    nieciągłość materii jest pomijalna

    Metoda opisu termodynamicznego

    Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 72.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

  • Sukcesy opisu termodynamicznego • właściwości PVT substancji czystych i efektów energetycznych ich

    przemian fizycznych

    • przemiany fazowe substancji czystych (topnienie, parowanie,

    sublimacja, polimorfizm)

    • efekty objętościowe i energetyczne tworzenia roztworów

    z substancji czystych

    • równowagi fazowe w układach wieloskładnikowych (ciecz - ciecz,

    ciecz - para, ciecz - kryształ)

    • efekty cieplne reakcji chemicznych

    • położenie stanu równowagi w układach, w których przebiegają

    reakcje chemiczne

    • ograniczeń procesu konwersji energii cieplnej na energię

    mechaniczną (teoria maszyn cieplnych)

    • procesu konwersji energii chemicznej w energię elektryczną

    Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 82.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

  • Zalety opisu termodynamicznego

    • Prostota wnioskowania metodami analizy

    matematycznej

    • Brak teoretycznych ograniczeń stopnia złożoności

    układów (od „1 mola gazu” do „organizmu żywego”)

    • Możliwość obliczenia wartości wielkości trudno

    mierzalnych na podstawie wartości wielkości łatwo

    mierzalnych

    • Brak konieczności kontrolowania „drogi przemiany” -

    zmiana funkcji stanu zależy wyłącznie od wartości

    parametrów stanu początkowego i końcowego układu

    Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 92.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

  • Braki opisu termodynamicznego

    • Brak możliwości określenia szybkości przemiany (czas

    nie jest parametrem stanu układu)

    • Brak możliwości teoretycznego obliczenia wartości

    funkcji termodynamicznych  mogą być one

    obliczane wyłącznie na podstawie wartości

    doświadczalnych  konieczność pomiarów wielkości

    określających charakterystykę termodynamiczną

    układów i ich przemian  TERMODYNAMIKA

    DOŚWIADCZALNA.

    Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 102.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

  • TERMODYNAMIKA DOŚWIADCZALNA

    -najważniejsze typy pomiarów

    • Relacje PVT substancji czystych

    • Efekty cieplne przemian fizycznych substancji czystych

    (ogrzewanie/oziębianie, przemiany fazowe)

    • Efekty objętościowe i cieplne tworzenia roztworów

    (rozpuszczania)

    • Równowagi fazowe w układach jedno- i wieloskładnikowych

    (związek między ciśnieniem, temperaturą i naturą (ewentualnie -

    składem) faz współistniejących w stanie równowagi

    • Efekty energetyczne reakcji chemicznych (efekty cieplne i SEM

    ogniw chemicznych)

    • Położenie stanu równowagi (skład równowagowy) układów

    w których przebiegają reakcje chemiczne.

    Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 112.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

  • Energia mikroskopowa -

    wewnętrzna

    • Energia kinetyczna poszczególnych molekuł

    • Energia potencjalna poszczególnych molekuł

    • Siły wiążące:

    – Jądrowe

    – Chemiczne

    – Między cząsteczkowe (dyspersyjne, wodorowe, itp)

    Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 122.1. Pojęcia podstawowe

    Energia

    Zarówno energia makroskopowa jak i mikroskopowa mogą być

    magazynowane w układach. Chemia Fizyczna zajmuje się jednak opisem

    ilościowo-jakościowym zmian energii wewnętrznej

  • Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 132.1. Pojęcia podstawowe

    Energia

    mgzmVUE  2

    2

    1

    • e = E/m

    • u = U/m

    Wielkości właściwe (intensywne - znacznie wygodniejsze w użyciu):

    gz V

    ueeue pk  2

    2

    • ek = EK/m = V 2/2

    • ep = EP/m = gz

    Energia całkowita

  • y

    t

    ymv

    t

    yp

    yf 

     

     

     

     

    CIŚNIENIE

    Parametry termodynamiczne

    Ilościowa demonstracja

    ciśnienia

    Średnia składowej siły

    prostopadłej do powierzchni:

    Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 142.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

  • Jednostka ciśnienia

    Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.1 / 152.1. Pojęcia podstawowe

    TERMODYNAMIKA – pojęcia podstawowe

    A

    F P 

       

      

     

    2m

    N Pa

    Jeden paskal - to niewielkie ciśnienie

    1 atm = 760 mmHg  10 mH2O

    1 atm = 101.325 kPa = 1