Вступ у дисципліну. Основні поняття хімічної термодинаміки

1. Національний фармацевтичний університет
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Тема лекції:
“ВСТУП У ДИСЦИПЛІНУ. ОСНОВНІ
ПОНЯТТЯ ХІМІЧНОЇ ТЕРМОДИНАМІКИ”
Лектор - к. хім. н., доц.
Томаровська Тетяна Олександрівна

2. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ПЛАН ЛЕКЦІЇ:
1. Предмет та розділи фізичної хімії.
2. Хімічна термодинаміка. Предмет, метод та
основні поняття.
2.1. Термодинамічна система. Параметри стану
системи.
2.2. Функції стану системи.
2.3. Види термодинамічних процесів.
2.4. Теплота і робота. Розрахунок роботи в
різних процесах.

3. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ЛІТЕРАТУРА:
1. Фізична і колоїдна хімія / В. І. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д.
Грицан та ін. – Х. : Прапор, Видавництво УкрФА, 1999. – 368 с.
2. Фізична та колоїдна хімія. Збірник задач / В. І. Кабачний,
Л. К. Осіпенко, Л. Д. Грицан та ін. – Х. : Вид-во НФАУ; Вид-во
ТОВ “Золоті сторінки”, 2001. – 208 с.
3. Фізична та колоїдна хімія: Збірник завдань для самостійної
роботи: Навч. посібник для студентів заочної (дистанційної)
форми навчання фармацевтичних вузів і факультетів III—IV
рівнів акредитації / В. I. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д. Грицан
та ін. За ред. В. I. Кабачного. – Х. : Вид-во НФаУ, 2008. – 140 с.

4. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ППРРЕЕДДММЕЕТТ ТТАА РРООЗЗДДІІЛЛИИ
ФФІІЗЗИИЧЧННООЇЇ ХХІІММІІЇЇ

5. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Фізична хімія
знаходиться на стику між хімією і фізикою
вивчає
 взаємозв'язок хімічних і фізичних явищ;
 хімічні реакції та фізичні явища, які їх
супроводжують;
 закони перебігу процесів в часі та закони
хімічної рівноваги.

6. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Розділи фізичної хімії
 Будова речовини;
 Хімічна термодинаміка;
 Фазові рівноваги;
 Розчини;
 Електрохімія;
 Хімічна кінетика і каталіз.

7. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Вивчення фізичної хімії
Починають з термодинаміки

8. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ХХІІММІІЧЧННАА ТТЕЕРРММООДДИИННААММІІККАА..
ППРРЕЕДДММЕЕТТ,, ММЕЕТТООДД ТТАА
ООССННООВВННІІ ППООННЯЯТТТТЯЯ

9. 99
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Термодинаміка
вивчає взаємні перетворення
теплоти і роботи
Розрізняють:
 Фізичну
 Технічну
 Хімічну

10. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Хімічна термодинаміка
1100
дозволяє:
 визначати теплові ефекти реакцій;
 можливість, напрям та межі перебігу
самодовільних процесів.

11. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ТТЕЕРРММООДДИИННААММІІЧЧННАА
ССИИССТТЕЕММАА.. ППААРРААММЕЕТТРРИИ
ССТТААННУУ ССИИССТТЕЕММИИ

12. Об´єкт вивчення
ТТееррммооддииннааммііччннаа ссииссттееммаа ——
тіло або сукупність тіл, які умовно
або фактично відокремлені від
довкілля.
1122
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

13. 1133
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Види систем:
 ВВііддккррииттаа —— обмінюється з
навколишнім середовищем
речовиною і енергією;
 ЗЗааккррииттаа —— обмінюється енергією, але
не речовиною з навколишнім
середовищем;
 ІІззооллььооввааннаа —— без обміну з
навколишнім середовищем речовиною
і енергією.

14. 1144
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Стан термодинамічної
системи описується
ТТееррммооддииннааммііччннииммии ввллаассттииввооссттяяммии --
фізичними характеристиками системи
(m, V, T, p тощо).
 ЕЕккссттееннссииввнніі -- залежать від маси,
характеризуються адитивністю
 ІІннттееннссииввнніі -- не залежать від маси,
неадитивні

15. Термодинамічні
параметри
—— властивості, які можна безпосредньо
виміряти, називаються ооссннооввннииммии
ппааррааммееттррааммии ссттааннуу..
Параметри системи — похідні
основних, які можна розрахувати
(внутрішня енергія, ентальпія, ентропія та
інші) називаються ффууннккццііяяммии ссттааннуу..
1155
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

16. 1166
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Функції стану системи
 їх зміна не залежить від шляху
процесу, визначається лише
початковим та кінцевим станами
системи.

17. 1177
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Внутрішня енергія ( U)
 це кінетична енергія усіх частинок системи і
потенціальна енергія їх взаємодії за виключенням
кінетичної і потенціальної енергії системи в цілому;
 екстенсивна величина
[U] = Дж/моль;
 Абсолютне значення величини U визначити
неможливо;
 DU – функция стану, її зміна не залежить від шляху
процеса:
DU = U2 – U1 .

18. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ВВИИДДИИ ТТЕЕРРММООДДИИННААММІІЧЧННИИХХ
ППРРООЦЦЕЕССІІВВ

19. Термодинамічний процес
—— зміна одного або декількох
параметрів стану системи.
1199
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

20. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Термодинамічні процеси
2200
 Ізотермічний (T = const)
 Ізобарний (p = const)
 Ізохорний (V = const)
 Адіабатичний (Q = const)

21. 2211
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Оборотний процес
система повертається у початковий
(вихідний) стан без зміни енергії у
довкіллі.

22. Необоротний процес
система повертається у вихідний
стан з деякою зміною енергії у
довкіллі.
2222
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

23. 2233
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Рівноважний процес
система проходить через неперервну
низку незмінних у часі рівноважних
станів при сталих зовнішніх факторах.

24. Самодовільні процеси
відбуваються без затрати енергїї
ззовні.
2244
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

25. 2255
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Кругові процеси
(термодинамічні цикли)
система після низки змін
повертається у вихідний стан.

26. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ТТЕЕППЛЛООТТАА ІІ РРООББООТТАА..
РРООЗЗРРААХХУУННООКК РРООББООТТИИ ВВ
РРІІЗЗННИИХХ ППРРООЦЦЕЕССААХХ

27. 2277
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Теплота і робота
—— це форми передачі енергії від
системи до навколишнього
середовища
і навпаки.

28. 2288
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Теплота (Q)
 форма передачі енергії внаслідок хаотичного
руху частинок;
 функція процесу, залежить від шляху процесу;
 [Q] = Дж/моль (екстенсивна);
 позитивна — якщо поглинається системою;
 негативна — якщо виділяється у ході процесу.

29. 2299
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Робота (W)
 енергія передаєтся шляхом упорядкованого
руху частинок під дією певної сили;
 функція процесу, залежить від шляху процесу;
 [W] = Дж/моль;
 позитивна —— якщо здійснюється системою;
 негативна —— якщо здійснюється над
системою.

30. 3300
РОЗРАХУНОК РОБОТИ У
ТЕРМОДИНАМІЧНИХ
ПРОЦЕСАХ
Проти дії зовнішньої
сили газ
розширюється і
переміщує поршень
на безмежно малу
віддаль dh
dh
р
S
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

31. 3311
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
d W = F · dh,
F —— сила, необхідна для подолання тиску поршня
F = p · S
S —— площа поршня
d W = р · S · dh = p · dV,
dV —— безмежно малий приріст об‘єму газу
V
2
= ò
W p d V
V
1

32. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Розрахунок роботи у різних
термодинамічних процесах
ІІззооббааррнниийй ппррооццеесс
W = p (V2 - V1 ) = p DV
3322
р
р = const
1 2
W
V V 2 V1

33. 3333
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ІІззооххооррнниийй ппррооццеесс
ЯЯккщщоо VV == ccoonnsstt,, ттоо ddVV == 00 ии
2
= ò =
W p d V
1
0
V
V
p
р1
р2
V = const
V1–2 V

34. V
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ln 2 ln
3344
ІІззооттееррммііччнниийй ппррооццеесс
p = (nRT) / V
2
W n R T
= ò = =
1
p
1
2
1
V
V
p
n R T
V
d V n RT
V
p
V
pV = const
p1
p2
А
В
WW
V1 V2

35. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Дякую за увагу!