Основы термодинамики химических систем

Основными разделами физической химии как науки является химическая термодинамика и кинетика химических процессов. Химическая термодинамика изучает взаимные превращения между химической энергией, теплотой и другими видами энергии. Химическая кинетика изучает вопросы о скорости химических реакций, о факторах, определяющие эти скорости, а также о механизме протекания химических реакций. Очень важными при создании технологических процессов производства РЭА и проведения анализа её отказов является изучение строения и структуры различных веществ, природа химических связей, агрегатные состояния веществ, изучение свойств растворов и электролитов, изучение влияния излучения на ход химических материалов и их строения. Физико-химический анализ один из методов исследования физико-химических макросистем. На основании изучения соотношений между физическими свойствами системы и изменением ее состава устанавливается характер взаимодействия её компонентов, рассматриваются изменения тепловых (теплопроводности, теплоемкости), оптических (показатель преломления), электрических (электрическая проводимость, диэлектрическая проводимость) свойств системы, а также изучается зависимость скорости превращений, происходящих в системе, от изменения состава данной системы.

Термодинамическая система является основным объектом химической термодинамики. Термодинамическая система есть совокупность тел, отдельных от внешней среды реальной или воображаемой границей. Она бывает открытой, закрытой или изолированной. Открытой она называется в том случае, если имеет место обмен с внешней средой веществом и энергией. Если они обмениваются только энергией, то ее называют закрытой. Изолированной её считают лишь в том случае, когда она лишена возможности обмениваться с внешней средой веществом и энергией. Она может состоять из одной (гомогенная система) или нескольких фаз (гетерогенная система). Каждая фаза имеет одинаковые термодинамические свойства во всех точках, то есть гомогенна и отделена от остальных фаз поверхностями раздела. По агрегатному состоянию фазы подразделяют на твердые жидкие и газообразные. Любая термодинамическая система характеризуется определенным состоянием, которое описывается термодинамическими переменными. Они описывают макроскопические свойства системы, они бывают экстенсивными и интенсивными. Экстенсивные – обладают свойством аддитивности и зависят от общего количества вещества системы. Их величина во всех точках системы одинакова. К ним относят объем (V), массу (m), количество вещества (). Интенсивные не обладают свойством аддитивностии не зависят от общего количества вещества системы. Их величина может быть одинакова во всех точках системы, а может быть и разная. К ним относят температуру (T), давление (p), концентрацию и др.

Под термодинамическим процессом понимают изменение состояния системы в результате взаимодействий с окружающей средой или другой системой. Процессы подразделяют на обратимые и необратимые. В природе все процессы являются необратимыми, поскольку при протекании того или иного процесса происходит потеря энергии (например вращение колеса замедляется вследствие потери энергии на трение). Необратимый процесс протекает самопроизвольно, в то время как обратимый имеет место только при наличии внешнего воздействия. Обратимый процесс является равновесным, с течением времени не происходит конечного изменения параметров состояния. Если термодинамический процесс протекает при каком-либо одном постоянном параметре состояния, то он называется изопроцессом. Различают следующие изопроцессы: изотермный (const t°C), изохорный (const V), изобарный (const P). Прохождение термодинамического процесса характеризуется превращением энергии, связанной с ее переходами, в виде теплоты и работы. Качественное различие между теплотой и работой состоит в том, что работа предполагает определенную направленность, организованность движения, а теплота отражает хаотичность движения, связанную с беспорядочным движением молекул и атомов. Вообще движущей силой процесса является разность потенциалов, она стремиться к нулевому значению. При этом система стремится к состоянию равновесия относительно того или иного фактора ( например жидкости с разной температурой выравниваются до средней).