Химическая термодинамика: Конспект лекций (Законы термодинамики. Равновесия химических реакций. Графическое представление условия равновесия фаз)

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ...................................................................................................... 4

1.1 Введение........................................................................................................................ 4

1.2. Основные понятия и определения химической термодинамики........................... 5

2. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ......................................................................... 10

2.1. Формулировка первого закона термодинамики..................................................... 10

2.2. Теплоёмкость, энтальпия.......................................................................................... 11

2.3. Стандартные состояния (р = 1 атм, наиболее устойчивая структура)................. 13

2.4. Теплоты реакций. Закон Гесса. Закон Кирхгоффа................................................ 14

2.5. Теплоты образования вещества (Н_f)........................................................................ 16

3. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ......................................................................... 17

3.1. Равновесие. Стабильность (устойчивость) равновесия......................................... 18

3.2. Критерии равновесия (однокомпонентные системы), энергии Гельмгольца А (Т,V) и Гиббса G (р, T), энтальпия H (S, р).................................................................... 19

3.3. Политропические процессы..................................................................................... 21

3.4. Основные соотношения термодинамики закрытой системы (работа связана только с преодолением внешнего давления: dw = pdV)............................................... 24

4.ТРЕТИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ........................................................................... 26

4.1. Формулировка Нернста (1906)................................................................................. 26

4.2. Формулировка Льюиса (1923).................................................................................. 26

4.3. Формулировка Гугенгейма (1949)........................................................................... 27

4.4. Изменение энтальпии и энтропии (пример).......................................................... 28

4.5. Энтропия химических реакций................................................................................ 29

5. многокомпонентные системы........................................................................ 29

5.1. Химический потенциал............................................................................................ 29

5.2. Экстенсивные свойства. Уравнение Гиббса-Дюгема............................................ 30

5.3. Основные соотношения для многокомпоненьных гомогенных систем.............. 31

5.4. Соотношения для химического потенциала........................................................... 33

5.4.1. Химический потенциал чистого идеального газа............................................... 33

5.4.2. Химический потенциал чистого реального газа. Летучесть............................. 34

5.4.3. Химические потенциалы газовых смесей............................................................ 34

5.4.4. Идеальный раствор неидеальных газов................................................................ 35

5.4.5. Химические потенциалы твёрдых и жидких растворов. Активность............... 36

6. РАВНОВЕСИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.................................................................. 37

6.1. Случай равновесия одной химической реакции.................................................... 37

6.2 Влияние температуры и давления на константу равновесия................................. 40

6.3 Гетерогенные химические равновесия..................................................................... 43

6.4. Случай нескольких одновременно протекающих реакций.................................. 44

7. Равновесия ФАЗ В ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ (ЗАКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ)........................................................................................................................... 47

7.1. Фазовые переходы первого и второго рода............................................................. 47

7.2. Стабильность фаз в однокомпонентных системах................................................ 48

7.3. Теплота фазового перехода...................................................................................... 50

7.4. Существование двух фаз. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона (однокомпонентные системы)........................................................................................ 50

7.5. Фазовые диаграммы.................................................................................................. 52

7.6. Примеры фазовых равновесий (диаграмм) однокомпонентных систем............. 53