Реферат: Основные понятия и законы химии
Открытая система - такая, которая может обмениваться с окружающей средой веществом и энергией.
Изолированная - не может обмениваться ни тем, ни другим.
Нас будет чаще всего интересовать промежуточный случай - когда обмен энергией возможен, а веществом - нет. Назовем такую систему закрытой .
Параметры состояния системы - набор величин, задание которых однозначно определяет равновесное состояние системы. Наиболее естественный набор параметров - это Т, р, х (состав). Кроме того, нужно указать общую массу или общее количество вещества. Чаще всего все характеристики относят к одному молю. Например, если задано, что система содержит 70 ат. % кислорода О (не О2 ) и 30 ат. % железа, при общем количестве атомов 1 моль и находится в равновесии при 800°С и давлении в 1 атм. - этим определяется, что мы имеем смесь Fe2 O3 (тв.) и О2 (газ), можно предсказать объем системы. Жестко заданы и все прочие свойства системы.
Но можно задать и другой набор параметров, например, Т, V, х. Тогда давление уже не может быть произвольным, оно однозначно вытекает из этих параметров.
ЭНЕРГИЯ . Вообще говоря, система может двигаться как целое (кто-то кинул стакан с раствором) и иметь кинетическую энергию, может находиться во внешних полях (гравитационном, электрическом, магнитном...) и иметь потенциальную энергию. Но эти случаи мы пока рассматривать не будем. Основное внимание обратим на внутреннюю энергию U. U - это совокупность всех видов потенциальной и кинетической энергии частиц внутри системы: молекул, атомов, ионов, электронов, ядер, внутриядерных частиц. Она включает и те виды взаимодействий, о которых мы еще не знаем. Поэтому нельзя измерить абсолютное значение U. Но зато можно определить ее изменения в различных процессах. U однозначно определяется состоянием системы и потому называется функцией состояния .
Первое начало (первый закон) термодинамики - он же закон сохранения энергии. Подводимая к системе теплота Q расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы А: Q = DU + А
Здесь DU = U2 - U1 , где 1 означает начальное, 2 - конечное состояние, А означает все нетепловые формы передачи энергии: механическую работу (например, работу расширения в цилиндре двигателя), электрическую работу источника тока, электромагнитное излучение и др.
Q - подводимая теплота. Но если я не подвел, а отвел 100 Дж - применим ли закон? Конечно, только Q = - 100 Дж. Отвыкайте от значков +Q, -Q. Знак ставим перед цифрой, а не перед буквой.
Допустим, что никакой работы не совершается, А = 0: нет эл. тока, нет излучения, нет работы расширения (V = const, то есть процесс изохорный). Тогда Q = DU. Теперь можно дать более наглядное определение U, прямо опирающееся на эксперимент: U - это функция состояния, изменение которой равно тепловому эффекту изохорного процесса.
Теперь рассмотрим изобарный процесс, р = const. Теперь уже V не постоянен, возможна работа. Для наглядности рассмотрим цилиндр с поршнем (рисунок). 1 и 2 - начальное и конечное положения поршня, S - его площадь, h - перемещение. Допустим содержимое цилиндра нагрелось, расширилось и совершило работу (подняло груз).
F = pS; A = Fh = pSh = pDV = p(V2 -V1 )
Q = DU + A = DU + pDV = U2 - U1 +PV2 - pV1 = (U2 + pV2 ) - (U1 +pV1 ) = (U +pV)2 - (U+pV)1 .
Напрашивается еще одна функция состояния H = U +pV, такая, что при изобарном процессе Q = DH.
Энтальпия Н - функция состояния системы, изменение которой равно тепловому эффекту изобарного процесса.
Мы будем измерять на опыте тепловой эффект нейтрализации. Допустим, у нас есть сосуд с идеальной теплоизоляцией, а в нем растворы кислоты и щелочи, разделенные перегородкой. Мы убираем перегородку, происходит реакция. Что с температурой ? Она повышается. Что с энтальпией? Она пока не меняется! Ведь теплота наружу не выделилась!. Q = 0 по условию. Когда мы говорим, что процесс экзотермический, что теплота выделяется, то предполагаем, что процесс идет при постоянной температуре, а теплоту все время отводят . Поэтому указывают DH при постоянной температуре. Значит, для определения DH мы должны охладить продукты до начальной температуры и определить Q (<0) либо экспериментально, либо расчетом через теплоемкости. Мы в практикуме будем делать второе.
Экзотермическим процессам соответствует DH (или DU) < 0 - система теряет энергию, а эндотермическим DH (или DU) > 0.
Не пишите DH в химические уравне?