Функции состояния термодинамической системы

Внутренняя энергия

Внутренняя энергия (U) - общий запас энергии, включая энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергия внутримолекулярных колебаний атомов и атомных групп, внутриядерная энергия, энергия движения электронов и т.д., т.е. все виды энергии, кроме кинетической и потенциальной энергии системы в целом.

энергия поступательного и вращательного движения молекул

	Внутриядерная энергия		Энергия движения электронов и т.д.

U

Энергия внутримолекулярных колебаний атомов и атомных групп

Внутренняя энергия в химических и физических процессах термодинамической системы может увеличиваться или уменьшаться, т.е. энергия может выделяться или поглощаться. Если энергия выделяется в виде тепла - процесс экзотермический, поглощается - эндотермический.

Определить абсолютное значение величины внутренней энергии невозможно, но можно измерить ее изменение.

I закон термодинамики

I закон термодинамики – частный случай закона сохранения энергии.

Аналитическая формулировка I закона:

Q = ΔU+ А, т.е.

если к системе подводится теплота Q, то она расходуется на изменение ее внутренней энергии ΔU и на совершение работы А против сил внешнего давления.

Возможные варианты протекания процессов, для которых можно определить изменение внутренней энергии системы.

1.V=const (при постоянном объеме системы) - изохорный процесс:

ΔU= Q_v - теплота, поглощаемая (выделяемая) при постоянном ее объеме.

Q_v может быть измерена экспериментально (калориметрическим методом)

Q_v = n∙c_v∙ΔT;где

n - количество молей вещества;

c_v - теплоемкость при постоянном объеме;

ΔT - разница температур

2. Р=const (при постоянном давлении в системе) - изобарный процесс:

ΔU= Q_р -Р∙Δ V

Q_р может быть также измерена экспериментально (калориметрическим методом): Q_р = n∙c_р∙ΔT,где

n - количество молей вещества;

c_р - теплоемкость при постоянном давлении;

ΔT - разница температур

Для процессов при постоянном давлении принято использовать еще одну функцию состояния термодинамической системы - энтальпию.

Энтальпия

Энтальпия (теплосодержание) - такое же свойство вещества как объем, давление, температура, одновременно энтальпия является функцией состояния системы.

Также как для внутренней энергии невозможно определить абсолютное значение энтальпии, но можно определить ее изменение.

ΔН =ΔU+РΔV

Энергетические эффекты

Все химические процессы (реакции) протекают либо с выделением, либо с поглощением тепла.

Экзотермические Количество выделенной или поглощенной

Эндотермические теплоты называют тепловым эффектом

процесса

теплота

процесса

Для реакции

термохимическое уравнение записывается как:

Н

ΔН⁰ – стандартная энтальпия - ΣН_конΣН_исх

энтальпия при стандартных

условиях - 25⁰С и 101 кПа (1 атм),

кДж\моль

ΣН_исхΣН_кон

Эндотермическая Экзотермическая

ΔН⁰ - известно не только для химических реакций, но и для других процессов (фазовые переходы – плавление, испарение, возгонка, аллотропные изменения и т.д.)

ΔН⁰_f – энтальпия образования; для простых веществ, устойчивых при стандартных условиях, равна нулю.

ΔН⁰_f – энтальпия (теплота) образования сложного вещества - тепловой эффект образования 1 моля вещества из простых веществ, устойчивых при стандартных условиях.

ΔН⁰_с – энтальпия (теплота) сгорания - тепловой эффект сгорания 1 моль вещества до СО_2(г), Н₂О_(ж) и т.д.

Существуют таблицы, содержащие данные по теплотам образования и сгорания веществ.