chemia wykład 2 Termodynamika
advertisement
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 T1>T2 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 otoczenie 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 energia jako praca układ CIEPŁO energia jako ciepło układ 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. DV=Ah h chemia wykład 2 𝑤 = 𝑝𝑧 ∗ ∆𝑉 praca w przeciwko stałemu ciśnieniu zewnętrznemu 𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 𝑛𝑅𝑇𝑙𝑛 1. 2. 3. 𝑉𝑘 𝑉𝑝 praca maksymalna układ wykonuje maksymalna pracę objętościową, gdy ciśnienie zewnętrzne jest równe ciśnieniu panującemu w układzie układ wykonuje maksymalna pracę objętościową, gdy znajduje się w stanie mechanicznej równowagi ze swym otoczeniem (nieskończenie mała zmiana ciśnienia może spowodować odwrócenie kierunku procesu) układ wykonuje maksymalna pracę objętościową, gdy zmienia się w sposób odwracalny (proces, którego kierunek można odwrócić, zmieniając jakąś wielkość) chemia wykład 2 𝑤 𝑚𝑎𝑥 𝑤= 𝑉𝑘 𝑉𝑝 𝑝 𝑑𝑉 = 𝑉𝑘 𝑉𝑝 𝑉𝑘 = 𝑛𝑅𝑇𝑙𝑛 𝑉𝑝 𝑛𝑅𝑇 𝑑𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 𝑉 𝑉𝑘 𝑉𝑝 𝑑𝑉 𝑉𝑘 = 𝑛𝑅𝑇 𝑙𝑛 𝑉 𝑉𝑝 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 𝑤 = −𝑝𝑧 ∗ ∆𝑉 praca przeciwko stałemu ciśnieniu zewnętrznemu 𝑤 𝑚𝑎𝑥 = −𝑛𝑅𝑇𝑙𝑛 𝑉𝑘 𝑉𝑝 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. Ćw. lab NaOH/H2O Stosowalność prawa Hessa chemia wykład 2 PRAWO KIRCHOFFA 𝑻𝟐 ∆𝑯𝑻𝟐 = ∆𝑯𝑻𝟏 + ∆𝑪𝒑 𝒅𝑻 𝑻𝟏 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 ∆𝐻⊝ = 𝑛Δ𝑡𝑤 𝐻⊝ − 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡𝑦 𝑛Δ𝑡𝑤 𝐻⊝ 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡𝑦 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 ∆𝑡𝑤 H [kJ/mol] 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 samorzutnie niesamorzutnie 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]
