2. Основы химической термодинамики

2.1. Основные термины и определения

Химическая термодинамика применяет положения и законы общей термодинамики к изучению химических явлений. Для вывода закономерностей химической термодинамики нужно знать начальное и конечное состояние системы, а также внешние условия, при которых протекает процесс (температура, давление и т.п.). Химическая термодинамика не позволяет делать какие-либо выводы о внутреннем строении вещества и механизме протекания процессов. В химической термодинамике применяются те же понятия, что и в общей термодинамике.

Системой называется отдельное тело или группа тел, находящихся во взаимодействии и обособленных от окружающей среды реальной или воображаемой оболочкой (границей).

Изолированной системой называют такую систему, которая не обменивается теплотой и работой с окружающей средой, т.е. энергия и объём которой постоянны. Если через границу переходит энергия и вещество, то система называется открытой, если происходит переход только энергии, система называется закрытой. Теплота может поступать в закрытую систему или выделяться из неё.

Когда система обменивается теплотой и работой с окружающей средой, происходят изменения, как в системе, так и в окружающей среде. Если граница не пропускает теплоту, то процесс, происходящий в системе, называют адиабатическим, а границу – адиабатической оболочкой.

Состояние системы – совокупность физических и химических свойств, характеризующих эту систему. Состояние термодинамической системы характеризуется термодинамическими параметрами (функциями).

Шесть параметров, представленных в таблице 2 достаточно для изображения всех нужных нам термодинамических соотношений. Однако, часто при математических операциях с этими параметрами некоторые их комбинации периодически повторяются. В таких случаях обычно вводят новую функцию: внутреннюю энергию – U, энтропию – S, энтальпию – H, энергию Гиббса(G) и Гельмгольца (А), теплоёмкости – С_р, С_v.

Таблица 2.

Общепринятые термодинамические параметры

Параметр	Определяющее уравнение	Размерность
давление, р	(H/м2)	Па
Объём, V	трёхмерное пространство, занимаемое системой	м3
число молей, n		моль
температура, T	для тройной точки воды: Т = 273,16; для идеального газа:	К
работа,W	W = ∫ рвн·dV , работа, совершаемая системой против внешнего давления	Дж
теплота, Q	число джоулей тепла, перешедших в систему	Дж

Термодинамический процесс – всякое изменение в системе, связанное с изменением хотя бы одного из термодинамических параметров. Если изменение параметра зависит только от начального и конечного состояний и не зависит от пути процесса, то такой параметр называется функцией состояния, а его бесконечно малое изменение есть полный дифференциал. Например, Т – термодинамическая температура, является функцией состояния, поэтому бесконечно малое изменение Т является полным дифференциалом, пишем dT.

W – работа - не является функцией состояния, поэтому бесконечно малое изменение W не является полным дифференциалом, пишем δW.

Круговым процессом, или циклом, называется процесс, при котором термодинамическая система, выйдя из некоторого начального состояния и претерпев ряд изменений, возвращается в то же самое состояние; в этом процессе изменение любого параметра состояния равно нулю. В зависимости от условий протекания различают процессы изобарный (р = const), изотермический (Т = const),адиабатический, изохорный (V = const), изобарно-изотермический и др.