Лекция № 2

Дополнительная

Основная

Литература

1. Артеменко А.И. Органическая химия. – М.: «Высшая школа», 2003. – 605 с.

2. Киреев В.А. Краткий курс физической химии. – М.: «Химия», 1978. – 622 с.

3. Артеменко А.И. Органическая химия. – М.: «Высшая школа», 1987. – 430 с.

 

«Законы термодинамики»

Краткое содержание лекции

В химической термодинамике изучается применение законов термодинамики к химическим и физико-химическим явлениям и рассматриваются главным образом:

1. Тепловые балансы процессов;

2. Фазовые равновесия для индивидуальных веществ и смесей;

3. Химическое равновесие.

Тепловые балансы составляются на основе первого закона (начала) термодинамики. Фазовые и химические равновесия анализируются на основе второго и третьего законов (начал) термодинамики.

Всякий объект термодинамического изучения называется системой. Совокупность тел, могущих обмениваться между собой или с другими телами энергией и веществом, называется термодинамической системой.

Первый закон термодинамики.Первый закон термодинамики непосредственно связан с законом сохранения энер­гии, который устанавливает эквивалентность различных форм ее. Первый закон устанавливает связь между количеством теплоты, полученной или выделенной в процессе, количеством произведен­ной или полученной работы и изменением внутренней энергии системы.

Ряд следствий, вытекающих из него, имеет большое значение для физической химии и для решения различных производственных задач. Расчеты энергетического и, в частности, теплового баланса, расчеты тепловых эффектов различных процессов могут быть осуществлены с помощью этого закона. Первый закон термо­динамики является постулатом: он не может быть по существу доказан логическим путем, а вытекает из суммы всего человеческого опыта.

Справедливость этого закона доказывается тем, что ниодно из следствий, к которым он приводит, не находится в противоречии с опытом.

В установлении современной формы выражения первого закона термодинамики большую роль сыграли работы Г.И.Гесса (1840), Р.Майера (1842), Джоуля (1847), Гельмгольца (1847) и др.

Можно дать несколько формулировок первого закона, которые по существу равноценны одна другой. Закон сохранения энергии в применении его к термодинамическим процессам является одним из таких выражений первого закона термодинамики. Как известно, закон сохранения энергии устанавливает, что

если в каком-нибудь процессе энергия одного вида исчезает, то вместо нее появляется энергия в другой форме в количестве, строго эквивалентном первому.

Любые переходы энергии соответствуют закону эквивалентности, т.е.

разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных, всегда одинаковых соотношениях.

 

Отсюда вытекает, что

в любой изолированной системе общий запас энергии сохраня­ется постоянным.

Так как все виды энергии являются соответствующими формами движения материи, то закон сохранения энергии выражает неуничтожаемость движения.

Поскольку работа представляет собой одну из форм перехода энергии, то из указанных положений следует невозможность со­здания вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода, т.е. такого механизма (машины), который бы давал возможность получить работу, не затрачивая на это соответствующего количества энергии. Иначе говоря,

вечный двигатель первого рода невозможен

Большое значение имеет следующая формулировка первого за­кона, непосредственно вытекающая из постоянства запаса внут­ренней энергии изолированной системы:

В любом процессе приращение внутренней энергии какой-нибудь системы равно количеству q сообщенной системе теплоты минус количество А работы, совершённой системой

ΔU = q-A (1.2)

(все величины, разумеется, должны быть выражены в одинаковых единицах измерения). Это соотношение следует рассматривать как математическое выражение первого начала термодинамики. Поль­зуясь им, можно дать термодинамическое определение понятия внутренней энергии как величины, приращение которой в процессе равно сообщенной системе теплоте, сложенной с работой, совер­шенной над системой внешними по отношению к ней силами.

Из трех величин, входящих в соотношение (1.2), только одна — изменение внутренней энергии ΔU — однозначно опреде­ляется начальным и конечным состояниями системы и не зависит от пути перехода. Остальные же две таким свойством не обладают. Каждая из них в отдельности зависит от способа совершения процесса, хотя разность их от этого не зависит.

Для процессов, связанных лишь с бесконечно малыми применениями, ур (1.2) удобно придать вид:

dU= (1.3)