“Fizik ve Fizik” dersinin konusu, içeriği ve amaçları kolloid kimyası" Gıda proses teknolojisinde fiziksel ve koloidalin önemi.

Konu ve içerik: Fiziksel kimya, kuantum mekaniği, istatistiksel fizik ve termodinamik, doğrusal olmayan dinamik, alan teorisi vb. gibi önemli fizik dallarının teorik yöntemlerini kullanan modern kimyanın ana teorik temelidir. Aşağıdakiler de dahil olmak üzere maddenin yapısının incelenmesini içerir: Moleküllerin yapısı, kimyasal termodinamik, kimyasal kinetik ve kataliz. Ayrı bölümler olarak fiziksel kimya ayrıca elektrokimya, fotokimya ve fiziksel kimyayı da ayırt eder yüzey olayları(adsorpsiyon dahil), radyasyon kimyası, metal korozyonunun incelenmesi, yüksek moleküler bileşiklerin fiziksel kimyası vb.

Görevler:

Reaksiyon kendiliğinden ilerleyebilir mi?

Reaksiyon meydana gelirse ne kadar derine ilerler (reaksiyon ürünlerinin denge konsantrasyonları nelerdir?)

Eğer tepki sürüyor, peki hangi hızda?

Gıda proses teknolojisinde fiziksel ve koloidalin önemi.

Gıda proses teknolojisi - bunlar kimyasal, fiziksel-kimyasal ve fiziksel yollar gıda hammaddelerinin işlenmiş ürünlere (ticari ürünler) dönüştürülmesi. Fiziksel ve kolloidal kimya gıda teknolojisi açısından büyük önem taşımaktadır. Kullanılan Gıda endüstrisi ve halka açık yiyecek-içecek hizmetlerinde, ham maddeler ve elde edilen ürünler çoğu durumda kolloidal veya yüksek moleküler sistemlerdir. Bu tür süreçler yemek üretimi Kaynatma, ayırma, damıtma, ekstraksiyon, kristalleştirme, çözünme ve hidrasyon gibi olaylar yalnızca fiziksel kimya yasalarıyla doğrulanabilir. Gıda üretiminin altında yatan tüm biyokimyasal süreçler aynı zamanda fiziksel kimya kanunlarına da uyar.

Gıda ürünlerinin kalite kontrolü aynı zamanda fiziksel kimya yöntemlerine de dayanmaktadır - asitlik, şeker, yağ, su, vitamin ve protein içeriğinin belirlenmesi.

Böylece, hammaddelerin işlenmesine ilişkin teknolojik sürecin rasyonel inşası için ve Objektif değerlendirme Ortaya çıkan ürünün kalitesini sağlamak için, bir gıda üretim uzmanının fiziksel ve koloidal kimya yasalarını bilmesi ve pratikte uygulayabilmesi gerekir.

Maddenin yapısının incelenmesinin unsurları: polarizasyon, kırılma ve moleküller arası etkileşimler.

Polarizasyon - elektronların ve atomların yer değiştirmesinin yanı sıra moleküllerin dış etkisi altında yönlendirilmesi Elektrik alanı. Polarizasyon şu şekilde olabilir:

Yönelim: Bir elektrik alanındaki moleküllerin yönelimini ifade eder.

Deformasyon – hem polar hem de polar olmayan moleküllerin karakteristiği. Ama sıcaklığa bağlıdır.

Moleküllerin polarize edilebilirliği ile maddenin polarize edilebilirliği arasında ayrım yapmak gerekir. İkincisi yalnızca dielektrikler için tipiktir.

Refraksiyon- bu, ışığın kırılmasıyla aynıdır, yani bu ışınların geçtiği ortamın kırılma indisi değiştiğinde ışık dalgalarının yönündeki değişiklik.

Moleküller arası etkileşim, moleküller arasında kırılmaya veya yenilerinin oluşumuna yol açmayan nispeten zayıf bir bağlantıdır. Kimyasal bağlar. (Van der Waltz kuvvetleri). Elektronlar ve çekirdekler ile bir molekülün diğerinin çekirdeği ve elektronları arasındaki etkileşime dayanırlar. Moleküller arası etkileşimlerin toplam enerjisi aşağıdaki bileşenlerden oluşur: E=E el +E zemin +E dağıtım . Elektrostatik, polarizasyon ve dağılım etkileşimlerinin enerjilerinin mevcut olduğu yer.

Elektrostatik – polar moleküllerin dipolleri arasındaki Coulomb çekim kuvvetini belirler ve kristallerde, gazlarda ve sıvılarda bulunur.

Polarizasyon, bir molekülün elektronik kabuğunun diğerinin elektrik alanının etkisi altında deformasyonunun neden olduğu, moleküllerin çekilmesine yol açan bir dipolün başka bir indüklenmiş dipol ile bağlantısıdır.

Dağıtıcı – hem polar hem de polar olmayan herhangi bir molekülle mümkündür.

Kimyasal termodinamik ve özellikleri, termodinamik sistemler ve parametreleri, termodinamik süreçler.

Kimyasal termodinamik - termodinamik yöntemler kullanarak maddelerin etkileşim süreçlerini inceleyen bir fiziksel kimya dalı.

Kimyasal termodinamiğin ana yönleri şunlardır:

Klasik kimyasal termodinamik, genel olarak termodinamik dengenin incelenmesi.

Termokimya, ders çalışıyor termal etkiler eşlik eden kimyasal reaksiyonlar.

Bir maddenin termodinamik özelliklerini aşağıdaki kavramlara dayalı olarak modelleyen çözüm teorisi: moleküler yapı ve moleküller arası etkileşimlere ilişkin veriler.

Kimyasal termodinamik, kimyanın aşağıdaki dallarıyla yakından ilgilidir:

analitik Kimya;

elektrokimya;

kolloid kimyası;

adsorpsiyon ve kromatografi.

Sistem - bu çevredeki dünyanın bir parçasıdır, geri kalan her şey çevredir (Örneğin: şişenin içindekiler bir sistemdir ve şişenin kendisi de çevredir.)

Sistem iki kritere göre sınıflandırılmıştır:

alışverişin doğası gereği çevre enerji ve madde:

izole edilmişlerdir - ne madde ne de enerji alışverişi yapabilirler (örnek: termos).

Kapalı - enerji değişimi mümkündür, ancak madde değişimi mümkün değildir (madde ile doldurulmuş ampul).

Açık - hem maddeyi hem de enerjiyi değiştirebilir. (yemek kabı).

Faz sayısına göre sistemler ikiye ayrılır:

Homojen

Heterojen - birbirinden arayüzlerle (buzlu içecekler) ayrılmış birkaç faz içerir.

Faz aynı bileşime ve termodinamik özelliklere sahip, diğer parçalardan arayüzlerle ayrılmış bir sistem kümesidir.

Numaraya göre bileşenler - bireysel kimyasal maddeler Sistemi oluşturan ve sistemden ayrılabilen ve bağımsız olarak var olabilen:

Tek bileşenli

İki bileşenli

Çok bileşenli - sistemleri homojen veya heterojen olabilir. (çay ve jöle).

Termodinamik süreç – termodinamik sistemin bir durumdan diğerine geçişi, bu her zaman sistemin dengesinin ihlaliyle ilişkilidir. Tipik olarak işlem sırasında bir durum parametresi sabit kalır:

İzotermal – Sabit sıcaklık(T=sabit).

İzobarik – en sabit basınç(P=sabit).

İzokorik – sabit hacimde (V=sabit).

Adyabatik – ısı değişiminin olmadığı durumda (Q=const).

Yalıtımsız sistemlerde işlem sırasında ısının hem emilmesi hem de salınması meydana gelebilir:

Ekzotermik (ısı salınımı)

Endotermik (ısı salınımı)

Kendi başına gerçekleşen ve uygulanması için dışarıdan enerji gerektirmeyen ayrı bir süreç türü vardır - kendiliğinden süreçler (gaz kabın tüm hacmini doldurur). Kendiliğinden olmayan süreç – Çevreden enerji çekilmesini gerektirir.

4. Denge durumu – sıfır termodinamiğin başlangıcı.

Termodinamik denge - Bu sistemin makroskobik miktarlarının (sıcaklık, basınç, hacim, entropi) çevreden izolasyon koşulları altında zaman içinde değişmeden kaldığı bir sistem durumu. Genel olarak bu değerler sabit değildir, yalnızca ortalama değerleri etrafında dalgalanır (salınır).

Bilinen dört başlangıç ​​vardır: 1. sıfır; 2.ilk; 3. saniye; 4.üçüncü.

Sıfır – sistemin denge durumu koşulunu belirler (genellikle termodinamiğin sıfır yasası sabit değildir, ancak yalnızca sistemin denge durumundaki konumuna ilişkin koşullar dikkate alınır). Varsayımlara dayanır ve pratikte çürütülmez:

Sabit dış koşullar denge durumundaki bir sistem zamanla değişmez;

Bir sistem denge durumundaysa, bu sistemin tüm parçaları dengede demektir.

Dengede olan bir sistemin tüm kısımlarındaki sıcaklık eşitliğine denir. sıfır başlangıç termodinamik.

Termodinamiğin sıfırıncı yasası: Eğer iki sistemden her biri diğeri veya diğer sistemlerle termal dengede ise bu iki veya daha fazla sistem de termal dengededir.

Sistemdeki sıcaklık aynı ise sistem denge durumundadır. İtibaren sıfır başlangıç Başka bir sonuç şöyle: toplanabilirlik- Bir bütün olarak sistemin bir özelliğini karakterize eden herhangi bir miktar, bu miktarların toplamına eşittir bireysel parçalar Sistemler, sistemin parçalara nasıl bölündüğüne bakılmaksızın.

Durum fonksiyonları, termodinamiğin birinci yasası, ısı kapasitesi.

Termodinamikte durum fonksiyonu - termodinamik sistemin denge durumunu belirleyen bağımsız parametrelerin fonksiyonu; sistemin söz konusu denge durumuna geldiği yola (sürecin doğasına) bağlı değildir (yani sistemin tarih öncesine bağlı değildir); Durum işlevleri, özellikle sistemin karakteristik işlevlerini içerir:

içsel enerji;

entropi;

entalpi vb.

Termodinamik iş ve ısı miktarı, durumun bir fonksiyonu değildir, çünkü değerleri, sistemin durumunu değiştiren sürecin türüne göre belirlenir.

Termodinamiğin birinci yasası - Termodinamiğin üç temel kanunundan biri, termodinamik sistemler için enerjinin korunumu kanunudur.

Termodinamiğin birinci yasası formüle edildi 19'uncu yüzyılın ortası yüzyılda Alman bilim adamı J. R. Mayer, İngiliz fizikçi J. P. Joule ve Alman fizikçi G. Helmholtz'un çalışmaları sonucunda ortaya çıktı. Termodinamiğin birinci yasasına göre, bir termodinamik sistem yalnızca kendi iç enerjisi veya başka herhangi bir enerji nedeniyle iş yapabilir. dış kaynaklar enerji. Termodinamiğin birinci yasası genellikle, herhangi bir kaynaktan enerji çekmeden iş yapacak birinci türden sürekli hareket makinesinin varlığının imkansızlığı olarak formüle edilir.

İfade:

Sistemin aldığı ısı miktarı sistemin iç enerjisini değiştirmeye ve dış kuvvetlere karşı iş yapmaya gider.

ISI KAPASİTESİ - sıcaklığı 1 °C değiştirmek için tüketilen ısı miktarı. Daha kesin bir tanıma göre ısı kapasitesi termodinamiktir. ifadeyle belirlenen değer:

burada DQ, sisteme iletilen ve sıcaklığının DT'ye değişmesine neden olan ısı miktarıdır. Sonlu farkların oranı DQ/DT olarak adlandırılır. ortalama ısı kapasitesi, sonsuz küçük değerlerin oranı dQ/dT-gerçek ısı kapasitesi. dQ durum fonksiyonunun tam bir diferansiyeli olmadığından, ısı kapasitesi aynı zamanda sistemin iki durumu arasındaki geçiş yoluna da bağlıdır. Sistemin bir bütün olarak ısı kapasitesi (J/K), özgül ısı kapasitesi [J/(g K)], molar ısı kapasitesi [J/(mol K)] bulunmaktadır. Aşağıdaki formüllerin tamamında molar ısı kapasitesi değerleri kullanılmaktadır.

Kimyasal reaksiyonların termal etkileri, termal etkilerin tanımı.

Bilindiği gibi bir maddenin her fizikokimyasal dönüşümüne bir enerji dönüşümü de eşlik eder. Termodinamikte çeşitli reaksiyonlar sırasındaki enerji değişikliklerini karşılaştırmak için bu kavram kullanılır. termal etki yani, başlangıç ​​ve son sıcaklıkların eşit olması koşuluyla, kimyasal bir işlemde açığa çıkan veya emilen ısı miktarı. Termal etki genellikle reaktanın bir molü olarak adlandırılır ve joule cinsinden ifade edilir.

Proseslerin kapalı bir kapta (sabit hacimde V=sabit) veya açık bir kapta (sabit basınçta P=sabit) gerçekleşmesi durumunda termal etkiler birbirinden farklılık gösterir.

Sabit hacimde termal etki iç enerji kaybına eşittir: QVT= –∆ senT ve sabit basınçta – entalpideki azalma:

QRT= –∆НT .

Termal etki, ara aşamalara bağlı değildir, ancak sistemin yaptığı tek işin dış basınca karşı iş olması ve basınç veya hacmin işlem boyunca sabit kalması koşuluyla, yalnızca sistemin başlangıç ​​ve son durumları tarafından belirlenir. (Hess yasası). Hess yasasını kullanarak çeşitli termokimyasal hesaplamalar yapılır.

Termodinamiğin ikinci yasası, entropi.

Termodinamiğin ikinci yasası -- fiziksel prensip gövdeler arasındaki ısı transfer işlemlerinin yönüne kısıtlamalar getiren.

Termodinamiğin ikinci kanunu sözde yasaklar sürekli hareket makineleri ikinci türden, vücudun tüm iç enerjisini faydalı işe dönüştürmenin imkansız olduğunu gösteriyor.

Termodinamiğin ikinci yasası, termodinamik çerçevesinde kanıtlanamayan bir varsayımdır. Deneysel gerçeklerin genelleştirilmesine dayanarak oluşturuldu ve çok sayıda deneysel onay aldı.

Termodinamiğin ikinci yasasının birkaç eşdeğer formülasyonu vardır:

Clausius'un varsayımı : “Tek sonucu ısının daha soğuk bir cisimden daha sıcak bir cisme aktarılması olan bir süreç imkansızdır” (bu sürece Clausius süreci denir).

Thomson'un varsayımı: "Tek sonucu ısı rezervuarını soğutarak iş üretmek olan döngüsel bir süreç imkansızdır" (bu sürece Thomson süreci denir).

Termodinamik entropi(S) kimya ve termodinamikte genellikle basitçe entropi olarak adlandırılır, termodinamik sistemin durumunun bir fonksiyonudur; varlığı termodinamiğin ikinci yasası tarafından öne sürülmektedir.

Entropi kavramı ilk kez 1865 yılında Rudolf Clausius tarafından ortaya atılmıştır. Bir termodinamik sistemin entropisindeki değişimi belirledi. geri dönüşümlü süreç toplam ısı miktarındaki değişimin ΔQ mutlak sıcaklığa oranı T:

burada dS entropinin artışıdır (diferansiyel) ve δQ ısı miktarındaki sonsuz küçük artıştır.

Yalıtılmamış sistemlerde süreçler: Gibbs enerjisi ve Helmholtz enerjisi, denge ve kendiliğinden süreçler için kriterler, maksimum Gibbs-Helmholtz denklemi.

Gibbs serbest enerjisi (veya basitçe Gibbs enerjisi veya Gibbs potansiyeli veya dar anlamda termodinamik potansiyel) - bu, sırasındaki enerji değişimini gösteren bir miktardır Kimyasal reaksiyon ve böylece bir kimyasal reaksiyonun meydana gelmesinin temel olasılığına bir cevap vermek; bu, aşağıdaki formun termodinamik potansiyelidir:

Neredesin - içsel enerji, P - basınç, V - hacim, T - mutlak sıcaklık, S - entropi.

Helmholtz serbest enerjisi (veya basitçe serbest enerji) - termodinamik potansiyel, yarı statik bir izotermal süreçteki azalması sistemin dış cisimler üzerinde yaptığı işe eşittir.

Sabit sayıda parçacık içeren bir sistem için Helmholtz serbest enerjisi şu şekilde tanımlanır:

U'nun iç enerji olduğu yerde, T mutlak sıcaklıktır, S entropidir.

Termodinamiğin ikinci yasasına göre kendiliğinden bir sürecin kriteri şudur: entropi büyümesi. Kendiliğinden gerçekleşen süreçlerin olasılığını belirleyen entropi faktörü, entalpi faktörüyle şu şekilde ilişkilendirilirse: TdS≥ dÜ(ve izobarik bir süreç için TdS≥ dH), - sonra denklemlerden

dA= dÜ – TdSveya ∆A=∆ sen- T∆ S

dG= dH – TdSveya ∆G=∆ H - T∆ S

şöyle: dA≤0 veya ∆A≤0; dG≤0 veya ∆G≤0.

Eşitlik bir denge süreci anlamına gelir, “daha ​​az” işareti ise kendiliğinden bir süreç anlamına gelir. Bu ilişkiler, izole edilmemiş sistemler için denge ve kendiliğinden süreçlerin hesaplanması ve koşullarının belirlenmesi için temeldir.

Gibbs-Helmholtz denklemleri maksimum işin denklemleridir.

Bir denge sürecinin maksimum işi ile dengesiz bir sürecin ısısı arasında bir bağlantı kurmamızı sağlarlar:

Helmholtz denklemi (F ve G fonksiyonlarını sıcaklık türevleriyle ilişkilendiren bir denklem).

Gibbs denklemi (F ve G fonksiyonlarını sıcaklık türevleriyle ilişkilendiren bir denklem). Bu denklemler, işi Helmholtz fonksiyonunun sıcaklık katsayısı veya Gibbs fonksiyonunun sıcaklık katsayısı aracılığıyla hesaplamayı mümkün kılar.

Termodinamiğin üçüncü yasası.

Formülasyon: Sıcaklık 0 K'ye yaklaştıkça, herhangi bir denge sisteminin entropisi izotermal süreçler herhangi bir termodinamik parametreye bağlı olmayı bırakır ve limitte (T = 0 K'da) tüm sistemler için sıfıra eşit alınabilecek aynı evrensel sabit değeri alır.

“Mutlak sıfır sıcaklıkta entropideki artış, sonlu sınır, sistemin içinde bulunduğu denge durumundan bağımsız olarak.

burada x herhangi bir termodinamik parametredir.

Termodinamiğin üçüncü yasası yalnızca denge durumları için geçerlidir.

Termodinamiğin üçüncü kanunu, klasik termodinamik çerçevesinde (termodinamiğin birinci ve ikinci kanunlarına dayanarak) yapılamayan entropinin mutlak değerini bulmayı sağlar.

Sonuçlar:

Ulaşılamazlık tamamen sıfır sıcaklıklar Termodinamiğin üçüncü yasasından, entropideki bir değişiklikle ilişkili herhangi bir sonlu süreçte mutlak sıfır sıcaklığına ulaşılamayacağı sonucu çıkar; buna yalnızca asimptotik olarak yaklaşılabilir, bu nedenle termodinamiğin üçüncü yasası bazen mutlak ulaşılamazlık ilkesi olarak formüle edilir. sıfır sıcaklık.

Termodinamik katsayıların davranışı. Termodinamiğin üçüncü yasasından bir dizi termodinamik sonuç çıkar: sabit basınçta ve sabit hacimde ısı kapasitesinin sıfıra yaklaşması gerektiğinde, katsayılar termal Genleşme ve bazı benzer miktarlar. Termodinamiğin üçüncü yasasının geçerliliği bir zamanlar sorgulanmıştı, ancak daha sonra tüm görünür çelişkilerin (T = 0'da bir dizi madde için sıfır olmayan entropi değeri), maddenin yarı kararlı durumlarıyla ilişkili olduğu ve bunların termodinamik olarak denge olarak kabul edilir.

Modellerde termodinamiğin üçüncü yasasının ihlalleri. Termodinamiğin üçüncü yasası model sistemlerde sıklıkla ihlal edilir. Böylece klasik denklemin entropisi Ideal gaz eksi sonsuza doğru eğilim gösterir. Bu şunu gösteriyor: Düşük sıcaklık Mendeleev-Clapeyron denklemi gerçek gazların davranışını yeterince açıklamıyor.

Dolayısıyla termodinamiğin üçüncü yasası, klasik mekaniğin ve istatistiğin yetersizliğini gösterir ve gerçek sistemlerin kuantum özelliklerinin makroskobik bir tezahürüdür.

Ancak kuantum mekaniğinde üçüncü yasa model sistemlerde de ihlal edilebilir. Bunların hepsi Gibbs dağılımının geçerli olduğu ve temel durumun dejenere olduğu durumlardır.

Ancak modelde üçüncü yasaya uyulmaması, bazı değişikliklerin olacağı gerçeğini dışlamaz. fiziksel özellikler bu model oldukça yeterli olabilir.

Kimyasal potansiyel, fiziksel ve kimyasal süreçlerin yoğunluğunda bir faktördür.

Kimyasal potansiyel, sabit mol sayısına sahip bir bileşenin mol sayısındaki değişime göre, karakteristik fonksiyonlardan birinin (∆G, ∆A, ∆U, ∆H), çoğunlukla Gibbs enerjisinin kısmi türevidir. diğer bileşenlerin ve aynı durum parametrelerinin.

dG≤ - SdT + Vdp + (∂G/∂n 1) T , p , n 2, n 3,.., nk dn 1 + (∂G/∂n i) T , p , n 1,.., ni -1, n +1,…, nk dn ben + (∂G/∂n k) T , p , n 1,.., ni , nk -1 dn k .

“Daha az” işareti kendiliğinden gerçekleşen bir süreci, “eşit” işareti ise bir denge sürecini ifade eder. Gibbs enerjisinin değişen bileşenlerden birine göre kısmi türevleri kimyasal potansiyel μ'dir.

Kimyasal potansiyelin değeri nasıl belirlenir? Tek bileşenli bir sistem için şunu yazabiliriz: μ= G/ N= GM

G M – bir bileşenin (bireysel madde) molar Gibbs enerjisi veya molar termodinamik potansiyeli. Dolayısıyla bileşenin kimyasal potansiyeli molar Gibbs enerjisiyle aynıdır.

Denge sabitleri, gerçek koşulları dikkate alan denge sabitleri.

Termodinamiğin ikinci yasasına göre kendiliğinden bir sürece sistemin serbest enerjisinde bir azalma eşlik eder ve bir denge durumunun kurulmasıyla sona erer - kimyasal denge (denge sabiti).

Kimyasal denge, denge sabitleri ile ifade edilir.

Denge sabiti, reaksiyon ürünlerinin konsantrasyonunun çarpımının sayıca oranına eşittir. Başlangıç ​​maddelerinin konsantrasyonunun ürünleri: K c = Ps i in i / Ps i a i

Genel olarak ilçe

burada vi ve vj stokiyometriktir. aktiviteleri sırasıyla Ai (i=1,2,..., q) başlangıç ​​maddelerinin sayısı ve Aj çözeltisinin (j=1, 2, ..., r) ürünlerinin sayısı. ve denge sabiti

Fugasite, gazın ideal bir gaz gibi davrandığı gerçek bir gazın basıncıdır. Kısmi basınçlar yerine fugasite kullanımı ve oranların kullanımı göreceli olarak uygulanmaktadır. yüksek basınçlar ve gerçek gazların ideal olanlardan önemli bir sapması olduğunda düşük sıcaklıklar. Fugasite, gerçek bir gazın kimyasal potansiyelinin değerini elde etmek için ideal bir gazın kimyasal potansiyeli ifadesinde değiştirilmesi gereken miktardır.

İdeal çözümlerden gerçek çözümlere geçmek için aktivite kavramı tanıtıldı - bu konsantrasyon gerçek çözümlerİdeal çözümlerin termodinamik özelliklerini kazanır. Bir bileşenin bir çözelti içindeki aktivitesi, gerçek bir çözeltinin kimyasal potansiyelinin geçerli bir ifadesini elde etmek için ideal bir çözeltideki bir bileşenin kimyasal potansiyeli ifadesinde ikame edilmesi gereken miktardır.

Bir kimyasal reaksiyonun izotermleri, izokoru ve izobarı, kimyasal değişken ve kimyasal ajan.

İzotermal – T= sabit

Çünkü

İzokorik – V = sabit

δА = pdυ = 0,

δQ = dU + pdυ,

3. İzobarik – P = sabit

A = pV2 – pV1.

4. Adyabatik – δQ = 0

A = –CV(T2 – T1), T2 > T1;

2) pdδ= –CvdT,

Kimyasal bir değişken, bir kimyasal reaksiyondaki bir bileşenin mol sayısındaki değişimin, tüm bileşenler için aynı olan ve reaksiyonun tamlığını karakterize eden stokiyometrik katsayısına oranıdır. Kimyasal afinite sistemin durumdan sapmasını karakterize eder kimyasal Denge.

KİMYASAL Afinite (reaksiyon afinitesi), termodinamik parametre. kimyasal durumdan sapmayı karakterize eden sistem. denge. Reaksiyon bir denklem olarak yazılırsa:

burada L1, ..., Lk - başlangıç ​​reaktifleri, Lk+1, ..., Lk+m - çözeltinin ürünleri, v1, ..., vk ve vk+1, ..., vk+m - stokiyometrik . katsayısı,

Le Chatelier-Brown ilkesi.

Formülasyon: Kararlı dengede olan bir sisteme dışarıdan etki edilirse, denge konumunu belirleyen koşullardan herhangi biri değiştirilirse, sistemde üretilen etkinin etkisini zayıflatan yön güçlendirilecek ve denge konumu güçlendirilecektir. aynı yöne kayacaktır.

İzokor ve izobar denklemleri sıcaklığa bağlı olarak kimyasal dengedeki değişimi belirlememize olanak sağlar. Isının açığa çıkmasıyla doğrudan bir reaksiyon meydana gelirse (∆U<0 или ∆Н<0), то рост температуры для экзотермической реакции приведет к уменьшению константы равновесия k c или k p . Смещение равновесия в зависимости от изменения температуры, когда ∆U<0 или ∆Н<0, можно представить в следующем виде:

sıcaklık artışı

sıcaklıkta azalma

Ekzotermik reaksiyonların sıcaklığındaki bir artış, başlangıç ​​​​maddelerinin miktarındaki artışa katkıda bulunur ve endotermik reaksiyonların sıcaklığındaki bir artış, sıcaklık değişiminden önceki denge durumuna kıyasla reaksiyon ürünlerinde zenginleşmeye yol açar.

Bu prensibe göre, konsantrasyondaki bir artış, konsantrasyonu artan bileşenlerin tüketiminde bir artışa doğru dengede bir kaymaya yol açar.

Faz dengesi, Gibbs faz kuralı.

Faz dengesi, heterojen bir sistemde termodinamik olarak denge fazlarının eşzamanlı varlığıdır; örneğin doymuş buharı olan bir sıvı (sıvı-gaz ​​sistemi), erime noktasında su ve buz (sıvı-katı sistemi), iki karışmayan sıvı (sıvı) -sıvı sistemi). Sistemin bileşimine ve parametrelerine bağlı olarak faz dengesi Hobbes faz kuralıyla belirlenir.

Fiziksel durumda ve kimyasal bileşimde homojen olan bir sistem veya sistemin bir kısmına faz denir ve bileşen, izole edilebilen ve bağımsız olarak var olabilen kimyasal olarak homojen bir maddedir.

Hobbes'un faz kuralının ifadesi: N dış faktörden etkilenen (veya dış faktörler nedeniyle sıcaklık veya sıcaklık ve basınçtan etkilenen) bir denge termodinamik sisteminin serbestlik derecesi sayısı, sistemin bağımsız bileşenlerinin sayısı eksi faz sayısı artı n'ye eşittir. (bir yada iki).

S=K-F+N, S=K-F+1, S=K-F+2

Hobbes'un faz kuralı sınırlı sayıda faz ve bileşene sahip sistemler için geçerlidir; Bir, iki ve üç fazlı, bir, iki ve üç bileşenli sistemler vardır. Serbestlik derecesinin sayısı sistemin değişkenliğini belirler. Sistemler tek, ikili ve üç değişkenli olabilir. C = 0 ise, bu tür sistemler denir değişmez.

Sistemin faz durumu, dış koşullara ve sistemin bileşimine bağlı olarak şu şekilde belirlenir: diyagramlar durum veya faz diyagramları.

Faz geçişlerinin termal etkileri.

Termal etki, aşağıdaki koşullar altında bir kimyasal reaksiyon sonucunda açığa çıkan veya emilen ısıdır: yararlı işin olmaması, sistemin sabit basıncı veya hacmi, reaksiyondan önce ve sonra sabit sıcaklık, diğer bir deyişle reaksiyonun gerçekleşmesi gerekir. izobarik-izotermal veya izokorik-izotermal koşullar altında ilerleyin. Bir reaksiyonun termal etkisi Hess yasasına göre belirlenebilir: sabit basınçta veya hacimde, bir kimyasal reaksiyonun termal etkisi yalnızca başlangıç ​​maddelerinin ve reaksiyon ürünlerinin türüne ve durumuna bağlıdır, ancak geçiş yoluna bağlı değildir. . Reaksiyon sabit basınçta meydana gelirse, ısıda gözlenen değişiklik entalpi değişimi cinsinden ifade edilir. Sabit bir hacimde meydana gelen reaksiyonlar için termal etki, iç enerjideki bir değişiklikle tanımlanır.

Faz dönüşümleri sırasında - erime, buharlaşma ve kristalleşme - faz geçişinin gizli ısısının açığa çıktığı ve açığa çıkan ısı miktarının oldukça büyük olduğu maddeler vardır. “Gizli ısı” isminden de anlaşılabileceği gibi bir maddenin faz dönüşümü sırasında sıcaklığı değişmez, yani. tüm süreç belirli bir sıcaklıkta gerçekleşir.

Şu anda pratikte ısı akümülatörleri için iki tür madde kullanılmaktadır: kalsiyum klorür (CaCl2∙6H20) ve sodyum sülfat (Glauber tuzu). Kalsiyum klorürün erime noktası 29°C'dir, katıdan sıvıya faz geçişinin termal etkisi 42 kcal/kg'dır (1,622 kg/m3 yoğunlukta). En iyi durumda, faz geçişi geçiren madde, 10°C'ye ısıtıldığında bu maddenin hacminin 1/7'sini kaplayan sudakiyle aynı miktarda ısı biriktirir.

Su gibi faz geçişlerinin gizli ısısını kullanan piller aşırı soğuma olgusuyla karakterize edilir ve bu tür pilleri kullanırken bunun önlenmesi özellikle önemlidir.

Dengesizlik termodinamiği.

Dengesiz termodinamik (geri dönüşü olmayan süreçlerin termodinamiği) - termodinamik olarak geri dönüşü olmayan süreçlerin (ısı transferi, difüzyon, kimyasal reaksiyonlar, elektrik akımı transferi) meydana geldiği genel modelleri inceler.

Dengesizlik termodinamiği ile denge arasındaki fark:

Sistemin termodinamik parametreleri zamanla değişir;

Bu parametreler sistemin farklı noktalarında farklı değerlere sahiptir; koordinatlara bağlıdır;

Denge dışı bir sistem ayırt edilir:

A) Doğrusal – gerçek sürecin denge sürecinden küçük sapmaları için geçerlidir

B) doğrusal olmayan – daha önemli olanlar için.

Dengesizlik termodinamiği hakkında genel bilgi

Yukarıda belirtildiği gibi, klasik termodinamik (üç "başlangıcı") termodinamik dengeyi, tersine çevrilebilir süreçleri inceler. Dengesiz süreçler için yalnızca bu süreçlerin olası yönünü gösteren eşitsizlikler kurar. I.R. Prigogine'in temel çalışmaları, tüm termodinamiğin üç büyük alana bölündüğünü ortaya koymuştur: entropi, akış ve kuvvetlerin üretiminin sıfıra eşit olduğu denge, termodinamik kuvvetlerin "zayıf" olduğu ve enerjinin doğrusal olarak aktığı zayıf dengesizlik. kuvvetlere bağlıdır ve yüksek düzeyde dengesiz veya doğrusal olmayan, enerji akışlarının doğrusal olmadığı ve tüm termodinamik süreçlerin geri döndürülemez olduğu durumlar. Dengesizlik termodinamiğinin ana görevi, dengesizlik süreçlerinin niceliksel olarak incelenmesi, özellikle dış koşullara bağlı olarak oranlarının belirlenmesidir. Dengesizlik termodinamiğinde, dengesiz süreçlerin meydana geldiği sistemler sürekli ortam olarak kabul edilir ve durum parametreleri alan değişkenleri, yani koordinatların ve zamanın sürekli fonksiyonları olarak kabul edilir.

Zayıf dengesiz (doğrusal) termodinamik, dengeye yakın durumlardaki sistemlerde meydana gelen termodinamik süreçleri dikkate alır. Dolayısıyla doğrusal termodinamik, minimum düzeyde aktiviteye yönelen sistemlerin kararlı, öngörülebilir davranışını tanımlar. Bu alandaki ilk çalışma, 1931'de doğrusal, zayıf dengesizlik bölgesinde dengesizlik termodinamiğinin genel ilişkilerini - "karşılıklılık ilişkileri" - ilk keşfeden Lars Onsager'e aittir. Özleri tamamen niteliksel olarak şuna indirgeniyor: zayıf dengesiz durumlar için "bir" kuvveti (örneğin sıcaklık gradyanı) akışı "iki" (örneğin difüzyon) etkiliyorsa, o zaman "iki" kuvveti (konsantrasyon gradyanı) akışı etkiler " bir” "(ısı akışı).

Bu nedenle, zayıf dengesiz bir bölgede, denge termodinamiğinin yasaları pratikte uygulanır, sistem hiçbir şeye yönelmez ve çoğu durumda davranışı oldukça öngörülebilir.

Kesinlikle dengesiz termodinamik, durumu dengeden uzak olan sistemlerde meydana gelen süreçleri dikkate alır.

Sisteme etki eden termodinamik kuvvetler yeterince büyüyüp onu doğrusal bölgeden doğrusal olmayan bölgeye aldığında sistemin durumunun kararlılığı ve dalgalanmalardan bağımsızlığı önemli ölçüde azalır.

Bu tür durumlarda, belirli dalgalanmalar sistem üzerindeki etkilerini yoğunlaştırır ve sistemi çatallanma noktasına (istikrar kaybı) ulaştığında, orijinalinden niteliksel olarak farklı olabilecek yeni bir duruma geçmeye zorlar. Sistem kendi kendini organize ediyor. Üstelik bu tür sistemlerin gelişiminin artan düzenin oluşmasıyla ilerlediğine inanılıyor. Bu temelde maddi sistemlerin kendi kendini organize etme fikri ortaya çıktı.

En küçüğünden en büyüğüne kadar tüm malzeme sistemlerinin açık olduğu, çevre ile enerji ve madde alışverişinde bulunduğu ve kural olarak termodinamik dengeden uzak bir durumda olduğu kabul edilir.

Maddi sistemlerin bu özelliği, maddenin bir takım yeni özelliklerinin belirlenmesini mümkün kıldı.

Bunlardan bazıları.

Her zaman enerji kayıpları eşlik ettiğinden tüm süreçler geri döndürülemez;

Açık sistemlerde Entropi S'nin iki bileşeni vardır: deS – entropinin dış dünyayla değişimini karakterize eder; diS – geri dönüşü olmayan iç süreçleri karakterize eder;

Madde kendi kendini organize etme özelliğine sahiptir.

I. Prigogine'in açık malzeme sistemleri olarak canlı maddeye ilişkin çalışmaları esas olarak canlı ve cansız madde yapılarının organizasyonunun karşılaştırmalı analizine, glikoliz reaksiyonlarının termodinamik analizine ve bir dizi başka çalışmaya odaklandı.

İstatistiksel termodinamiğin unsurları

İstatistiksel termodinamik çerçevesinde sistemin durumu, fiziksel büyüklüklerin değerleri ile değil, dağılımlarının olasılık yasaları ile belirlenir. Eyaletlere göre toplamı belirlemenin başlangıç ​​noktası Boltzmann dağıtım yasasıdır. Bu yasa, farklı moleküllerin enerjisindeki eşitsizliği yansıtır ve moleküllerin (parçacıkların) enerji dağılımını karakterize eder. Molekülleri enerji seviyelerine göre birleştiren miktara Boltzmann faktörü denir.

İdeal bir gazın etkileşime girmeyen parçacıkları durumunda kanonik Gibbs dağılımı Boltzmann dağılımına dönüşür.

Yani fiziğe dayanmayan her türlü ekonomik teori bir ütopyadır!

Zenginliğin ne olduğunu anlamak için ekonomi kitapları okumanıza gerek yok; Marx'ın Kapital'iyle hemen hemen aynı zamanlarda doğmuş olan termodinamiğin temellerini incelemeniz gerekiyor.

Termodinamik, insanların etkili bir buhar makinesi yaratmanın gerekli olduğu "ateşin itici gücüne" boyun eğdirmek istemesi nedeniyle doğdu. Bu nedenle termodinamik ilk olarak ısının incelenmesiyle ilgilenmiştir.

Ancak zamanla termodinamik önemli ölçüde genişledi ve her türlü enerjinin dönüşümüyle ilgili bir teori haline geldi. Termodinamik bugüne kadar bu formda varlığını sürdürüyor.

Termodinamiğin değerinin o kadar büyük olduğu ortaya çıktı ki, İngiliz yazar, fizikçi ve devlet adamı Charles Percy Snow, termodinamiğin ikinci yasasına ilişkin bilgisizliğin Shakespeare'in eserlerinin bilgisizliğine eşdeğer olacağına göre genel kültür için bir test getirilmesini önerdi.

Termodinamik, yoğunlaştırılmış bir biçimde, insanların enerji çalışmalarındaki engin deneyimlerini birleştiren az sayıda ifadeye dayanmaktadır.

Bu ifadelere denir kanunlar veya başlamak termodinamik.

Termodinamiğin dört kanunu (ilkesi) vardır.

İkinci başlangıç ​​zaman içinde ilk olarak formüle edildi, sıfır başlangıç ​​ise sonuncuydu. Ve aralarında termodinamiğin birinci ve üçüncü yasaları oluşturuldu.

Termodinamiğin sıfır yasası yaklaşık yüz yıl önce formüle edildi.

İlerleyenler ve iş dünyası için sıfır başlangıç ​​belki de en ünlü olan ikinci başlangıçtan daha önemlidir ve nedeni de budur.

Öncelikle şunu söylüyor: Yalıtılmış bir sistemin başlangıç ​​durumu ne olursa olsun, termodinamik denge eninde sonunda kurulacaktır.

Zenginliğin doğasına ilişkin bilimsel bir anlayışa giden yolu açan bu ifadedir.

İkinci olarak sıfır prensibi sıcaklık kavramını bilimsel dile sokar.

Kulağa tuhaf gelse de, yeni zenginliğin oluşması için gerekli koşulları tanımlamamıza olanak sağlayan da bu çok derin kavramdır (sıcaklık).

İçten yanmalı motorları unutursanız ve kuluçka makinesini hatırlarsanız, burada tuhaf bir şey gözlenmez.

Sıfır başlangıç ​​şu şekilde formüle edilir:

A sistemi, B sistemi ile termodinamik dengedeyse ve bu da C sistemi ile termodinamik dengedeyse, o zaman A sistemi C ile dengededir. Üstelik sıcaklıkları eşittir.

Termodinamiğin birinci yasası 19. yüzyılın ortalarında formüle edildi. Kelvin tarafından kısaca şu şekilde formüle edilmiştir: herhangi bir izole sistemde enerji arzı sabit kalır.

Kelvin bu formülasyonu dini görüşlerine uygun olduğu için verdi. Yaratıcının, Evrenin yaratıldığı anda ona bir enerji kaynağı bahşettiğine ve bu ilahi armağanın sonsuza kadar var olacağına inanıyordu.

Durumun ironisi şu. Genişleyen Evren teorisine göre, Evrenin toplam enerjisi aslında sabittir ancak sıfıra eşittir. Evrenin enerjisinin, Evrende var olan parçacıkların kütlesine eşdeğer olan pozitif kısmı, çekici alanın çekim potansiyeli nedeniyle enerjinin negatif kısmı ile tam olarak telafi edilebilir.

Termodinamiğin ikinci yasasıısının daha az ısıtılmış bir cisimden daha çok ısıtılmış bir cisme kendiliğinden aktarılmasının imkansız olduğunu belirtir.

Termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarını karşılaştırırsak şunu söyleyebiliriz: Termodinamiğin birinci yasası birinci türden sürekli hareket makinesinin yaratılmasını yasaklar ve termodinamiğin ikinci yasası da sürekli hareket makinesinin yaratılmasını yasaklar. ikinci tür.

Birinci tür sürekli hareket makinesi, herhangi bir kaynaktan enerji çekmeden çalışan bir motordur. İkinci tür sürekli hareket makinesi, birliğe eşit verimlilik katsayısına sahip bir motordur. Bu, ısının yüzde yüzünü işe dönüştüren bir motordur.

Ancak Marx'ın teorisine göre işe alınan işçi, verimlilik katsayısı birden büyük olan bir mekanizmadır. Ve Marx süper-devamlı hareket makinesini icat etmiş olmasında herhangi bir sorun görmüyor. Haydi Marks! Bilim Doktoru unvanını taşıyan modern iktisatçılar da bunda bir sakınca görmüyorlar! Sanki onlar için fizik hiç yokmuş gibi!

Termodinamiğin üçüncü yasası Bir maddeyi sonlu sayıda adımda mutlak sıfıra soğutmanın imkansız olduğunu belirtir.

Sonuç olarak şu tavsiyeyi verebilirim: Üçüncü türden sürekli hareket makinesi hakkında bilgi için internete bakın. Her şeyden önce ilginç. İkincisi, bir ilerlemeci, tüm iktisatçıların üçüncü türden bir sürekli hareket makinesi yaratan insanlar olduğunu anlamalıdır.

Termodinamik denge durumu- Bir sistemin zamanla değişmeyen ve sistem üzerinden madde veya enerji aktarımının eşlik etmediği bir durumu. Bu durum, her şeyden önce sistemin tüm parçalarının sıcaklık eşitliği ile karakterize edilir. Denge halindeki bir sistemin tüm parçaları için aynı sıcaklığın bulunmasına bazen denir. termodinamiğin sıfır yasası. Ayrıca şu şekilde de formüle edilebilir:

Termodinamik dengede bir sistemin tüm parçaları aynı sıcaklığa sahiptir.

Bu yasaya uygun olarak, çeşitli sistemlerin denge durumunu karakterize etmek için aşağıdaki varsayım verilebilir: A sistemi, B sistemi ve C sistemi ile termodinamik dengedeyse, o zaman B ve C sistemleri de birbirleriyle dengededir.

Termodinamiğin birinci yasası

Bu prensip ilk olarak 1842'de J.R. Mayer tarafından formüle edildi ve 1845'te J.P. Joule tarafından ısı ve iş eşitliği kurularak deneysel olarak test edildi.

Birinci yasa (termodinamiğin diğer yasaları gibi) bir önermedir. Geçerliliği, yol açtığı sonuçların hiçbirinin deneyimle çelişmemesiyle kanıtlanmıştır. Bu prensip evrensel bir kanundur ve bunun bazı sonuçları fizikokimya ve çeşitli endüstriyel problemlerin çözümü için büyük önem taşımaktadır.

Kimyada, termodinamiğin birinci yasası, termal olayların eşlik ettiği kimyasal işlemler için enerjinin korunumu yasası olarak kabul edilir. Kimyasal termodinamiğin çoğu denkleminin temelini oluşturur. Bu yasa matematiksel ifadeye karşılık gelir

D.U.= Q - w ,

aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

1. Herhangi bir süreçte, herhangi bir sistemin iç enerjisindeki değişiklik DU = U 2 - U 1, sisteme verilen ısı miktarı Q eksi sistem tarafından gerçekleştirilen iş miktarına eşittir. .

(Sembol D Değişimi sürecin yoluna bağlı olmayan ve bu nedenle ısı ve iş için geçerli olmayan durum fonksiyonlarının son ve başlangıç ​​değerleri arasındaki fark anlamına gelir). Sonsuz küçük değişiklikler için birinci prensibin matematiksel ifadesi şu şekilde yazılmalıdır:

dÜ= dQ - dw

(Nerede D - diferansiyel işareti, D - nicelikte sonsuz küçük bir değişikliğin işareti).

Termodinamiğin 1. yasasının, matematiksel bir ifade yazmanın kendi yollarına sahip başka formülasyonları da vardır. Kimya için bunlardan en önemlileri şunlardır:

2. Herhangi bir izole sistemde toplam enerji arzı sabit kalır .

Onlar. en Q = 0 ve w = 0

sen= sabit ve D.U. = 0

3. Sistem iş yapmazsa, iç enerjide herhangi bir değişiklik yalnızca ısının emilmesi veya serbest bırakılması nedeniyle meydana gelir. .

Onlar. en w = 0

D.U.= Q

Buradan sürecin termal etkisinin ortaya çıktığı anlaşılmaktadır. Soru V sabit bir hacimde ölçülen (örneğin, genişletilemeyen hava geçirmez şekilde kapatılmış bir kalorimetrik kapta), sayısal olarak iç enerjideki değişime eşittir:

Soru V = D.U.

4. Sistem ısı almıyor veya vermiyorsa, yaptığı iş yalnızca iç enerji kaybı nedeniyle üretilir. .

Onlar. en Q = 0

D.U.= - w veya w = - D.U.

Buradan, 1. türden bir sürekli hareket makinesi, yani dışarıdan bir enerji akışı olmadan süresiz olarak iş üreten bir mekanizma yaratmanın imkansız olduğu sonucu çıkıyor.

Entalpi

Hem doğada hem de laboratuvarda ve endüstride çoğu kimyasal işlem sabit bir hacimde değil, sabit bir basınçta gerçekleşir. Bu durumda, genellikle çeşitli iş türlerinden yalnızca biri gerçekleştirilir - genişletme çalışması, basınç ve sistemin hacmindeki değişimin çarpımına eşittir:

w = rDV.

Bu durumda termodinamiğin birinci yasasının denklemi şu şekilde yazılabilir:

D.U. = Q p - rDV

Q p= D.U. + rDV

(dizin R ısı miktarının sabit basınçta ölçüldüğünü gösterir). Miktarlardaki değişiklikleri karşılık gelen farklarla değiştirerek şunu elde ederiz:

Q p = U 2 - U 1 + P (V2 - V1 )

Q p = (U 2 + pV2 ) - (U 1 + pV1 )

Q p = (sen + pV ) 2 - (sen + pV ) 1 = H2 - H 1

Çünkü P Ve V - durum parametreleri ve sen bir durum fonksiyonudur, o zaman toplam sen + pV = N aynı zamanda devletin bir fonksiyonudur. Bu fonksiyon denir entalpi. Dolayısıyla sabit basınçta çalışan bir süreçte sistem tarafından emilen veya salınan ısı entalpi değişimine eşittir:

Q p = D.H.

Entalpi değişimi ile sistemin iç enerjisindeki değişim arasında denklemlerle ifade edilen bir ilişki vardır.

DH= D.U. + DnRT veya D.U. = DH - DnRT ,

Mendeleev-Clapeyron denklemi kullanılarak elde edilebilir

pV= nRT , Neresi pDV = DnRT .

Miktarları DH çeşitli işlemler, sabit basınçta çalışan kalorimetrik tesisler kullanılarak nispeten kolay bir şekilde ölçülür. Sonuç olarak entalpi değişimi termodinamik ve termokimyasal çalışmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Entalpinin SI boyutu J/mol'dür.

Entalpinin mutlak değerinin, tıpkı iç enerji gibi, termodinamiğin denklemleri kullanılarak hesaplanamayacağı unutulmamalıdır. Ancak kimyasal termodinamik ve termokimya, bazı işlemlerde temel olarak entalpi değişikliklerini gerektirir.

BÖLÜM 2

Termodinamik denge durumunun varlığının varsayımı. Özel bir yoğun durum parametresinin (sıcaklık) varlığını varsaymak. Sıcaklığın termodinamik anlamı. İstatistik mekaniğinde sıcaklık. Termodinamik bir sistemin durum denklemi. Mendeleev-Clapeyron denklemi. van der Waals denklemi.

Termodinamiğin birinci yasası

Termodinamiğin birinci yasası (δQ = dU + δA). İç enerji sistemin durumunun bir fonksiyonudur. Isı ve iş enerji aktarım yöntemleridir (geçiş fonksiyonları). Birinci yasanın ideal termodinamik süreçlerin karakterizasyonuna uygulanması. Adyabatik denklem.

Isı kapasitesi ve ifade biçimleri. İdeal bir gazın sabit hacimde c V ve sabit basınçta ısı kapasitesi c p, Mayer formülü: c p – c V = R. Molekülün bir bütün olarak öteleme ve dönme hareketinin enerjisi ve molekül içindeki atomların titreşimleri. Bir molekülün serbestlik derecesi sayısı. Serbestlik derecesine göre enerji dağılımı. Isı kapasitesinin sıcaklığa bağımlılığı.

Katıların ısı kapasitesi. Bir katının iç enerjisi ve ısı kapasitesi. Dulong-Petit yasası. Neumann-Kopp kuralı. Isı kapasitesinin sıcaklığa bağımlılığı.

Klasik ısı kapasitesi teorisinin zorlukları.

23. Isı kapasitesinin kuantum teorisi

Bir dizi kuantum harmonik osilatör olarak kristal. Fononlar. Ortalama osilatör enerji değeri. Normal salınım sayısının frekansa göre dağılım fonksiyonu.

Einstein'ın ısı kapasitesi kuantum teorisi.

Debye modeli. Karakteristik Debye sıcaklığı Q D .

İletim elektronlarının ısı kapasitesine katkısı.

Isı kapasitesinin manyetik bileşeni.

Birinci yasanın kimyasal işlemlere uygulanması

Termokimya, termodinamiğin bir dalıdır. Reaksiyonların termal etkileri. Ekzo ve endotermik dönüşümler. Sabit hacimde (Q V) ve basınçta (Q p) kimyasal reaksiyonların termal etkileri. Hess yasası. Standart durum. "Standart" termodinamik büyüklükler.

Hess yasasının sonuçları. Termokimyasal denklemler. Oluşum ısısı, erime, buharlaşma. Termal proseslerin teknolojideki rolü.

Bir kimyasal reaksiyonun sıcaklık üzerindeki termal etkisinin bağımlılığı, Kirchhoff denklemi: dQ V /dT=-(c V con - c V out).

Termodinamiğin ikinci yasası

Bir ısı motorunun verimliliği. Carnot döngüsü. Carnot teoremleri (1. h K =1-T 2 /T 1, 2. h K =h max). Buzdolabının çalışması. Performans katsayısı b.

Mutlak termodinamik sıcaklık ölçeği.

Entropinin termodinamik tanımı, özellikleri

Tersinir Carnot çevrimi için Q 1 /T 1 + Q 2 /T 2 = 0 eşitliği. Herhangi bir kapalı tersinir süreç için eşitlik ∮dq/T = 0; verilen sıcaklık. Entropinin durumun bir fonksiyonu olarak tanımı (dS = dQ/T).

Eşitsizlikler geri dönüşü olmayan bir döngü için dS > dq nrev /T, ∮dq/T ≤ 0. Yalıtılmış sistemlerde süreçlerin yönü ve termodinamik denge koşulları. Artan entropi kanunu. Entropi kavramına dayalı olarak termodinamiğin ikinci yasasının formülasyonu.

İdeal bir gazın izotermal, izobarik ve izokorik süreçleri için entropinin hesaplanması.

Gibbs enerjisi ve Helmholtz enerjisi

Termodinamiğin birinci ve ikinci prensiplerinin genelleştirilmiş gösterimi: TdS = dU + pdV. Termodinamik potansiyeller (dU(S,V) =TdS - pdV, dG(T,p) = -SdT + Vdp, dF(T,V) = -SdT - pdV, dH(S,p) = TdS + Vdp). Helmholtz enerjisi F (serbest enerji). Gibbs enerjisi G. Yalıtılmamış sistemlerde süreçlerin yönü ve termodinamik denge koşulları. Gibbs-Helmholtz denklemi. Maxwell'in ilişkileri.

Termodinamiğin ikinci yasasının faz geçişlerine uygulanması. Clausius-Clapeyron denklemi.

Entropi kavramının olasılıksal (istatistiksel) yorumu

Termodinamik olasılık W. Entropi ve termodinamik olasılık arasındaki ilişki; Entropi kavramının istatistiksel yorumu. Planck tarafından formüle edilen Boltzmann ilkesi. S = k B lnW formülünün gerekçesi.

Termodinamiğin II yasasının geliştirilmiş formülasyonu. Termodinamiğin ikinci yasasının uygulanabilirlik sınırları. “Evrenin ısı ölümü” teorisinin eleştirisi.

Termodinamiğin üçüncü yasası

Termodinamik büyüklüklerin belirlenmesinde entegrasyon sabitlerinin belirlenmesi sorunu. Kimyasal afiniteyi hesaplamak için termodinamiğin I ve II yasalarının yetersizliği.

Termodinamiğin üçüncü yasası (Nernst teoremi: lim T →0 (∂S/∂x) T = 0, lim T →0 S(T,x) = S o). Termodinamik ilkesinin Planck III formülasyonu (Planck'ın postülası: S o = 0). Mutlak entropi.

Nernst'in termal teoreminden elde edilen sonuçlar. T ® 0'da termodinamik katsayıların davranışı. Mutlak sıfır sıcaklıklara ulaşılamaz. Model sistemlerde termodinamiğin üçüncü yasasının ihlalleri.

Katı, sıvı ve gaz halindeki maddelerin mutlak entropi değerlerinin hesaplanması. Denge hesaplamaları için termodinamik fonksiyon tablolarının uygulanması.

DİSİPLİNE İLİŞKİN EĞİTİMSEL VE ​​YÖNTEMSEL MATERYALLER

a) temel literatür:

Kireev V.A. Fiziksel kimya dersi. M.: Kimya. 1975 776 s.

b) ek literatür:

· Fiziksel kimya dersi. 2 cilt halinde. Gerasimov Y.I., Dreving V.P., Eremin E.N., Kiselev A.V., Lebedev V.P., Panchenkov G.M., Shlygin A.I. Genel altında ed. Gerasimova Ya.I. M.-L.: Kimya. 1973 T.1. 626 s. T.2. 625 s.

· Fiziksel kimyanın temelleri. V.M. Glazov. M.: Lise. 1981 456 s.

· Fiziksel kimya. A.A. Zhukhovitsky, Los Angeles Shvartsman. M.: Metalurji. 1987 688 s.

· Fiziksel kimya. Teorik ve pratik rehberlik. Ed. B.P. Nikolsky. L.: Kimya. 1987 880 s.

· Anorganik kimyada fiziksel araştırma yöntemleri. ONLARA. Zharsky, G.I., Novikov. M. Yüksek okul. 1988 271 s.

· Fiziksel kimyadaki örneklerin ve problemlerin toplanması. IV. Kudryashov, G.S. Karetnikov. M.: Lise. 1991, 527 s.

· Fiziksel kimya. Stromberg A.G., Semchenko D.P. M.: Lise. 2001. 527 s.

· Fiziksel kimya. 2 kitapta. Ed. K.S. Krasnova. M.: Lise. 2001 T.1. Maddenin yapısı. Termodinamik. 512 s. T.2. Elektrokimya. Kimyasal kinetik ve kataliz. 319 s.

· Nanoteknoloji. Poole C., Owens. M. Teknosfer. 2004. 328 s.

· Fiziksel kimyanın temelleri. Teori ve görevler. Eremin V.V., Kargov S.I., Uspenskaya I.A., Kuzmenko N.E., Lunin V.V. M.: Sınav. 2005 480 s.

· Fiziksel kimya çalıştayı. Roshchina T.M., Zhiryakova M.V., Tiflova L.A., Ermilov A.Yu., M.: Moskova Devlet Üniversitesi. M.V. Lomonosov. 2010 91 s.

· Fiziksel ve kimyasal büyüklüklerin kısa referans kitabı. Ed. A.A.Ravdelya, A.M. Ponomareva. L.: Kimya, 1983 veya St. Petersburg: Kimya, 1999.

· Bush A.A. Seramik malzeme teknolojisi, YBa 2 Cu 3 O 7-d fazının HTSC seramiklerini elde etme özellikleri. Öğretici. M.: MIREA. 2000. 79 s.

· Bush A.A. Türevsel ve x-ışını faz analizi yöntemleri. “Malzemelerin fiziksel kimyası ve elektronik ekipmanın süreçleri” dersinde laboratuvar çalışmasının gerçekleştirilmesine yönelik metodolojik talimatlar ve kontrol görevleri. MIREA. 2010. 40 s. (No. 0968).

· Bush A.A. Tek kristallerin büyütülmesine yönelik yöntemler, potasız bölge eritme yoluyla Al2O3 kristallerinin elde edilmesi. “Malzemelerin fiziksel kimyası ve elektronik ekipmanın süreçleri” dersinde laboratuvar çalışmasının gerçekleştirilmesine yönelik metodolojik talimatlar ve kontrol görevleri. MIREA. 2011. 40 s. 527 s.

Karmaşık bağlantılar: Yönergeler / Zorunlu.

Başkan Yardımcısı Kuzmicheva, G.N. Olisova, N.I. Ulyanov. – Veliky Novgorod: NovSU,

2006. – 15 s.

3. Modern kristalografi. T. 1, 2, 3, 4. M .: Nauka. 1980. 407 s.

Walter Steurer. Kristal nedir? Devam eden bir tartışmaya giriş sözleri. Z. Kristallogr. 222 (2007) 308–309 / DOI 10.1524/zkri.2007.222.6.308

Kaurova I.A., Melnikova T.I.

B579 Modüle edilmiş kristaller: teoriden pratiğe.

MİT. Öğretici.-

M.: MITHT im. M..Lomonosov, 2011-76 s.: hasta.

Ders kitabı, yapısal özelliklerin yanı sıra periyodik olmayan yapıları inceleme yöntemleri hakkında temel bilgileri içerir. Örnek olarak modüle edilmiş kristaller kullanılarak yapı, Jana 2006 ve Superflip programları kullanılarak hesaplanır. "Gerçek kristal yapıyı inceleme yöntemleri", "Kristal malzemeleri incelemek için kırınım yöntemleri", "Nadir elementleri ve bunlara dayalı malzemeleri incelemek için kırınım yöntemleri", "Kristal yapıyı inceleme yöntemleri" disiplinlerini okuyan yüksek lisans öğrencileri için ve "Faz bileşimi ve yapısına ilişkin yöntem çalışmaları" disiplininin yanı sıra lisansüstü öğrencilerin, araştırmacıların ve öğretim elemanlarının ileri eğitimi için.

Stromberg A.G., Semchenko D.P. Fiziksel kimya. Altında. Ed. Prof. Stromberg. Ed. Dördüncüsü düzeltildi. Moskova. Yüksek Lisans. 2001.

Semiokhin I.A.

C 30 Fiziksel kimya: Ders kitabı. - Moskova Devlet Üniversitesi Yayınevi, 2001. - 272 s.

ISBN 5-211-03516-Х

Bu ders kitabı fizikokimyanın jeoloji ve toprak bilimindeki teorik arka planı, mevcut durumu ve pratik uygulaması hakkında fikir vermeyi amaçlamaktadır. Kitapta termodinamiğin temel yasaları ve ilişkileri, faz doktrini, adsorpsiyon ve kimyasal denge, çözelti teorisinin temelleri, dengesiz süreçlerin termodinamiği ve kimyasal kinetik, elektrolit çözeltilerinin denge ve dengesizlik özelliklerine ilişkin fikirler, kavramlar özetleniyor. elektrokimyasal zincirler ve bunların elektromotor kuvvetleri (EMF), EMF yönteminin kimya ve jeolojide uygulanması hakkında.

Mühendislik jeolojisi, hidrojeoloji, jeokrioloji ve jeolojik çevre koruma alanında çalışan lisans öğrencileri, yüksek lisans öğrencileri ve araştırmacılar ile toprak bilimcileri için.

N. Kabayası “Nanoteknolojiye Giriş”, M., “Binom”, 2005

2. Ek literatür:

Ed. Y.I. Gerasimova “Fiziksel Kimya Kursu”, M., 19xx

L.I. Antronov “Teorik elektrokimya”, M., 1975.

E.A. Efimov, I.G. Yerusalimchik “Germanyum ve silikonun elektrokimyası”, M., 1963.

Yu.A. Karpov, A.P. Savostin, V.D. Salnikov “Metalurjik üretimin analitik kontrolü”, M., 1995.

Poole, F. Owens “Nanoteknolojiler”, M., 2005.

Bush A.A. Seramik malzeme teknolojisi, YBa2Cu3O7-d fazının HTSC seramiklerini elde etme özellikleri. Öğretici. M.: MIREA, 2000, 79 s.

Bush A.A. Piroelektrik etki ve uygulamaları. eğitici ödenek. – M.: MIREA, 2005. – 212 s.

Bush A.A. Yarı statik yöntem kullanılarak piroelektrik etkinin incelenmesi. Laboratuvar çalışmasının gerçekleştirilmesine yönelik yönergeler. MIREA, 2006, 31 s. (No. 0512).

Bush A.A. Salınımlı yük yöntemini kullanarak piezoelektrik etkinin incelenmesi. Laboratuvar çalışmalarını gerçekleştirmek için metodolojik talimatlar ve kontrol görevleri. MIREA, 2008, 31 s. (No. 0745).

Bush A.A. Türevsel ve x-ışını faz analizi yöntemleri. “Malzemelerin fiziksel kimyası ve elektronik ekipmanın süreçleri” dersinde laboratuvar çalışmasının gerçekleştirilmesine yönelik metodolojik talimatlar ve kontrol görevleri. MIREA, 2010, 40 s. (No. 0968).

Bush A.A. Tek kristal büyütmenin fiziko-kimyasal temelleri ve yöntemleri, potasız bölge eritme yoluyla Al 2 O 3 kristallerinin büyütülmesi. 210104 ve 210106 uzmanlıklarında okuyan öğrenciler için “Elektronik teknolojisinin malzemelerinin ve süreçlerinin fiziksel kimyası” dersinde laboratuvar çalışması yapma yönergeleri. CD-R 2011 MSTU MIREA'da elektronik yayın. Eyalet numarası elektronik yayının yasal mevduatının kaydı - 0321200637. Moskova Devlet Radyo Mühendisliği, Elektronik ve Otomasyon Teknik Üniversitesi. 2011

Bir bilim olarak termodinamik, resmi olarak çok uzun zaman önce Eski Doğu topraklarında ortaya çıktı ve daha sonra Avrupa ülkelerinde yoğun bir şekilde gelişti. Parça ile bütün arasındaki ilişki sorunu uzun süredir bilimsel önermelerde yeterince araştırılmamıştır. 20. yüzyılın ortalarında açıkça görüldüğü gibi, tek bir unsur bütünü tamamen beklenmedik bir şekilde dönüştürebilir.

Şekil 1. Termodinamiğin sıfırıncı yasası. Avtor24 - öğrenci çalışmalarının çevrimiçi değişimi

Klasik termodinamikten, ikinci termodinamik prensibe göre izole edilmiş sistemlerin geri dönüşü olmayan işlemler için uygun olduğu sonucu çıkar. Kavramın entropisi mutlak denge durumunda maksimum değerine ulaşana kadar artar. Bu faktörün büyümesine sistemin kendisi hakkında önemli bir bilgi kaybı eşlik ediyor.

Termodinamiğin birinci yasasının keşfiyle birlikte, kapalı sistemlerdeki entropinin hızlı artışının, cansız ve canlı doğadaki kendi kendini organize etme olgusuyla nasıl bağdaştırılabileceği sorusu ortaya çıktı. Uzun bir süre fizikçiler, termodinamiğin ikinci yasasının türetilmesi ile Darwin'in evrimsel hipotezinin sonuçları arasında önemli bir çelişki olduğuna inanıyorlardı; buna göre, gezegendeki tüm organizmalarda prensip nedeniyle bir kendi kendine organizasyon süreci meydana geliyor. seçim. Doğrusal olmayan termodinamikteki bu gelişmenin sonucunda yeni bir bilimsel disiplin ortaya çıktı.

Tanım 1

Sinerjetik, çeşitli karmaşık denge dışı kavramların yapılarının kararlılığı ve kendi kendini organize etmesi bilimidir.

Bu sistemdeki ana kriterler şunlardır:

• fiziksel;
• kimyasal;
• biyolojik;
• sosyal.

Termodinamik yasalarıyla son derece gelişmiş dünyanın örnekleri arasındaki anlaşmazlıklar, sıfır termodinamik ilkesinin ortaya çıkışı ve ardından dengesiz doğrusal olmayan termodinamiğin geliştirilmesiyle çözüldü. Aynı zamanda fizikte açık kararlı sistemlerin termodinamiği olarak da adlandırılır. P. Glensdorf, I. R. Prigozhin ve G. Haken, bilimin bu bilimsel yönünün gelişimine büyük katkı sağladı. Rus kökenli Belçikalı araştırmacı Prigogine, bu alandaki çalışmalarından dolayı 1977 yılında Nobel Ödülü'nü kazandı.

Termodinamiğin sıfır yasasının oluşumu

İlk kez yalnızca 50 yıl önce formüle edilen Termodinamiğin Sıfırıncı Yasası, esas itibarıyla fiziksel cisimlerin sıcaklığına ilişkin bir tanım getirmek için olay sonrası mantıksal bir açıklamadır. Sıcaklık, termodinamiğin en önemli ve derin kavramlarından biridir. Termodinamik sistemlerde süreçlerin kendisi kadar önemli bir rol oynayan da bu parametredir.

Not 1

Termodinamiğin sıfır yasası, ilk kez, Newton zamanında tanıtılan kuvvet tanımının yerini alan tamamen soyut bir formülasyon biçiminde fizikte merkezi bir yer edindi - ilk bakışta daha "somut" ve somut ve aynı zamanda bilim insanları tarafından başarıyla “matematikleştirildi”.

Termodinamiğin sıfır yasası, birinci ve ikinci yasaların köklü bilimsel kavramlardan biri haline gelmesinden sonra sunulup açıklandığı için bu adı almıştır. Bu varsayıma göre, izole edilmiş herhangi bir sistem zamanla bağımsız olarak termodinamik denge durumuna girer ve daha sonra dış faktörler değişmeden kaldığı sürece böyle bir süre içinde kalır. Termodinamiğin sıfır yasası aynı zamanda mekanik, termal ve kimyasal kökenli bir sistemde sabit dengenin varlığını varsayan genel yasa olarak da adlandırılır.

Ayrıca klasik termodinamik ilkeler yalnızca mutlak denge durumunun varlığını varsayar, ancak buna ulaşma zamanı hakkında hiçbir şey söylemez.

Termodinamiğin ilkelerinin gerekliliği ve önemi, bu fizik dalının, sistemlerin makroskobik parametrelerini, genel mikroskobik yapılarına ilişkin özel varsayımlar olmaksızın ayrıntılı olarak tanımlamasıyla doğrudan ilgilidir. Statik bilimi iç yapı sorunlarıyla ilgilenir.

Sıfır başlangıcındaki termodinamik sistemler

Sıfır orijindeki termodinamik sistemleri tanımlamak için, ısı ileten bir duvarla ayrılmış iki kavramın dikkate alınması gerekir. Sabit, termal temas halinde bulunurlar. Sürekli bir denge durumunun varlığı nedeniyle, er ya da geç her iki sistemin de süresiz olarak bu durumda olacağı bir an gelir. Aniden termal teması keserseniz ve hareketli elemanları izole ederseniz durumları aynı kalır. Termal temas üzerine kendi konumunu değiştirmeyen herhangi bir üçüncü termodinamik kavram, uzun süreli temasta bile konum değiştirmeyecektir.

Bu, termodinamikte her üç sistem için de ortak olan ve herhangi bir bireysel süreçle değil, bizzat termodinamik denge durumuyla karşılaştırılabilecek bir özelliğin olduğu anlamına gelir. Bu özelliğe genellikle sıcaklık denir; niceliksel değeri, belirli bir sistemin hacmi biçiminde aktif mekanik parametrenin değeriyle belirlenir. Bu durumda böyle bir kritere termometre denilebilir.

Daha geniş anlamda, termodinamiğin sıfır yasasının ilkeleri, termodinamik biliminin uygulanabileceği, çevredeki dünyadaki nesnelerin varlığı kavramı olarak anlaşılabilir. Sıfırıncı termodinamik yasası, karşılık gelen sistemin çok küçük veya çok büyük olamayacağını belirtir; onu oluşturan parçacıkların sayısı, Avogadro parametrelerinin sırasına karşılık gelir.

Aslında ince kavramların performansı her zaman önemli dalgalanmalara maruz kalır. Örneğin "Evrenin yarısı" gibi devasa sistemler ya astronomik açıdan büyük zaman dilimleri boyunca denge durumuna girer ya da buna hiç sahip olmaz. Termodinamik sistemlerin varlığı gerçeğinden, daha sonraki tüm çalışmaların merkezinde yer alan bir kavram ortaya çıkar.

Not 2

Termodinamikteki sistemler için sıcaklık kavramının tanıtılması olasılığından bahsediyoruz.

Termodinamiğin sıfır yasasında termal denge

Modern literatürde sıfır ilkesi sıklıkla termal kararlı dengenin özelliklerine ilişkin varsayımları içerir. Bu değer, elemanların iç enerji alışverişine izin veren ancak diğer maddelerin geçmesine izin vermeyen sabit, ısı geçirgen bir bölmeyle ayrılan mevcut sistemler arasında mevcut olabilir.

Tanım 2

Isıl dengenin geçişliliğine ilişkin hüküm, iki çalışma gövdesinin diyatermik bir bölmeyle ayrılması ve birbirleriyle dengede olması durumunda, herhangi bir üçüncü nesnenin otomatik olarak bunlarla etkileşime girmeye ve belirli bir miktarda termal denge almaya başlayacağını belirtir.

Başka bir deyişle, eğer iki kapalı sistem termodinamiğin sıfır yasasına göre birbirleriyle termal temasa getirilirse, kararlı dengeye ulaşıldıktan sonra tüm aktif elementler birbirleriyle termal denge durumunda olacaktır. Üstelik kavramların her biri de benzer bir konumdadır.

Yabancı tematik yayınlarda, termal dengenin geçişliliği yasasına genellikle sıfır başlangıç ​​adı verilir; burada mutlak dengeye ulaşmaya ilişkin ana hükümler, "ilk başlangıcın eksileri" olarak adlandırılabilir. Geçişlilik varsayımının önemi, bilim adamlarının ampirik sıcaklığın önemli özelliklerine sahip bir sistemin durumunun belirli bir fonksiyonunu ortaya koymalarına olanak sağlamasıdır. Bu, sıcaklığı ölçmek için araçlar oluşturmaya yardımcı olur. Böyle bir cihaz - bir termometre kullanılarak ölçülen bu göstergelerin eşitliği, kavramların termal dengesi için temel bir koşuldur.