Охарактеризуйте основні принципи та закони, що описують поведінку геохімічної системи в рівноважних та нерівноважних умовах.(лекція 3)

Рівновага – це стан, коли ні один із параметрів системи не змінюється із часом і якщо насильно буде здійснена незначна зміна одного із параметрів системи, то цей параметр самовільно повернеться у початковий стан і система залишиться в стані рівноваги. Для того, щоб вивести систему із рівноваги потрібні значні збурення параметрів системи.

Термодинамічний процес - всяка зміна системи, пов'язана із змінами хоча б одного параметра.

• Процес

– адіабатичний(ΔQ = 0, без зміни кількості теплоти в системі)

– ізотермічний (ΔT = 0)

– ізобаричний (ΔP = 0)

– ізохорний (ΔV = 0)

Будь-які зміни можуть здійснюватись тільки в результаті перерозподілу енергії.

Енергія виступає як свідчення, і як кількісно оцінюваний фактор будь-яких змін.

Стан системи називається рівноважним, якщо в системі пройшли всі макроскопічні процеси і встановилась рівність всіх інтенсивних параметрів.

Нульовий закон термодинаміки стверджує, що дві системи в рівновазі мають одну і ту ж температуру

При переході системи із одного стану в інше зміна її властивостей не залежить від шляху переходу, а визначається тільки початковим і кінцевим його станом, тобто термодинамічними параметрами в цих станах.

Перший закон термодинаміки стверджує, що зміна енергії системи рівняється кількості енергії, отриманій системою із навколишнього середовища на протязі певного проміжку часу (Пригожин, Дефай, 1954). Енергія не виникає сама по собі, зміна її кількості у хімічній системі зумовлена обміном енергією між системою та навколишнім середовищем.

У відповідності із цим енергія ізольованої системи постійна. Саме для ізольованої системи сформульований принцип збереження енергії.

закон ідеального газу – зміна теплоти в системі призведе до зміни або тиску, або ж об’єму системи, і навпаки – зміна тиску чи об’єму спричинює зміну температури (при постійному складі системи).

Фізичний зміст ентальпії: різниця ентальпій в двох станах рівняється тепловому ефекту ізобарного процесу.

Якщо ми розглядаємо хімічну реакцію, то різниця сумарної ентальпії продуктів і сумарної ентальпії вихідних речовин є тепловим ефектом реакції.

Якщо DH реакції > 0, то реакція екзотермічна, якщо DH реакції < 0, то реакція ендотермічна.

Другий закон термодинаміки стверджує, що існує деяка екстенсивна властивість системи S (ентропія), зміна якої наступним чином зв'язана з теплотою, що поглинається і температурою системи:

- в самовільному (незворотньому) процесі dS>dQ/T

- в рівноважному (зворотньому) процесі dS=dQ/T

Самовільний процес в ізольованій системі йде з ростом ентропії

dS = d_i S > 0

Теплоємність

Теплоємність – кількість теплоти, потрібна для того, щоб збільшити температуру речовини на 1 градус. Ця теплота визначається при постійному об’ємі C_V або ж при постійному тиску C_P.

Третій закон термодинаміки (постулат Планка): ентропія правильно утвореного кристалу чистої речовини при абсолютному нулі (-273.15°С) дорівнює нулю.

У визначенні Д.В.Ґібса третій закон термодинаміки формулюється наступним чином:

Абсолютна ентропія любої речовини складається із двох частин:

• Конфігуративна ентропія (S_c), що залежить від кількості атомів в системі та їх взаємного розміщення в просторі. Чим складніша система, тим більша невизначеність її стану, тим більша ентропія. Збільшення сортів атомів веде до зростання ентропії. Зростання варіантів взаємного розміщення різних атомів (зростання невпорядкованості системи) також призводить до зростання ентропії. Конфігуративна ентропія – ентропія невпорядкованості.
• Теплова (калориметрична) ентропія (S_T). Атом, що знаходиться в вузлі гратки, безперервно коливається (осцилює) навколо свого рівноважного стану. Амплітуда та напрямок осциляцій залежить від температури та сорту атома; амплітуда осциляцій зростає із температурою. Збільшення температури призводить до зростання невизначеності стану системи – зростання ентропії.

Вільна енергія Ґібса – енергія хімічних зв’язків, кристалічної гратки, енергії, затраченої на впорядкування, енергії дефектів структури, поверхневої енергії

Поиск по сайту: