Лекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической




НазваниеЛекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической
Дата конвертации01.05.2013
Размер445 b.
ТипЛекция


Лекция № 2

  • Направление процессов в физико-химических системах (часть 1)


Физико-химической называют систему, составные части которой обмениваются друг с другом веществом и энергией («вода + лед», но не «вода + полиэтиленовый сосуд»).

  • Физико-химической называют систему, составные части которой обмениваются друг с другом веществом и энергией («вода + лед», но не «вода + полиэтиленовый сосуд»).

  • Согласно I началу термодинамики ΔU = Q – A (закон сохранения энергии – А. Лавуазье, М. Ломоносов)

  • Превращение теплоты в работу

  • A = Q – ΔU ( КПД < 1)





Обратимые и необратимые процессы

  • S плавлениекристаллизация L (для воды ΔΗ = 6

  • кДж/ моль)

  • S растворениеосаждение LS (ограниченная

  • растворимость)

  • S1 фазовыйпереход S2 (Tc = 760 и 362ºС для Fe и

  • Ni, соответственно)





Обратимые химические превращения

  • N2O4 ⇄ 2 NO2 ΔΗ→> 0

  • бесцветный бурый(эндотермическая реакция)

  • 2H2 + O2 ⇄ 2H2O ΔΗ→< 0 (экзотермическая реакция)



Получение водорода:

  • Получение водорода:

  • в результате осуществления

  • термохимических циклов

  • 2CuBr2 + 2 730 ºС2CuO + 4HBr

  • 4HBr + Cu2O 100 ºС 2CuBr2 + H2O +

  • 2CuO 1000 ºС Cu2O +

  • H2O = H2 + ½O2



Необратимые химические превращения

  • Ba(NO3)2 + K2SO4 → BaSO4↓ + 2KNO3

  • CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O (топливные ячейки)

  • HCl + KOH → KCl + H2O (титрование)

  • Необратимость – в открытых системах



Самопроизвольные процессы – это процессы, которые совершаются без внешнего воздействия

  • Примеры самопроизвольных процессов:

  • Загрязнение чистых веществ ( ОСЧ алюминий)



Превращение механической работы в

  • Превращение механической работы в

  • тепло при трении

  • Смешение газов

  • Кристаллизация из пересыщенного

  • раствора CH3COONa

  • «Золушка» - Cinderella – сказка Перро

  • Испарение бензола



Можно ли предсказать, какие процессы протекают самопроизвольно?

  • Можно ли предсказать, какие процессы протекают самопроизвольно?

  • Согласно принципу Бертло – Томсена самопроизвольны только экзотермические реакции, т.е.

  • А + В → АВ при ΔΗ < 0

  • А + В → С + D при ΔΗ < 0



Установлено, что только для 95% н/о реакций принцип Бертло соблюдается, тогда как для 5% реакций существует обратная зависимость:

  • Установлено, что только для 95% н/о реакций принцип Бертло соблюдается, тогда как для 5% реакций существует обратная зависимость:

  • NH4NO3 = NH4+ aq+ NO3_aq ΔΗ⃗ > 0

  • N2O4 = 2NO2 ΔΗ⃗ > 0

  • CaCO3 = CaO + CO2 ΔΗ⃗ > 0



Следовательно, самопроизвольно могут происходить и эндотермические процессы, если в результате система переходит в более разупорядоченное состояние.

  • Следовательно, самопроизвольно могут происходить и эндотермические процессы, если в результате система переходит в более разупорядоченное состояние.

  • Итак, ΔΗ – не единственный фактор, определяющий самопроизвольность процесса.



Примеры

  • Предмет скатывается по наклонной плоскости, пока стремление к уменьшению потенциальной энергии не компенсируется потерей тепловой энергии трения



Электровоз превращает электрическую энергию в механическую энергию движения, а последнее имеет место, пока не компенсируется полностью тепловая энергия трения (тормоза)

  • Электровоз превращает электрическую энергию в механическую энергию движения, а последнее имеет место, пока не компенсируется полностью тепловая энергия трения (тормоза)



Двигатель автомобиля превращает химическую энергию топлива (бензин, водород) в механическую энергию движения, а последнее имеет место, пока не компенсируется энергия трения (увеличение молекулярного беспорядка нагреваемых при трении поверхностей автомобиля и дорожного полотна)

  • Двигатель автомобиля превращает химическую энергию топлива (бензин, водород) в механическую энергию движения, а последнее имеет место, пока не компенсируется энергия трения (увеличение молекулярного беспорядка нагреваемых при трении поверхностей автомобиля и дорожного полотна)



В физико-химической системе процесс совершается самопроизвольно, пока изменение энтальпии не компенсируется изменением степени беспорядка в системе. Итак, в любой системе реализуются две конкурирующих друг с другом тенденции – стремление к уменьшению энергосодержания (энтальпии) и стремление к увеличению беспорядка.



Самопроизвольность перехода из упорядоченного состояния в разупорядоченное связано со стремлением системы перейти в более вероятное состояние (в изолированной системе – определяющим фактором является стремление к разупорядоченному состоянию)

  • Самопроизвольность перехода из упорядоченного состояния в разупорядоченное связано со стремлением системы перейти в более вероятное состояние (в изолированной системе – определяющим фактором является стремление к разупорядоченному состоянию)



Ячейка из 2-х под’ячеек и одного шара (молекулы)

  • Ячейка из 2-х под’ячеек и одного шара (молекулы)

  • рлев = рправ = ½



В ячейке с двумя частицами – 4 способа размещения

  • В ячейке с двумя частицами – 4 способа размещения

  • А вероятность любого из них равна

  • ¼ ≡ (½)2



Если в ячейке 5 частиц, то рлΣ5 = (½)5 = 1/32

  • Если в ячейке 5 частиц, то рлΣ5 = (½)5 = 1/32

  • Состояние 1 Состояние 2

  • (степень беспорядка)2 > (степень беспорядка)1

  • (вероятность)2 > (вероятность)1



Самопроизвольность перехода к более вероятному состоянию (беспорядок)

  • Самопроизвольность перехода к более вероятному состоянию (беспорядок)

  • (½)NHe = (½)NNe , NHe = NNe ≈ 1023



В 1 моле содержится 1023 молекул. Вероятность того, что одноименные молекулы соберутся в одной подъячейке равна (½)-23, а вероятность однородного распределения разноименных молекул, напротив, исключительно велика и ничтожно мало отличается от 1.

  • В 1 моле содержится 1023 молекул. Вероятность того, что одноименные молекулы соберутся в одной подъячейке равна (½)-23, а вероятность однородного распределения разноименных молекул, напротив, исключительно велика и ничтожно мало отличается от 1.



Если система состоит из большого числа частиц, то ее любому макросостоянию, определяемому Т, р, массой, химическим составом, отвечает огромное число микросостояний, определяемых поведением отдельных частиц этого сомножества

  • Если система состоит из большого числа частиц, то ее любому макросостоянию, определяемому Т, р, массой, химическим составом, отвечает огромное число микросостояний, определяемых поведением отдельных частиц этого сомножества



Число микросостояний, через которое реализуется данное макросостояние, называют термодинамической вероятностью этого состояния.

  • Число микросостояний, через которое реализуется данное макросостояние, называют термодинамической вероятностью этого состояния.

  • Логарифм вероятности макросостояния системы получил название энтропии (преобразование, греч. Клазиус, 1854 г.).

  • Согласно формуле Больцмана энтропия

  • Дж/К · моль ≡ э.е.



Энтропия («вероятностное определение»)



Все самопроизвольно протекающие процессы в изолированной системе, приближающие систему к состоянию равновесия и сопровождающиеся ростом энтропии, направлены в сторону увеличения вероятности состояния (Больцман).

  • Все самопроизвольно протекающие процессы в изолированной системе, приближающие систему к состоянию равновесия и сопровождающиеся ростом энтропии, направлены в сторону увеличения вероятности состояния (Больцман).



Энтропия веществ, отнесенная к стандартным условиям (температура 298,15 К и давление 101325 Па) называется стандартной энтропией Sº298.

  • Энтропия веществ, отнесенная к стандартным условиям (температура 298,15 К и давление 101325 Па) называется стандартной энтропией Sº298.

  • Таблицы значений Sº298 для различных веществ можно найти в учебниках и справочниках.

  • Нас интересует не только абсолютное значение энтропии индивидуальных веществ, но и изменение энтропии реакций.



Для реакции

  • Для реакции

  • ½C(графит) + ½CO2(г) = СО(г)

  • ½·5¸74 ½·213¸68 197¸54

  • Дж/К · моль

  • Δ Sº298 = 197,54 - ½(5,74 + 213,68) =

  • = 87,8 Дж/К · моль



Следует различать абсолютное значение энтропии соединения (Sº298) и энтропию образования соединения из простых веществ (Sºf,298)

  • Следует различать абсолютное значение энтропии соединения (Sº298) и энтропию образования соединения из простых веществ (Sºf,298)

  • Для реакции А + В = АВ

  • Δ Sºf,298 = SºАВ – (SºА + SºВ)

  • (отсутствие аналогии с энтальпией)



Возрастание энтропии как меры беспорядка в веществе

  • При плавлении, испарении, возгонке

  • S0298(J2(тв.)) = 117 Дж/моль * К,

  • S0298(J2(г)) = 260.6 Дж/моль * К

  • При растворении твердых или жидких веществ

  • S0298(NaCl(тв.)) = 72.4 Дж/моль * К,

  • S0298(NaCl(рр)) = 115.4 Дж/моль * К



При усложнении химического состава/ «сложности»

  • При усложнении химического состава/ «сложности»

  • MnO→Mn2O3→Mn3O4: 61.5→110.5→154.8 Дж/моль*К

  • Увеличение количества газообразных веществ в реакции

  • CaCO3 (тв.) → СaO (тв.) + СO2 (г), ΔrS0 = S0(CO2(г)) + S0(CaO(тв.)) - S0(CaCO3(тв.)) =

  • = 231.5 +40.14 – 23.59 = 248.05 Дж/моль * К

  • При образовании дефектов и загрязнении кристаллов

  • NaCl(тв.) + Na (г.): F - центры



При образовании «рыхлых» кристаллических структур

  • При образовании «рыхлых» кристаллических структур

  • алмаз → графит

  • При аморфизации кристаллических веществ

  • Sкр → Sаморфн

  • При нагревании веществ

  • S01000 – S0298 (TiO2) = 82.4 Дж/моль * К



Дефектообразование



Энтропия в изолированной системе

  • 1 э.е. = кал/(моль · К) ∼ 4.18 Дж/(моль · К)



При любых процессах, протекающих в изолированных системах, энтропия либо остается неизменной, либо увеличивается.

  • При любых процессах, протекающих в изолированных системах, энтропия либо остается неизменной, либо увеличивается.



Закон возрастания энтропии



Открытые системы

  • Ячейки Беннара



Реакция Белоусова - Жаботинского





Похожие:

Лекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической iconЛекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической
Согласно I началу термодинамики ΔU = q a (закон сохранения энергии А. Лавуазье)
Лекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической iconБактериальная инфекция
Хроническое полиэтиологическое воспалительное заболевание желчного пузыря, которое сочетается с моторно-тоническими нарушениями (дискинезиями)...
Лекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической iconОпыт применения потокоотклоняющих технологий на месторождениях западной сибири
Результаты внедрения физико химических технологий на нефтяных месторождениях западной сибири
Лекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической iconЛекция 6: Машинная эволюция
Некоторые замечания относительно использования га. Автоматизированный синтез физических принципов действия. Фонд физико-технических...
Лекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической iconНижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского Научно-исследовательский физико-технический институт ннгу

Лекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической iconМоделирование систем
Кафедра «Автоматика и управление в технических системах» направление 220200 Автоматизация и управление специальность 220201 Управление...
Лекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической iconМоделирование систем
Кафедра «Автоматика и управление в технических системах» направление 220200 Автоматизация и управление специальность 220201 Управление...
Лекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической iconОсновные принципы исторической геологии и их типизация Историческая геология
Восстановление физико-географических условий земной поверхности геологического прошлого
Лекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической iconОбразование : высшее. В 1984 году закончила физико-математический факультет Чувашского государственного педагогического института им. И. Я. Яковлева, очное Образование
Образование : высшее. В 1984 году закончила физико-математический факультет Чувашского государственного педагогического института...
Лекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической iconОсадочные породы На поверхности Земли в результате действия различных экзогенных факторов образуются осадки, которые в дальнейшем уплотняются, претерпевают различные физико-химические изменения диагенез, и превращаются в осадочные горные породы.
На поверхности Земли в результате действия различных экзогенных факторов образуются осадки, которые в дальнейшем уплотняются, претерпевают...
Разместите кнопку на своём сайте:
hnu.docdat.com


База данных защищена авторским правом ©hnu.docdat.com 2012
обратиться к администрации
hnu.docdat.com
Главная страница