- •Министерство образования и науки
- •Предисловие авторов
- •Содержание
- •1 Химическая термодинамика
- •1.1 Первое начало термодинамики
- •1.1.1 Основные понятия и определения
- •1.1.2 Первое начало термодинамики
- •1.1.3 Теплоемкость
- •1.1.5 Типы тепловых эффектов
- •1.1.4 Работа и теплота термодинамических процессов
- •1.1.6 Способы определения тепловых эффектов при постоянной температуре
- •1.1.7 Зависимость теплового эффекта реакции от температуры
- •1.1.8 Примеры решения задач
- •1.1.9 Вопросы для самоконтроля
- •1.2 Второе начало термодинамики
- •1.2.1 Основные понятия и определения
- •1.2.2 Математическое выражение
- •1.2.3 Изменение энтропии как критерий обратимости и необратимости процессов
- •1.2.4 Критерии направленности процессов в реальных системах
- •1.2.5 Расчет изменения энтропии в различных процессах
- •1.2.6 Фугитивность и коэффициент фугитивности реальных газов
- •1.2.7 Химический потенциал идеального и реального газа
- •1.2.8 Примеры решения задач
- •1.2.9 Вопросы для самоконтроля
- •1.3 Химическое равновесие
- •1.3.1 Закон действующих масс
- •1.3.2 Способы выражения константы равновесия
- •1.3.3 Выражение состава равновесной смеси
- •1.3.4 Влияние различных факторов на смещение равновесия (на состав равновесной смеси)
- •1.3.5 Мера химического сродства. Направление самопроизвольного протекания химической реакции
- •1.3.6 Методы определения константы равновесия при различной температуре (из справочных данных)
- •1. Из термодинамических свойств веществ:
- •4. Из логарифмов констант равновесия реакций образования некоторых веществ, lgKaf.
- •1.3.7 Примеры решения задач
- •1.3.8 Вопросы для самоконтроля
- •2 Фазовые равновесия
- •2.1 Основные понятия и определения
- •2.2 Однокомпонентные системы
- •2.3 Примеры решения задач
- •2.4 Вопросы для самоконтроля
- •2.5 Двухкомпонентные системы
- •2.5.1 Термический анализ как часть физико-химического анализа
- •2.5.2 Равновесие раствор – кристаллический компонент
- •2.5.3 Кривые охлаждения
- •2.5.4 Диаграмма плавкости двухкомпонентной системы с простой эвтектикой
- •2.6 Диаграммы состояния с образованием химического соединения
- •2.6.1 Определение состава фаз и относительного количества фаз
- •2.6.2 Диаграмма состояния системы с устойчивым химическим соединением
- •2.6.3 Диаграмма состояния системы с неустойчивым химическим соединением (с перитектическим превращением)
- •2.7 Диаграмма состояния с ограниченной растворимостью в жидком состоянии (с монотектическим превращением)
- •2.8 Твердые растворы
- •2.8.1 Диаграмма состояния с полной растворимостью в жидком и твердом состоянии
- •2.8.2 Диаграмма состояния с ограниченной растворимостью в твердом виде
- •1. Диаграммы с эвтектическим превращением
- •2. Диаграмма с перитектическим превращением
- •2.8.3 Примеры разбора диаграмм
- •2.8.4 Вопросы для самоконтроля
- •Литература
1.2.5 Расчет изменения энтропии в различных процессах
Таблица 1.3 - Изменение энтропии в различных процессах
|
№ |
Процесс |
S |
|
1 |
Изменение температуры при V,n = const
|
|
|
2 |
Изменение температуры при P,n = const |
|
|
3 |
Фазовые превращения при Р,Т = const |
|
|
4 |
Изменение Т и V |
|
|
5 |
Изменение Т и Р |
|
|
6 |
Изменение Т,Р, V |
|
|
7 |
Смешение газов при Т = const, P = const |
|
|
8 |
Химическая реакция |
|
|
9 |
Изменение объема или давления при Т = const |
|
При расчёте абсолютной энтропии системы,S, следует воспользоваться следующими пояснениями. При переходе системы из состояния I в состояние 2:
S = S2-S1; отсюда S2 = S1+ S
S1
– энтропия при Т = 0 К, равная нулю.
Следовательно,
.
В значение
входятS
всех стадий, необходимых для перехода
системы от 0 К до данной температуры
(нагревание, фазовые превращения).
Абсолютные значения
энтропий веществ приведены в справочниках
для стандартного состояния (298 К, Р = 1
атм.), поэтому для расчета S2
нет необходимости отсчитывать S
от 0 К, а можно взять в качестве S1
= S0298
и
,
тогда:
(1.14)
где S - cумма изменений энтропии всех стадий перехода из состояния I в состояние II (здесь могут быть стадии изменения температуры, давления, фазовых превращений).
1.2.6 Фугитивность и коэффициент фугитивности реальных газов
Наиболее простой моделью системы многих частиц является идеальный газ. По определению, это газ, состоящий из точечных материальных частиц с конечной массой, между которыми отсутствуют силы, действующие на расстоянии, и которые сталкиваются между собой по законам соударения шаров. Можно без большой ошибки полагать, что вплоть до давлений порядка 50 атм. большинство газов подчиняется уравнению состояния идеального газа:
(1.15)
При более высоких давлениях следует учитывать отступление от идеальности, которое зависит от сил межчастичного взаимодействия. В связи с этим, для газов в реальном состоянии в уравнении (1.15) вместо давления вводят некоторую функцию давления – фугитивность, f:
,
![]()
где
- коэффициент фугитивности.
При Р0
газ принимает свойства идеального.
Тогда РРид.,
1,
fP.
Фугитивность имеет размерность давления,
а коэффициент фугитивности безразмерен.
![]()
1.2.7 Химический потенциал идеального и реального газа
Основным признаком химической реакции и многих процессов в растворах является изменение состава системы. Поэтому общее изменение энергии системы при различных процессах зависит не только от термодинамических параметров (P, V, T, S и т.д.), но и от количества вещества, участвующего в процессе. Рассмотрим на примере энергии Гиббса.
Так, G = f (P, T, n1, n2, n3 ….)
При Р, Т = сonst
G = f (n1, n2, n3…)
Полное изменение энергии Гиббса:
![]()
Величина
- называется химическим потенциалом.
Химический
потенциал i
– го компонента
– это изменение энергии Гиббса всей
системы при бесконечно малом изменении
количества данного газа (в расчете на
1 моль), при постоянных Р и Т и при
неизменных количествах прочих газов
(знак
- «кромеni»).
Химический
потенциал индивидуального газа,
,
равен энергии Гиббса одного моля этого
газа,
при
постоянных Р и Т. Химический потенциал
может быть выражен и через энергию
Гельмгольца:
![]()
![]()
При Т = const химический потенциал зависит от давления.
- для индивидуального
газа.
- для газа в смеси,
где
- стандартные химические потенциалы
(при Рi
= 1)
Следует отметить,
что величина Р под логарифмом является
относительной, то есть отнесенной к
стандартному давлению
,
следовательно – безразмерной.
Если давление выражено в атмосферах, то относится к 1 атм. , если в Паскалях – к 1,0133105 Па; если в мм.рт.ст. – к 760 мм.рт.ст. В случае реального газа вместо давления подставляем относительную фугитивность:
- для индивидуального
газа
- для газа в смеси

