Некоторые понятия термодинамики
Системой называют тело или группу тел, находящихся во взаимодействии и физически или мысленно обособленных от окружающей среды (последняя в свою очередь тоже является системой).
Система называется изолированной, если она не обменивается с окружающей средой энергией и веществом.
Система называется закрытой, если она обменивается с окружающей средой энергией, но не обменивается веществом.
Система называется открытой, если она обменивается с окружающей средой энергией и веществом.
Гомогенная система – сплошная однородная система, любое свойство которой имеет во всех частях одинаковое значение или непрерывно изменяется от точки к точке. Например, жидкая вода и растворы.
Гетерогенная система - система, отдельные части которой различаются по свойствам и отделены друг от друга поверхностями раздела. Примером такой системы может служить лед, вода и ее пары, находящиеся в одном сосуде.
Фаза - это однородная часть неоднородной (гетерогенной) системы, имеющая определенный химический состав и свойства, отделенная от других фаз поверхностью раздела, и которая в принципе может быть выделена из системы каким-либо механическим способом. Гомогенные системы однофазны. Гетерогенные системы содержат больше одной фазы.
Химическая система - совокупность исходных веществ и продуктов химической реакции.
Термодинамические параметры - величины, характеризующие макроскопические свойства системы, например: давление, объем, температура.
Уравнения состояния - количественные зависимости между параметрами системы.
Например, уравнением состояния является уравнение, описывающее состояние идеального газа (уравнение Менделеева – Клапейрона): рV = nRT.
Понятие о функции состояния
Термодинамика изучает состояния системы, которые характеризуются ее физическими и химическими свойствами (V, p, T, химический состав и т.д.). В термодинамике систему характеризуют при помощи функций состояния.
Функция состояния – величина, определяемая параметрами состояния, однозначно характеризующая систему и не зависящая от пути достижения данного состояния данной системой.
Примером функции состояния может служить потенциальная энергия.
Свойства функции состояния:
1. Функция состояния системы не зависит от пути достижения данного состояния данной системой.
2. Функция состояния есть величина аддитивная: функция состояния целого (системы) равна сумме функций состояния ее частей.
3. Абсолютное значение функции состояния f определить, как правило, нельзя, но ее изменение f при переходе системы из одного состояния в другое - величина определенная и измеряемая.
Расчет функций состояния, исследование их зависимостей от условий проведения реакций составляет предмет химической термодинамики.
Внутренняя энергия, теплота, работа.
Внутренняя энергия характеризует все формы движения молекул, ионов, атомов, электронов, ядер и другие виды энергии, за исключением кинетической энергии движения системы, как целого, и потенциальной энергии ее положения.
Как и любую энергию, внутреннюю энергию нельзя измерить. Однако, можно определить ее изменение при переходе из одного состояния в другое.
В термодинамике обычно исследуют две формы передачи энергии от одной системы к другой – теплоту Q и работу А.
Теплота – неупорядоченная форма передачи энергии при столкновении хаотически движущихся молекул и атомов соприкасающихся тел (осуществляется путем теплопроводности или теплоизлучения ). В термодинамике положительной (Q > 0) считается теплота, подведенная к системе. В термохимии подводимая к системе теплота имеет противоположный знак (Q < 0).
Работа – упорядоченная форма передачи энергии, общей чертой которой является перемещение масс, состоящих из очень большого числа молекул, под действием каких-либо сил. Положительной (А > 0) считается работа, совершаемая системой против действия внешних сил.
Теплота и работа характеризуют качественно и количественно две различные формы передачи энергии от одной части материального мира к другой.
В отличие от внутренней энергии, теплота и работа зависят от способа проведения процесса, т.е. являются функциями пути.