3.Типы термодинамических систем (изолированные, закрытые, открытые). Типы термодинамических процессов (изотермические, изобарные, изохорные). Стандартное состояние.

По взаимодействию с окружающей средой термодинамические системы делят на:

открытые – обмениваются с окружающей средой веществом и энергией (например, живые объекты);

•закрытые – обмениваются только энергией (например, реакция в закрытой колбе или колбе с обратным холодильником), наиболее частый объект химической термодинамики;

•изолированные – не обмениваются ни веществом, ни энергией и сохраняют постоянный объем (приближение – реакция в термостате).

В химической термодинамике различают процессы:

Изохорные - происходящие при постоянном объеме (V=const)

Изобарные - происходящие при постоянном давлении (р=const)

Изотермические- происходящие при постоянной температуре (Т=const)

Состояние системы определяется совокупностью ее физических и химических свойств. Каждое состояние системы характеризуется определенными величинами этих свойств. Если эти свойства изменяются, то изменяется и состояние системы, если же свойства системы не изменяются со временем, то система находится в состоянии равновесия.

Для сравнения свойств термодинамических систем необходимо точно указать их состояние. С этой целью введено понятие – стандартное состояние, за которое для индивидуальной жидкости или твердого тела принимается такое физическое состояние, в котором они существуют при давлении в 1 атм (101315 Па) и данной температуре 298К.

Величины, относящиеся к стандартному состоянию, пишутся с индексом «о» .

Так, например, уравнение Клапейрона–Менделеева является уравнением состояния идеального газа:

РV = nRT где Р – давление, V – объем, n – число молей идеального газа, Т – его абсолютная температура и R– универсальная газовая постоянная.

4. Первое начало термодинамики. Формулировка. Математическое выражение. Энтальпия. Применение первого начала термодинамики к биосистемам.

Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения материи и рассматривает сохранение энергии при разных превращениях одних форм движения материи в другие.

Можно дать несколько эквивалентных формулировок первого закона термодинамики:

1. Энергия не исчезает без следа и не возникает ни из чего, а только переходит из одного вида в другой в эквивалентном количестве.

2. В любой изолированной системе общий запас энергии всех видов сохраняется неизменным.(Σ_Е=сonst)

3. Вечный двигатель первого рода невозможен, то есть периодически действующая машина, что дает работу, не расходуя энергии, невозможна.

 

Математическое выражение первого закона термодинамики:

Q=ΔU+A

Энтальпия(Н) - сумма внутренней энергии системы и произвеения объема на давление. Это ТД функция, характеризующая энергетическое состояние системы при изобарно-изотермических условиях. Являтся экстенсивным параметром, зависит от количества вещества, температуры, давления, но не от пути прохождения реакции(закон Гесса).

Обратите внимание, что выделению теплоты в химической реакции (экзотермической) соответствует ΔH < 0, а поглощению (эндотермической) ΔH > 0. В старой химической литературе была принята противоположная система знаков (!) (Q > 0 для экзотермических реакций и Q < 0 для эндотермических).

Изменение энтальпии (тепловой эффект) не зависит от пути реакции, а определяется только свойствами реагентов и продуктов (закон Гесса, 1836)

-ΔE = -Q – W–в биологических системах, т.к работа совершается системой за счёт убыли внутренней энергии, теплота отдаётся во внешнюю среду.