Модуль Химиялық термодинамика және тепе-тендік Дәріс Химиялық термодинамиканың негіздері


Бірінші және екінші заңдардың теңдеулерін біріктіріп жазсақ



жүктеу/скачать 0.8 Mb.
бет2/5
Дата15.06.2016
өлшемі0.8 Mb.
#136380
1   2   3   4   5

Бірінші және екінші заңдардың теңдеулерін біріктіріп жазсақ:



TdSdU+A (4.3)
Бұл термодинамиканың бірінші және екінші заңының жалпы теңдеуі.

Жүйенің энтропиясы дене мен жүйе күйінің термодинамикалық ықтималдық функциясы. Л.Больцман ұсынған:


S=k lnW
W – термодинамикалық ықтималдық

k – Больцман тұрақтысы

Жүйе энтропиясы оның ықтималдық күйінің логарифміне пропорционалды.


Әртүрлі процестердегі энтропия өзгерісі

1) Фазалық өзгерістер энтропиясы. Фазалық өзгерістерге балқу, кристалдану, булану, конденсация процестері жатады. Температура мен қысым тұрақты жағдайда фазалық өзгерістер энтропиясын келесі формуламен есептейді:


S=Hфаз.өз./Tфаз.өз. ( 4.4)

Hфаз.өз – фазалық өзгерістің жылуы, Т – фазалық өзгерістің температурасы. Жалпы түрде:


S=U/T (V=const); S=H/T (р=const)

2) Көлем тұрақты жүйеде Т1 – ден Т2 температураға дейін қыздырғанда (суытқанда) энтропия өзгерсін есептеу үшін, термодинамиканың 1-ші заңынан V=const жағдайда жылу жүйенің күй функциясына айналып, процестің жолына тәуелсіз болатынын ескереміз:

QV=dU=CVdT
Заттың n – моль мөлшері үшін теңдеу:
( 4.5)
3) Ал жүйені р=const жағдайда қыздырғанда немесе суытқанда энтропия өзгерісі:

Qр=dH=CPdT



( 4.6)
4) Идеал газдардың әртүрлі процестердегі энтропиясы:

( 4.7)


CP –СV =R екенін ескерсек:



Изотермиялық процес Т1=Т2=сonst үшін:


( 4.8)
5) Химиялық реакциялардың энтропия өзгерісі

Химиялық реакциялардың энтропия өзгерісін келесідей теңдеумен есептейді:


өнім – баст.з (4.9)
баст.з, өнім – стехиометриялық коэффициенттері ескерілген бастапқы заттармен өнімнің абсолютік энтропиялар қосындысы.

Энтропия – оқшауланған жүйелер үшін процестің жүру мүмкіндігін, бағытын көрсететін негізгі белгі.



U=сonst; V=сonst жағдайдағы жүйелер үшін, процес өздігінен жүйе энтропиясы артқан жаққа қарай жүреді:
(dS)U,V  0 (ΔS)U,V  0 (5.0)
Оқшауланған жүйелерде тепе-теңдік келесідей қатынаспен сипатталады:
SU,V=S мах ΔSU,V = 0 (5.1)
Термодинамикалық потенциалдар

  1. Жабық жүйелер үшін Т=const, р=const жағдайда өтетін процестер бағытын және тепе–теңдік күйін көрсететін белгі – изобаралы-изотермиялық потенциал G (Гиббс энергиясы).

Гиббс энергиясы энтальпия мен энтропияға байланысты:
(5.2)
Гиббс энергия өзгерісі G:
(5.3)
Химиялық реакциялар үшін Гиббс энергиясы өзгеруін келесідей теңдеумен анықтаймыз:
өнім –бас.з (5.4)
өнім,бас.з – стехиометриялық коэффициенттері ескерілген өнімдер мен бастапқы заттар үшін Гиббстің түзілу энергиялар қосындысы.

Тұрақты қысым және температурада Т = const, р = const өздігінен өтетін процестердің изобаралық потенциалы процестің өту бағытына қарай азайып, ал жүйеде тепе – теңдік орнағанда Гиббс энергиясы минимал мәнге ие болады:



< 0  0

=0 = 0

  1. Жабық жүйелер үшін V=const, р=const жағдайда өтетін процестердің бағытын және тепе–теңдік күйін көрсететін белгі – изохоралы-изотермиялық потенциал F (Гельмгольц энергиясы).

Гельмгольц энергиясы ішкі энергия мен энтропияға байланысты:
(5.5)
Гельмгольц энергия өзгерісі F :
(5.6)
Тұрақты көлем және температурада V = const, р = const өздігінен өтетін процестердің изохаралық потенциалы процестің өту бағытына қарай азаяды:
< 0 < 0
Жүйенің тепе – теңдік күйі келесідей сипатталады:

= 0 = 0
Гиббс-Гельмгольц теңдеуі

Жүйені Т1 - дан Т2 температураға дейін қыздырғанда немесе суытқанда тұрақты көлем мен қысымда Гиббс және Гельмгольц энергиялар өзгерісі келесідей теңдеумен өрнектеледі:


(5.7) ( 5.8)
5.7, 5.8- теңделерін 5.3,5.6 – теңдеулерге қою арқылы:
( 5.9) (5.10)
5.9, 5.10 – теңдеулері Гиббс-Гельмгольц теңдеуі болып табылады. Осы теңдеу арқылы химиялық реакциялар жылу эффектісін, S өзгерісін және басқа да термодинамикалық тұрақтыларды есптеуге болады.
Бақылау сұрақтары

1. Термодинамиканың 2-ші заңының қандай анықтмаларын білесіз?

2. Қайтымды және қайтымсыз процестер үшін термодинамиканың 2–ші заңының математикалық теңдеуін жазыңыз.

3. Қайтымды және қайтымсыз процестер үшін термодинамика заңдарының (1-ші және 2-ші ) біріккен математикалық теңдеуін жазыңыз.

4. Фазалық ауысу (булану, балқу, возгонка) процестері үшін энтропия өзгерістерін қалай анықтаймыз?

5. Қайтымсыз процестердің энтропиясы мен жылуы арасындағы математикалық қатынасты жазыңыз.

6. Оқшауланған жүйелерде тепе – теңдік күйі энтропия өзгерісі бойынша қалай?

7. Ашық жүйелерде процесс бағытын энтропия мәні бойынша анықтауға бола ма?

8. Энтропия жүйенің термодинамикалық ықтималдығымен қалай байланысқан?

9. Қандай сипаттамалық функциялар мен термодинамикалық потенциалдарды білесіз?

10. Қандай жағдайда ішкі энергия процесс бағытын анықтауы мүмкін?

11. Қандай жағдайда энтальпия өздігінен өтетін процесс бағытын анықтайды? Осы жағдайда оның өзгерісі қандай?

12. Жабық жүйелерде тұрақты V мен Т; Р мен Т өтетін процестер бағытын қандай күй функциялары анықтайды?

Модуль 1. Химиялық термодинамика және тепе-тендік

Дәріс 6. Химиялық тепе – теңдік термодинамикасы

Дәріс жоспары


  1. Химиялық тепе-тендік. Тепе-тендіктің жалпы сипаттамасы.

  2. Химиялық реакцияның изотерма теңдеуі.

  3. Тепе – теңдік константасының температурадан тәуелділігі. Изобара және изохора теңдеулері

Қысқаша мазмұны

Химиялық тепе – теңдік туралы түсінік


жүктеу/скачать 0.8 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5



©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет