Κατέβασμα παρουσίασης
Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε
1
KEMIJSKA TERMODINAMIKA
znanost o toplini, radu, energiji i promjenama u stanjima SUSTAVA uzrokovanim navedenim fizikalnim veličinama temelji se na četiri iskustvena stavka KEMIJSKA TERMODINAMIKA TERMODINAMIKA –znanost o ravnotežnim stanjima SUSTAVA (RAVNOTEŽNA TERMODINAMIKA) SUSTAV - makroskopski dio svemira čija nas svojstva zanimaju (termodinamika nije primjenjiva na mikrosustava već samo na makrosustave koji se sastoje od mnoštva čestica) Dijelovi svemira koji mogu interagirati sa sustavom nazivaju se OKOLINA
2
SUSTAV OTVOREN ZATVOREN IZOLIRAN NEIZOLIRAN
OTVOREN SUSTAV - moguć transfer materije između sustava i okoline ZATVOREN SUSTAV - nije moguć transfer materije između sustava i okoline IZOLIRANI SUSTAV - nema interakcije s okolinom (nužno zatvoren) NEIZOLIRANI SUSTAV – izmjena energije između sustava i okoline (toplina i rad) ADIJABATSKA STIJENKA - prijenos topline između sustava i okoline nije moguć DIJATERMNA STIJENKA - prijenos topline između sustava i okoline moguć
3
KEMIJSKA TERMODINAMIKA
RAVNOTEŽA Sustav je u ravnoteži ukoliko (a) se njegova makroskopska svojstva ne mijenjaju s vremenom. (b) Ukoliko prekid kontakta s okolinom ne uzrokuje promijene njegovih svojstava. MEHANIČKA RAVNOTEŽA Sustav je u mehaničkoj ravnoteži ravnoteži ukoliko na sustav ili u sustavu ne djeluju sile koje nisu u ravnoteži. TERMIČKA RAVNOTEŽA Sustav je u termičkoj ravnoteži ako mu je temperatura uniformna i ukoliko njegovo odvajanje od okoline dijatermnom stijenkom ne uzrokuje promjenu njegovih svojstava. MATERIJALNA RAVNOTEŽA Sustav je u materijalnoj ravnoteži ravnoteži ukoliko se u sustavu ne može zamijetiti tok materije između faza, odnosno ukoliko je kemijski sastav faze konstantan.
4
KEMIJSKA TERMODINAMIKA
FENOMENOLOŠKA TERMODINAMIKA termodinamičke veličine sustava, njihove promjene i njihove odnose iskustvena ne pruža uvid u povezanost makroskopskih i mikroskopskih svojstava STATISTIČKA TERMODINAMIKA termodinamičke veličine njihove promjene i njihove odnose (iskustvena) termodinamičke veličine i njihovi odnosi računju se koristeći energije čestica u sustavu pomoću odgovarajućih statističkih metoda
5
...U, S, H, G, A, CP, CV, TERMODINAMIČKE VELIČINE TEMPERATURA (T)
UNUTRAŠNJA ENERGIJA (U) suma kinetičkih i potencijalnih energija svih čestica koje se nalaze u sustavu (mikroskopska definicija) ukupna energija sustava koji se na nalazi u vanjskom polju sila (makroskopska definicija) ENTROPIJA (S) - veličina koja definira raspodjelu energije u sustavu TOPLINA (q) – oblik prijenosa energije (između sustava i okoline) uslijed razlike u temperaturi RAD (w) – oblik prijenosa energije uslijed djelovanja vanjske sile na sustav ...U, S, H, G, A, CP, CV,
6
Termodinamika se temelji na četiri postulata (stavka) koji su rezultat generalizacije velikog broja eksperimenata NULTI STAVAK (pojam temperature i termičke ravnoteže) PRVI STAVAK (promjena unutrašnje energije neizoliranih sustava) DRUGI STAVAK (uvođenje pojma entropije) TREĆI STAVAK (ishodište entropije )
7
Nulti stavak termodinamike
n1 > n2 n1 Nulti stavak termodinamike n2 TA = TB TB = TC ___________ TA = TC
8
PRVI STAVAK VOLUMNI RAD RAD TOPLINA
REVERZIBILNO IZMIJENJENA TOPLINA I REVERZIBILNO IZMIJENJEN RAD:
9
q w q SUSTAV OKOLINA
10
REALNI SUSTAVI (fja stanja, ovisnost o T izraženija od ovisnosti o V) Jouleov pokus IDEALNI PLIN
11
dq = dU + pex dV ; pex=konst.
ENTALPIJA Idealni plin Zašto entalpija? dq = dU + pex dV ; pex=konst. pex= p1= p2= p qp = ΔU + pΔV qp = (U2 + pV2) - (U1 + pV1) (n = konst.) qp = ΔHp
12
PRVI STAVAK Entalpija (fja stanja) Idealni plin
13
DRUGI STAVAK Sadi Carnot (1796.- 1832.) (ciklus) Kelvin-Planck:
Ciklički proces u kojemu se sva toplina prenesena sustavu u kontaktu s „toplinskim spremnikom” temperature TH pretvori u rad nije moguć.
14
DRUGI STAVAK Niti jedan parni stroj nema veću efikasnost od onoga u kojemu se svi procesi između dvaju temperatura TH i TC zbivaju reverzibilno. (Ira N. Levine: Physical Chemistry, str ) Efikasnost je svih parnih strojeva jednaka (neovisno o radnoj tvari) ukoliko se svi procesi između dvaju temperatura TH i TC zbivaju reverzibilno. (Ira N. Levine: Physical Chemistry, str ) Radna tvar: idealni plin, svi procesi reverzibilni, izmjena topline s rezervoarima TH i TC Carnotov kružni proces
15
Carnotov kružni proces
DRUGI STAVAK Kružni proces Carnotov kružni proces izoterma rev. adijabata rev. adijabata izoterma
16
u adijabatskom sustavu mogući samo procesi koji povećavaju entropiju
DRUGI STAVAK Ireverzibilni adijabatni proces reverzibilni adijabatni proces reverzibilni izotermni proces Rudolph Clausius ( ) kružni proces ciklus nemoguć u adijabatskom sustavu mogući samo procesi koji povećavaju entropiju (svaki izolirani sustav je adijabatski)
17
DRUGI STAVAK i koja u izoliranom sustavu u ravnoteži postiže maksimalnu vrijednosti. Postoji makroskopska funkcija stanja čiji je diferencijal jednak: Promjenu entropije za ireverzibilan proces moguće je odrediti pronalaženjem reverzibilnog puta (reverzibilno izmijenjena toplinom s okolinom) Za ireverzibilno izmijenjenu toplinu promjena entropije sustava ista je kao i za reverzibilan proces međutim izmijenjena toplina nije jednaka. S2 S1
18
DRUGI STAVAK Kružni proces: Reverzibilni adijabatski proces: Izohorno grijanje Reverzibilna fazna transformacija pri konstantnom p i T: Izobarno grijanje Izoterman proces:
19
Gibbsove jednadžbe DRUGI STAVAK zatvoreni sustav
Volumni reverzibilni rad Reverzibilna izmjena topline s okolinom Konstantan sastav
20
sustav Izolirani sustav = sustav + okolina
ΔS ukupno = ΔS sustav + ΔS okolina ≥ 0 sustav okolina+sustav
21
Josiah W. Gibbs ( )
22
T = konst.; P, (ili V )= konst.
MATERIJALNA RAVNOTEŽA Kemijske reakcije: (ireverzibilna (spontana) promjena kemijskog sastava) ireverzibilne fazne transformacije (ireverzibilna pretvorba jedne faze u drugu) T = konst.; P, (ili V )= konst. sustav i okolina čine izolirani sustav
23
mi* = Gm(i), čista tvar MATERIJALNA RAVNOTEŽA
Okolina – u termičkoj i mehaničkoj ravnoteži sa sustavom (reakcija iznimno spora) Sustav – u termičkoj i mehaničkoj ravnoteži sa sustavom, međutim nije u materijalnoj ravnoteži mi* = Gm(i), čista tvar Idealni plin
24
MATERIJALNA RAVNOTEŽA
Idealna plinska smjesa mB =mB* = Gm(B)
25
MATERIJALNA RAVNOTEŽA
H x = nr Konvencija! 2H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)
26
MATERIJALNA RAVNOTEŽA
Gibbs-Helmholtzova jednadžba van’t Hoffova jednadžba (temperaturna ovisnost konstante ravnoteže)
27
TREĆI STAVAK Entropije elementarnih tvari Entropije kemijskih spojeva Nernstov stavak Promjena entropije sustava u kojemu se zbiva izoterman proces teži nuli kada T teži nuli
28
TREĆI STAVAK P =1 bar, T = konst. Bilo koji spoj ili elementarna tvar
29
ENERGETSKA STANJA ATOMA I MOLEKULA
energija molekula i atoma (čestica) je kvantizirana energija koju čestice posjeduju rezultat je njihova gibanja i međumolekulskih interakcija Oblici gibanja: translacija (atomi i molekule) rotacija (molekule) vibracije (molekule) gibanje elektrona u molekulama Međumolekulske interakcije: realni plinovi kondenzirane faze (tekućine i krutine) u sustavu neovisnih čestica gibanja se u prvoj aproksimaciji mogu smatrati neovisnima
30
ε – ukupna energija τ – kinetička energija v –potencijalna energija
TRANSLACIJE ε – ukupna energija τ – kinetička energija v –potencijalna energija n- translacijski kvantni broj
31
ROTACIJE (DVOATOMNE MOLEKULE)
-rotacijski kvantni broj
32
VIBRACIJE (DVOATOMNE MOLEKULE)
re μ r
33
energija koju molekule imaju u odnosu na slobodne atome
ELEKTRONSKA ENERGIJA energija koju molekule imaju u odnosu na slobodne atome VELIKA JE VEĆINA JE MOLEKULA (I ATOMA ) PRI VISOKIM TEMPERATURAMA U OSNOVNOM ELEKTRONSKOM STANJU (razlike između osnovnog i prvog pobuđenog elektronskog stanja atoma i molekula u pravilu su dovoljno velike da se napučenost svih stanja osim osnovnoga može za sve slučajeve koje ćemo razmatrati mogu zanemariti) OSNOVNO ELEKTRONSKO STANJE PROIZVOLJNO JE ISHODIŠTE ENERGIJE ATOMA I MOLEKULA U STATISTIČKOJ TERMODINAMICI OSNOVNO ELEKTRONSKO STANJE;
34
DEGENERACIJA I NAPUČENOSTI
broj kvantnih stanja određenog energijskog stanja translacije – male energijske razlike između pojedinih energijskih stanja, veliki broj mogućih kvantnih stanja za viša energijska stanja rotacije- degeneracija za svaki rotacijski energijski nivo 2J+1 vibracije – nedegenerirani energijski nivoi elektronska stanja – varijabilna degeneracija (ovisno o čestici) VRSTE ČESTICA fermioni i bosoni – dvije vrste kvantnih statistika
35
MOGUĆE RASPODJELE ČESTICA PO DOSTUPNIM ENERGIJSKIM STANJIMA
(vrste čestica, degeneracije energijskih stanja, ukupna energija sustava) VJEROJATNOSTI POJEDINIH RASPODJELA sve moguće raspodjele nisu jednako vjerojatne APROKSIMACIJE Maxwell-Boltzmannova raspodjela za “kvantno razrijeđene sustave” ...čestična particijska funkcija, sistemska particijska funkcija U, S, H, G, A, CP, CV,
Παρόμοιες παρουσιάσεις
© 2024 SlidePlayer.gr Inc.
All rights reserved.