Химическая термодинамика: Конспект лекций (Законы термодинамики. Равновесия химических реакций. Графическое представление условия равновесия фаз), страница 5

Интенсивные термодинамические параметры не зависят от массы термодинамической системы (например, температура).

Параметры бывают внутренними и внешними. Внешние параметры характеризуют состояние внешних тел. Например, внешний объем.

Совокупность термодинамических параметров определяет состояние системы.

В термодинамике выделяют несколько типов систем по их способности взаимодействовать с внешней средой.

Изолированная система - система, которая не обменивается ни энергией, ни веществом с другими системами.

Открытая система - система, в которой имеет место обмен веществом и энергией с другими системами.

Закрытая система - система, в которой отсутствует обмен веществом, но может иметь место обмен энергией с другими системами.

Адиабатная система – система, в которой отсутствует теплообмен с другими системами.

Отдельные части термодинамической системы могут представлять подсистемы различных типов. Представим реакционный сосуд, помещенный в достаточно большой термостат, который, в свою очередь, окружен изолирующей оболочкой. В этом случае всю систему в целом будем считать изолированной. Реакционный сосуд может обмениваться энергией с термостатом, и поэтому представляет собой закрытую систему. Если в реакционном сосуде происходит химическая реакция, сопровождаемая, например, выпадением осадков, то любой мысленно выделенный маленький объем внутри реакционного сосуда будет представлять открытую систему по отношению к переносу веществ внутри системы.

Термодинамическим процессом называют изменение состояния системы, характеризующееся изменением ее термодинамических параметров.

Процесс, при протекании которого система снова возвращается в исходное положение, называется круговым или циклическим.

Все процессы, встречающиеся в природе, можно разделить на самопроизвольные (естественные) и несамопроизвольные. Самопроизвольные процессы – это такие процессы, которые не требуют затрат энергии извне. Например, процессы перехода теплоты от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, растворение соли в воде, смешение двух газов и подобные процессы протекают сами собой, т.е. являются самопроизвольными процессами. Несамопроизвольные процессы требуют для своего протекания подвода энергии из внешней среды. Например, при процессе разделения воздуха на кислород и азот обязательно требуется затратить энергию.

Равновесное состояние – это состояние, в которое приходит система при постоянных внешних условиях, характеризующееся неизменностью во времени термодинамических параметров и отсутствием в системе потоков вещества и теплоты. Постоянство параметров во времени не должно быть связано c протеканием какого-либо процесса, внешнего по отношению к системе.

Утверждение о том, что протекание самопроизвольного процесса, в конечном счёте, приводит систему в равновесное состояние, является одним из постулатов термодинамики.

Равновесные (квазистатические) и неравновесные процессы*. Под равновесным термодинамическим процессом понимают такой процесс, который протекает бесконечно медленно через непрерывный ряд состояний, бесконечно близких к равновесным состояниям. Рассмотрим расширение газа в цилиндре с поршнем (рис. 1.1). Допустим, что поршень нагружен гирьками с одинаковым весом (внешнее давление). Точкой М (рис. 1.2) представим исходное равновесное состояние системы. После снятия одной гирьки (рис. 1.1) давление и объём газа в системе изменяется скачком. Новое равновесное состояние, в которое придёт система после снятия первого грузика, обозначим точкой 1. После снятия второго грузика давление и объём системы опять изменятся скачком, и система снова придёт в состояние равновесия (точка 2). Допустим, что данная операция повторяется четыре раза, тогда изменения давления и объёма в системе изобразятся нижней ломаной линией MN (рис. 1.2, а), где точка N – конечное равновесное состояние системы. Заштрихованная площадь между нижней ломаной линией MN и осью абсцисс будет равна совершенной системой работе w_п в процессе расширения газа:

 = å р_i DV_i ,(1.1)