Первый закон термодинамики непосредственно связан с законом сохранения энергии. Он позволяет рассчитывать тепловые балансы различных процессов, в том числе и химических реакций. Формулировка этого закона основана на введении понятий внутренней энергии системы U, работы w и теплоты q.
Второй закон термодинамики – закон о возможности протекания самопроизвольных процессов. На основании второго закона термодинамики можно предсказать, при каких внешних условиях возможен процесс, и в каком направлении он будет протекать. Формулировка этого закона основана на введении понятия энтропии S. Второй закон термодинамики – это закон изменения энтропии.
Третий закон термодинамики – закон об абсолютном значении энтропии, который был сформулирован уже в начале ХХ столетия. Третий закон термодинамики позволяет вычислить константу равновесия химической реакции, а, следовательно, и максимально возможный выход продукта реакции, не прибегая к опытному её определению ни при одной из температур.
Объектами исследования в термодинамике являются только макроскопические системы, т.е. системы, состоящие из очень большого числа частиц. При термодинамических исследованиях любого процесса не рассматривается молекулярная структура вещества, характер сил взаимодействия между молекулами, механизм процесса, ничего не говорится и о скорости процесса. Та часть термодинамики, которая имеет дело с применением указанных трёх законов к химическим процессам и фазовым переходам, называется химической термодинамикой. Химическая термодинамика разрабатывает наиболее рациональные методы расчёта тепловых балансов при протекании химических и физико-химических процессов; раскрывает закономерности, наблюдаемые при равновесии; определяет наиболее благоприятные условия для осуществления термодинамически возможного процесса; условия, при которых можно свести к минимуму все побочные процессы; термодинамическую устойчивость веществ.
Примеры термодинамических задач:
1. Исходные вещества Fe, Ni, C. Что будет представлять собой вещество после нагрева смеси до 20000С?
2. Какова температура плавления сплава 96% Fe + 4%C ?
3. Как влияют давление и размер частицы 96% Fe + 4%C на температуру плавления и испарения частицы? (Важно знать, например, при нанесении покрытий методом плазменного напыления)
4. Какие вещества и в каком количестве будут получены в результате химических реакций при определенной температуре и давлении из исходной газовой смеси заданного состава?
Химическая термодинамика особенно быстро развивалась в ХХ в. На её основе проведены фундаментальные исследования по синтезу аммиака, метанола и получения ряда органических веществ, имеющих большое народнохозяйственное значение, синтезированы искусственные алмазы и др. Разработаны более совершенные установки для определения тепловых эффектов реакций и теплоёмкостей, которые позволили значительно снизить экспериментальные ошибки, что, в свою очередь, дало возможность с большей точностью вычислять константы равновесия химических процессов. В этот же период времени были предложены более совершенные методы расчёта химического и фазового равновесий как при низких, так и при высоких давлениях. Проводились и в настоящее время проводятся обширные термодинамические исследования в области растворов. Особую важность приобрели термодинамические исследования электрохимических процессов.
Таким образом, химическая термодинамика имеет большое значение, как при теоретических исследованиях различных химических процессов, так и при решении производственных задач. Химическая термодинамика способствовала появлению ряда новых производств и совершенствованию старых, в свою очередь, производство ставило перед химической термодинамикой ряд новых задач и тем самым обогащало её содержание. В ХХ в. на базе молекулярно-кинетической теории и квантовой механики возникла статистическая термодинамика. Статистическая термодинамика позволяет глубже раскрыть смысл многих понятий, которыми оперирует классическая термодинамика; используя спектроскопические исследования, она позволяет рассчитывать с высокой точностью термодинамические функции и химическое равновесие.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.