Основные определения и положения химической термодинамики. Взаимосвязь между основными законами, страница 2

Термодинамическая система характеризуется физическими и химическими свойствами вещества, которое занимает ее объем в пространстве. Поэтому отдельные молекулы, атомы или небольшие группы атомов, молекул нельзя рассматривать в качестве термодинамической системы, поскольку для  выполнения измерений необходимо, чтобы термодинамическая система имела достаточно большие размеры и длительное время существования. Этим условиям отвечает так называемое  макроскопическое состояние системы. Это состояние описывается термодинамическими параметрами. Например, для идеального газа основными термодинамическими параметрами являются давление, температура, объем и число молей газа (количество вещества). Эти характеристики в случае идеального газа связаны уравнением состояния Клапейрона – Менделеева (1.3) pV = Nrt. Важнейшие характеристики, отличающие различные системы идеального газа, представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Характеристики термодинамических систем

*⁾Фаза -  часть системы, отделенная от других частей поверхностями раздела и обладающая во всех своих точках[3] одинаковыми физическими и химическими свойствами.

Другим важнейшим термодинамическим признаком идеального газа является подчинение закону Гей-Люссака -Джоуля[4], который гласит, что внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры и не зависит от объема и давления, т.е. dU=(¶U/¶T)_v dT =(dU/dT)dT

Типовой пример

Хлор, массой 30 г занимает объем равный 5 л при температуре 27° С. Найти давление.

Предположим, что при заданных условиях хлор можно имеет свойства идеального газа.

С учетом того, что:  pV = nRT   и n= m/M(Cl)

где:  n – количество  вещества в  молях; R = 8,314 Дж/(К×моль) - молярная газовая постоянная; р – давление газа, Па;  V -  объем, м³;  Т – температура, выраженная в шкале  Кельвина Т= t^oС + 273.

 Имеем              

4,215∙10⁵  Па

Ответ  4, 215 ∙10⁵  Па

Иногда гомогенную систему отождествляют с однородной системой. Комиссия по терминологии в термодинамике приводит следующее определение однородной системы - это « система, во всех частях которой свойства одинаковы» [23].

Следует отметить, что понятие изолированная система является абстрактным, т.к. в действительности таких систем нет и быть не может, поскольку нет материалов, которые не проводили бы теплоту.

Примером закрытой системы может служить газ, находящийся в баллоне. Газ нагревается или охлаждается в зависимости от температуры среды. Массообмен со средой в такой системе отсутствует. Если открыть вентиль баллона газ начинает выходить наружу - осуществляется массобмен. Система из закрытой переходит в открытую.

Приведенные в этой таблице уравнения, описывают системы представленные идеальным газом. Здесь: Q–теплота, p – давление, V–объем системы, U - внутренняя энергия,dE_M  иdE* - соответственно вклады в изменение энергии, связанные с изменением массы системы  (массообменом) и обменом энергией между системой и окружающей средой.