Fizyka Termodynamika Chemia reakcje chemiczne

Transkrypt

1 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

2 ENERGIA JEST ZDOLNOŚCIĄ WYKONANIA PRACY h T 1 >T 2 gaz

3 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.

4 Układ- część przyrody, której zachowanie badamy Otoczenie-część przyrody, w której dokonujemy obserwacji układ otoczenie

5 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

6 Układ izolowany termiczne od otoczenia nazywamy układem adiabatycznym Najczęściej rozpatruje się układy zamknięte i izolowane

7 Energię układu zamkniętego można zmienić jedynie na dwa sposoby, na sposób pracy i ciepła. Praca. Ciepło.

8 PRACA CIEPŁO energia jako praca układ energia jako ciepło układ Która z form energii została chronologicznie opanowana wcześniej?

9 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.

10 Praca rozprężania inaczej praca objętościowa, czyli praca wykonana gdy układ rozpręża się przeciwko działającemu nań ciśnieniu. DV=Ah h

11 w = p z V praca w przeciwko stałemu ciśnieniu zewnętrznemu w max = nrtln V k V p praca maksymalna 1. układ wykonuje maksymalna pracę objętościową, gdy ciśnienie zewnętrzne jest równe ciśnieniu panującemu w układzie 2. układ wykonuje maksymalna pracę objętościową, gdy znajduje się w stanie mechanicznej równowagi ze swym otoczeniem (nieskończenie mała zmiana ciśnienia może spowodować odwrócenie kierunku procesu) 3. układ wykonuje maksymalna pracę objętościową, gdy zmienia się w sposób odwracalny (proces, którego kierunek można odwrócić, zmieniając jakąś wielkość)

12 w max = nrtln V k V p w = p dv = V p V k V p V k V k nrt V dv = nrt dv V V p = nrt ln V k V p

13 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 = p z V praca przeciwko stałemu ciśnieniu zewnętrznemu w max = nrtln V k V p praca maksymalna

14 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 V=const DU=q DU=q+w

15 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

16 ENTALPIA p=const DH=q Reakcja egzotermiczna DH<0 Reakcja endotermiczna DH>0 DH=DU+pDV

17 PRAWO HESSA STANDARDOWA ENTALPIA REAKCJI JEST RÓWNA SUMIE STANDARDOWYCH ENTALPII REAKCJI, NA JAKIE MOŻNA ROZŁOŻYĆ DANĄ REAKCJĘ. Ćw. lab NaOH/H2O Stosowalność prawa Hessa

18 PRAWO KIRCHOFFA H T2 = H T1 + T2 T1 Cp dt

19 STANDARDOWA ENTALPIA REAKCJI JEST RÓWNA RRÓZNICY STANDARDOWYCH ENTALPII TWORZENIA PRODUKTÓW I SUBSTRATÓW, W KTÓREJ KAŻDY CZYNNIK JEST POMNOŻONY PRZEZ WSPÓŁCZYNNIK STECHIOMETRYCZNY ODPOWIEDNIEGO REAGENTA H = nδ tw produkty H nδ tw substraty H 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.

20 Pierwiastek Azot Jod Rtęć Węgiel Siarka Związek Stan podstawowy Gaz Stały Ciecz Grafit Siarka rombowa tw H [kj/mol] Dwutlenek siarki -296,83 Kwas siarkowy -813,99 Benzen (c) +49 Glukoza Metanol -238,86 Sacharoza -2222

21 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

22 Siłą napędową procesów samorzutnych jest tendencja energii i materii do zwiększania stanu nieuporządkowania samorzutnie niesamorzutnie

23 Stosowaną w termodynamice miarą nieuporządkowania materii i energii jest ENTROPIA oznaczana symbolem S II-ga zasada termodynamiki Entropia wszechświata ma tendencję do zwiększania się

24 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 = 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]