TERMODÜNAAMIKA PÕHIMÕISTED (0)

5 VÄGA HEA

TERMODÜNAAMIKA PÕHIMÕISTED
keemiline termodünaamika – käsitleb erinevate energiavormide vastastikust üleminekut keemilistes protsessides. üldisemas mõttes uurib soojuse ja töö suhet ja vastastikust üleminekut.
süsteem – vaadeldav ruumi/universumi osa

avatud süsteem – keskkonnaga toimub nii aine- kui energiavahetus

suletud süsteem – keskkonnaga toimub energiavahetus

isoleeritud süsteem – keskkonnaga ei toimu ei aine- ega energiavahetust
või

diatermiline süsteem – soojusvahetus väliskeskkonnaga võimalik

adiabaatne süsteem – soojusvahetus väliskeskkonnaga puudub
termodünaamiline süsteem – süsteem, mida saab ümbritsevast keskkonnast kuidagi eraldada ja eksperimentaalselt uurida

homogeenne süsteem – omadused on samad kõikides ruumiosades või muutuvad ühest kohast teise üleminekul pidevalt

heterogeenne süsteem – koosneb mitmest erisuguste omadustega faasist
faas – ühtlane süsteemi osa, mis on teistest osadest eralduspinnaga lahutatud ning erineb keemilis -füüsiliste omaduste poolest
olekuparameetrid – iseloomustavad süsteemi termodünaamilist olekut (p, T, V, n)
olekuvõrrand – iseloomustab olekuparameetrite vahelisi seoseid
nt ideaalne gaas – puuduvad osakeste mõõtmed/ruumala (osakesed on punktid) ning osakestevaheline vastastikmõju
pV = nRT
R – gaasi universaalkonstant; R = 8.314 J/molK (ehk 0.0820 dm3atm/molK); R = poVo/To;
po – normaalrõhk (1 atm. ehk 101 325 Pa),
To – normaaltemperatuur (0 °C ehk 273.15 K),
Vo – molaarruumala normaaltingimustel (22.4 dm3/mol).
olekufunktsioonid – funktsioonid, mis sõltuvad olekuparameetritest ( siseenergia U, entalpia H, entroopia S, vabaenergia G). on määratud süsteemi olekuga, mitte sellega, kuidas see olek on saavutatud.
protsessid soojusvahetuse järgi
eksotermiline protsess – energia/ soojus eraldub ΔH
nt: keemiliste sidemete moodustamine / ühinemisreaktsioonid; tahkumine, kondensatsioon
endotermiline protsess – energia/soojus neeldub ΔH > 0
nt: keemiliste sidemete lõhkumine / lagunemisreaktsioonid; sulamine , aurustumine
adiabaatiline protsess – energia/soojusvahetus puudub
protsessid olekuparameetrite järgi
isotermiline protsess – const temperatuur
isobaariline protsess – const rõhk
isokooriline protsess – const ruumala
SISEENERGIA
süsteemi koguenergia E
E = Ekin. + Epot + U
Ekin ja Epot – süsteemi kui terviku kineetiline ja potentsiaalne energia
U - siseenergia
siseenergia U J/mol – süsteemi moodustavate osakeste liikumise ja vastastikuste seoste energia. isoleeritud süsteemis U=const ja U = 0, st koguenergia on jääv.
siseenergia muut
U = w + q
w – süsteemi poolt/suhtes tehtud töö
q – süsteemile antud või ära võetud energia/soojus
Siseenergia muut ΔU = U2 – U1 ehk ΔU = Ulõpp – Ualg
H = u + pV
pV = nRT nRT – paisumistöö | kui reaktsioon toimub lahuses ja gaase ei eraldu (paisumistöö
H = u + nRT u – siseenergia | 0), siis H = u
H – entalpia |
Eksotermilistes reaktsioonides vabaneb energiat ΔU vähenemise arvel. Endotermilistes reaktsioonides neeldub soojust ning siseenergia suureneb.
termodünaamika I põhiseadus – energia ei teki ega kao, kuid ta võib üle minna ühest liigist teise
ENTALPIA
Entalpia ΔH J/mol – entalpia muut näitab (const rõhu korral) süsteemi poolt ära antud või saadud soojushulka. keemilise reaktsiooni entalpia on soojusefekt , mis selle reaktsiooniga kaasneb.
U – süsteemi siseenergia,
p – gaasi rõhk
V – gaasi ruumala
nii saab reaktsioone jagada: eksotermilised protsess – energia/soojus eraldub ΔH
endotermilised protsess – energia/soojus neeldub ΔH > 0
entalpia muut reaktsioonides:
ΔH ΔH > 0 lagunemisreaktsioonides (endotermiline)
entalpia muutu iseloomustabH = U + ngRT ; ng – gaasiliste ainete moolide arvu muutus keemilises reaktsioonis
ΔH ΔH > 0 gaaside eraldumisel (ng > 0)
Hessi seadus – reaktsiooni soojusefekt sõltub ainult lähteainete ja saaduste iseloomust ja olekust, ei sõltu protsessi kulgemise viisist ega vaheetappidest
termokeemiline võrrand – reaktsioonivõrrand, mis sisaldab reaktsiooni soojusefekti väärtust H0reaktsioon
ΔHºreaktsioon= ΔH1º + ΔH2º + ΔH3º + ...
______________________________________________________________________________________________
nt: Leiame propaani C3H8 sünteesireaktsiooni entalpia: 3 C ( grafiit ) + 4 H2 (g) → C3H8 (g),
kui meil on teada järgmiste reaktsioonide standardsed reaktsioonientalpiad:
C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (v) ΔH1º=-2220 kJ
C (grafiit) + O2 (g) → CO2 (g) ΔH2º=-394 kJ
2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (v) ΔH3º=-572 kJ
Lahendus:
Kombineerides neid reaktsioone saame, et C3H8 sünteesireaktsiooni saab avaldada kujul –(1. reaktsioon ) + 3(2. reaktsioon) + 2 (3. reaktsioon).
-C3H8 (g)-5O2 (g)+3C(grafiit)+3O2(g)+4H2(g)+2O2(g)→ -3CO2(g)-4H2O(v)+3CO2(g)+4 H2O (v)
3 C (grafiit) + 4 H2 (g) → C3H8 (g),
Samamoodi avaldub ka reaktsioonientalpia ΔHºreaktsioon= - ΔH1º + 3 ΔH2º + 2 ΔH3º = 2220kJ + 3 · (-394kJ) + 2 · (-572 kJ) = - 106kJ.
______________________________________________________________________________________________
tekkeentalpia Hf – soojusefekt 1 mol aine tekkimisel lihtainest nende standardolekus (tekkereaktsioon – aine tekkimine lihtainetest)
reaktsiooni soojusefekt: Hreaktsioon = Hf,j ( saadused ) – Hf,i ( lähteained )
standardtingimustes püsivatel lihtainetel tekkeentalpia Hf = 0
eksotermilistes reaktsioonides Hf põlemisentalpia Hc – soojusefekt 1 mol aine täielikul põlemisel / oksüdeerumisel
reaktsiooni soojusefekt: HreaktsioonHc,i (lähteained)- Hc,j (saadused)
kui kahel ainel on sama aatom molekul, siis suurem põlemisentalpia on sellel ainel, millel selle aatomi oksüdatsiooniaste on väiksem.
ENTROOPIA
entroopia S J/mol*K – süsteemi korrapäratuse mõõt
termodünaamika II põhiseadus – isoleeritud süsteemis kulgevad protsessid entroopia kasvu suunas. isoleeritud süsteemi entroopia kasvab ajas.
termodünaamika III põhiseadus – korrapärase kristalse aine entroopia on absoluutsel 0-temperatuuril võrdne nulliga (kui T = 0, siis S = 0)
entroopia muut reaktsioonides:
ΔS ΔS > 0 lagunemisreaktsioonides (endotermiline)
ΔS ΔS > 0 gaaside eraldumisel (ng > 0)
entroopia kasvab temperatuuri tõstmisel: S (tahke) isevooluline;
ΔS isevoolutu;
ΔS = 0 pöörduv, võib kulgeda mõlemasuunaliselt.
entroopia S defineeritud termodünaamilise tõenäolsuse W kaudu
S=; kus Na – Avogadro arv; R – universaalne gaasikonstant
reaktsiooni standardne entroopia: ΔS0 reaktsioon= ΣnS0f (saadused) - ΣnS0f (lähteained)
GIBBSI ENERGIA
vabaenergia G J/mol – termodünaamiline potentsiaal mis iseloomustab tööd, mida süsteem suudab teha konstantsel temperatuuril ja rõhul (energia, mis on töötamise jaoks „kätte saadav“). vabaenergia on reaktsiooni suuna kriteerium.
G = H - TS
keemilise reaktsiooni kulgemisel G väheneb, kuni saavutab minimaalse väätuse Gmin.
iseeneslikud protsessid suletud süsteemis viivad tasakaaluolekusse, st energia miinimumi suunas => Gibbsi energia süsteemis väheneb G
püsivat tasakaalu (const T, p) iseloomustab Gibbsi energia miinimum G = 0
tasakaaluoleku tingimus G = Gmin; G = 0
maksimaalne kasulik töö w(max) = - G
G isevooluline (st vabaenergiat väheneb reaktsiooni jooksul)
G > 0 isevoolutu (st vabaenergiat tuleb juurde reaktsiooni jooksul => energiat antakse süsteemile juurde)
G = 0 süsteem tasakaaluolekus
gibbsi energia muut reaktsioonides:
reaktsiooni iseenesliku toimimise suund erinevate H, S, T ja G korral:
protsesside liikumapanevad jõud: entalpiafaktor  suundumus energia vähenemisele 
entroopiafaktor S – suundumus korrapäratuse kasvule S
entalpiafaktori tähtsus G märgi määramisel on suurem madalatel ja mõõdukatel temperatuuridel või kui entroopia muutub vähe (gaasiliste ainete moolide arv ei palju)
keemilise protsessi teostatavus (G G = H - TS)

H 0 ----- alati teostatav, mõlemad faktorid soodustavad

H toimub entalpiafaktori arvelt

(gaasid neelduvad)
H > 0; S > 0 ----- teostatav kõrgetel T-del, toimub entroopiafaktori arvelt (gaasid eralduvad)
H > 0; S mõlemad faktorid takistavad
G
reaktsiooni standardne Gibbsi energia:
ΔG0 reaktsioon= Σn G0f (saadused) - Σn G0f (lähteained)
ΔG = [ΣΔHf,j (saadused) − ΤΣΔSf,j (saadused)]] – [ΣΔHf,j (lähteained) − TΣΔSf,j (lähteained)]

.DOCX Laadi alla originaalfail 8 lk · .docx · 10 allalaadimist

Tasuta Faili alla laadimine on tasuta

~ 8 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2016-01-19 Kuupäev, millal dokument üles laeti

10 laadimist Kokku alla laetud

0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

meigasy Õppematerjali autor

reaktsioon soojus entalpia entroopia gaas siseenergia soojusefekt energia soojus termodünaamika gibbsi energia vabaenergia soojusvahetus

Sarnased õppematerjalid

pdf

Üldine keemia põhimoisted I

Keemia alused. Põhimõisted ja -seaduspärasused I. Termodünaamika alused 1. Termodünaamika põhimõisted Süsteem – vaadeldav universumi osa (liigitus: avatud, suletud, isoleeritud); faas – ühtlane süsteemi osa, mis on teistest osadest eralduspinnaga lahutatud ja erineb teistest osadest oma füüsikalis-keemiliste omaduste poolest; olekuparameetrid – iseloomustavad süsteemi termodünaamilist olekut: temperatuur (T), rõhk (p), ruumala (V), aine hulk (koostis) (n); olekuvõrrandid – olekuparameetrite vahelised seosed.

Üldine keemia

pdf

Termodünaamika alused

Keemia alused. Põhimõisted ja -seaduspärasused I. Termodünaamika alused 1. Termodünaamika põhimõisted Süsteem vaadeldav universumi osa (liigitus: avatud, suletud, isoleeritud); faas ühtlane süsteemi osa, mis on teistest osadest eralduspinnaga lahutatud ja erineb teistest osadest oma füüsikalis-keemiliste omaduste poolest; olekuparameetrid iseloomustavad süsteemi termodünaamilist olekut: temperatuur (T), rõhk (p), ruumala (V), aine hulk (koostis) (n); olekuvõrrandid olekuparameetrite vahelised seosed.

Keemia alused

docx

Füüsikaline keemia

süsteemile antava soojushulga q ja tema heaks tehtava töö w summaga. Süsteem võib ka energiat kaotada, st teha tööd või anda ära mingi osa soojusest. Seega muutub suletud süsteemi energia. • Suletud süsteemi energia muutub tänu energiavahetusele soojuse ja töö kujul süsteemi ja ümbritseva keskkonna vahel. Isoleeritud süsteemi siseenergia ei muutu, kuna puudub soojusülekanne 3. Protsessifunktsioonid. Energia, töö, soojus. Termodünaamika I seadus. Olekufunktsioonid. Paisumistöö. Kalorimeetria. Siseenergia. Nimetage ja seletage termodünaamika esimesest seadusest tulenevaid järeldusi. Energia- keha või jõu võime teha tööd, džaul Töö on liikumine mõjuva jõu vastu. Soojus on energia, mis kantakse üle tänu temperatuuri erinevusele. Kõrgemalt madalamale. Termodünaamika I seadus: isoleeritud süsteemi siseenergia on konstantne, mitteisoleeritud süsteemi korral ∆U=q+w

Füüsikaline keemia

docx

Mõisted füüsikalise ja kolloidkemia I vahetestiks

Adiabaatne protsess/süsteem puudub soojusvahetus Olekuparameetrid suurused, millega saab TD süsteemi väliskeskkonnaga olekut iseloomustada Avatud süsteem toimub energia ja ainevahetus Olekuvõrrand süsteemi olekut iseloomustav ümbritseva keskkonnaga parameetrite omavaheline sõltuvus Borni algoritm Born koostas abivahendi seoste Paisumistöö töö, mis on tingitud ruumalamuutusest leidmiseks olekufunktsioonide omavahelistes sõltuvustes. Protsessifunktsioon süsteemis toimuvat protsessi Nelinurgas on 2 noolt, 1 ülalt alla, 2. Vasakult paremale. iseloomustav suurus, sõltub protsessi läbiviimise viisist, Vaadates olekufunkts ja olekupar paigutust on näha, et iga tähistatakse väiketähega (töö w, soojus q) olekufunkts on ümbritsetud temale omaste Reaktsiooni isobaar Isobaariga saab leida olekuparameeterit

Füüsikaline ja kolloidkeemia

docx

Füüsikaline ja kolloidkeemia

puudub soojusvahetus ümbritseva keskkonnaga. Suletud süsteemi siseenergia muutus ∆ U üleminekul algolekust lõppolekusse on võrdne süsteemile antava soojushulga q ja tema heaks tehtava töö w summaga. Süsteem võib ka energiat kaotada, st teha tööd või anda ära mingi osa soojusest. Seega muutub suletud süsteemi energia energiavahetuse tõttu keskkonnaga. 3. Protsessifunktsioonid. Energia, töö, soojus. Termodünaamika I seadus. Olekufunktsioonid. Paisumistöö. Kalorimeetria. Siseenergia. Nimetage ja seletage termodünaamika esimesest seadusest tulenevaid järeldusi Isohooriline, isobaariline ja isotermiline. Energia on keha või jõu võime teha tööd. Siseenergia – Siseenergia muut on võrdne soojusefektiga konstantsel ruumalal qv=∆U, süsteemi summaarne võime teha tööd, süsteemi koguenergia. Kui teeme tööd, siis siseenergia kasvab

Füüsika

doc

Füüsikaline- ja kolloidkeemia

protsesside kulgemise üldised füüsikalised seaduspärasused. (adsorptsioon, aurustumine, sulamine, difusioon, elektrolüüs jne) Termodünaamika Termodünaamika uurib ainult makrosüsteeme, mitte üksikuid molekule või nende osi. Termodünaamika on teadus energia muundumistest. Termodünaamiline süsteem süsteem, mida saab ümbritsevast keskkonnast eraldada ja eksperimentalselt uurida. Termodünaamika ajalugu Õpetus termiliste protsesside soojusefektidest ja tööst. Klassikaline termodünaamika tekkis 19.sajandi keskel. Tänapäeval uurimisobjekt: erinevate energiavormide vastastikused üleminekud mitmesugustes füüsikaliste ja keemilistes protsessides. Süsteemid ja ümbritsev keskkond Süsteemide jaotus teda väliskeskkonnaga siduvate protsesside järgi: avatud - toimub nii energia- kui ka ainevahetus ümbritseva keskkonnaga suletud - puudub ainevahetus ümbrusega, aga võib toimuda energiaülekanne kas töö (mehaaniline toime) või soojusena (termiline toime).

Füüsikaline ja kolloidkeemia

docx

Füüsikaline keemia konspekt

Füüsikaline keemia Füüsikaliseks keemiaks nimetatakse teadusharu, mille uurimisobjektiks on aine ehitus ja keemiliste protsesside kulgemise üldised füüsikalised seaduspärasused. (adsorptsioon, aurustumine, sulamine, difusioon, elektrolüüs jne) Termodünaamika Termodünaamika uurib ainult makrosüsteeme, mitte üksikuid molekule või nende osi. Termodünaamika on teadus energia muundumistest. Termodünaamiline süsteem süsteem, mida saab ümbritsevast keskkonnast eraldada ja eksperimentalselt uurida. Termodünaamika ajalugu Õpetus termiliste protsesside soojusefektidest ja tööst. Klassikaline termodünaamika tekkis 19.sajandi keskel. Tänapäeval uurimisobjekt: erinevate energiavormide vastastikused üleminekud mitmesugustes füüsikaliste ja keemilistes protsessides. Süsteemid ja ümbritsev keskkond

Füüsikaline ja kolloidkeemia

doc

Rakenduskeemia

Seega tuleb arvesse võtta ka keskkonna entroopia muutust. Eksotermilise reaktsiooni käigus eraldub keskkonda soojust, mis põhjustab seal märgatava entroopia kasvuIsoleeritud süsteemi moodustavad süsteem ise ja teda ümbritsev keskkond. Summaarne entroopiamuut avaldub: Protsess on spontaanne, kui Ssum on positiivne. Seega võib süsteemi entroopia ka kahaneda, kui selle arvelt keskkonna entroopia vähemalt samapalju kasvab. Termodünaamika II seaduse põhiliseks rakenduseks keemias on reaktsiooni iseeneslikkuse hindamine. Selleks tuleb: leida süsteemi entroopiamuut; leida süsteemi entalpiamuut ja arvutada sellest keskkonna entroopiamuut; liita need kaks entroopiat. Lihtsam oleks seda teha, kui peaks arvestama reaktsiooni hindamiseks vaid ühe parameetriga. Selliseks parameetriks on Gibbsi vabaenergia (konstantsel rõhul ja temperatuuril). G = H -TS Gibbsi vabaenergia on olekufunktsioon.

Rakenduskeemia

Rohkem sarnaseid