Chemia fizyczna2notatki wykład Włodarczyk


Termodynamika składa się z 3 działów:
Termochemia  umożliwia obliczanie bilansów cieplnych reakcji cieplnych reakcji
chemicznych i procesów chemicznych
II i III zasada termodynamiki  funkcja Gibbsa, entropia
Równowagi chemiczne
Gaz doskonały  matematyczny model gazu, spełniający określone warunki:
1) brak oddziaływao międzycząsteczkowych z wyjątkiem odpychania w momencie zderzeo
cząsteczek
2) objętośd cząsteczek jest znikoma w stosunku do objętości gazu
3) zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste
4) cząsteczki znajdują się w ciągłym chaotycznym ruchu
Gaz doskonały to model, słuszny w pełni jedynie dla bardzo
rozrzedzonych gazów. W rzeczywistych gazach wzrost ciśnienia
ę! 5G ! 5]
powoduje, że zmniejszają się odległości między cząsteczkami oraz
5T5N5g 5Q5\5`5X5\5[5Nł5f
powoduje pojawianie się oddziaływao międzycząsteczkowych.
Oddziaływania te odgrywają coraz większą rolę gdy maleje
temperatura gazu zbliżając się do temperatury skraplania.
W bardzo wysokich temperaturach zderzenia przestają byd sprężyste.
Gaz rzeczywisty  gaz, który nie zachowuje się zgodnie z prawami ustalonymi dla gazu doskonałego.
W praktyce są to wszystkie gazy istniejące w realnym świecie, aczkolwiek przybliżenie gazu
doskonałego może w wielu warunkach byd do nich z powodzeniem zastosowane. Przybliżenie to
zawodzi jednak w skrajnych warunkach, oraz gdy istnieje potrzeba dokonania bardzo dokładnych
obliczeo w warunkach zbliżonych do normalnych.
Miarą odchylenia zachowania gazu rzeczywistego od gazu idealnego jest współczynnik ściśliwości
(współczynnik kompresji) Z:
5]5c
5M =
5[5E5G
R  uniwersalna stała gazowa, praca jaką wykonuje 1 mol gazu doskonałego w przemianie
izobarycznej w wyniku ogrzania o 1 kelwin.
dla 5[ = 1 5Z5\5Y dla 5[ `" 1 5Z5\5Y
5]5c 5=
5]5I 5= 5Z3
5E = 5c = 5Z3
5E = 5I =
5[5G 5Z5\5Y " 5>
5G 5Z5\5Y " 5> 5Z5\5Y
101325 5C5N " 0,0224 5Z3 5=
5E = = 8,314
1 5Z5\5Y " 273,15 5> 5Z5\5Y5>
RÓWNANIE VAN DER WAALSA:
dla 5[ = 1 5Z5\5Y dla 5[ `" 1 5Z5\5Y
5N
5N5[2
5E5G = 5] + 5I - 5O
5[5E5G = 5] + 5I - 5[5O
5I2
5c2
Parametry a i b, powinny byd związane z parametrami punktu krytycznego gazu, zwanymi też stałymi
krytycznymi, które mogą byd też w zastosowaniach praktycznych traktowane jako parametry
dopasowania. W punkcie krytycznym na wykresie p(v) krzywa powinna byd pozioma, co odpowiada,
że jej pochodna powinna wynosid 0.
275E25G5P2 5E5G5P
;
5N = ; 5O =
645]5P 85]5P
Izoterma gazu rzeczywistego w 5G = 5G5X5_ jest izotermą krytyczną. Parametry stanu w punkcie
to: 5I5X5_ , 5]5X5_ , 5G5X5_ nazywamy parametrami krytycznymi.
Dowolna izoterma leżąca poniżej punktu krytycznego 5G < 5G5X5_ jest krzywą ciągłego przejścia
substancji ze stanu gazowego do stanu ciekłego.
Odcinek 1-2: parowanie; 1 i 2  odpowiednio początek i koniec kondensacji
Odcinek 2-e: para
Odcinek 1-f: ciecz przegrzana
Odcinek g-2: para przechłodzona
Odcinek f-g: nie ma sensu fizycznego (p i v rosną dla T=const)
Odcinki 1-f i g-2: stany metastabilne  nieskooczenie mała zmiana stanu powoduje przejście
do stanu będącego w równowadze termodynamicznej.
1 5N 8 5N
5c5X5_ = 35[5O; 5]5X5_ = 5G5X5_ =
27 5O2 27 5O5E
Prawo Daltona:
Opisuje zachowanie się gazów doskonałych.:
 Ciśnienie wywierane przez mieszaninę gazów jest równe
sumie ciśnieo wywieranych przez składniki mieszaniny, gdyby
każdy z nich był umieszczany osobno w tych samych
warunkach objętości i temperatury, jest ono zatem sumą
ciśnieo cząstkowych .

5ę = 5ę5h + 5ę5i + " = 5ę5؊ ; 5ę5؊ = 5ؙ5؎5ؐ5ć " 5ę

5؊=5
5Ź5؊
5ؙ5؎5ؐ5ć =


5]5c = 5P5\5[5`5a; 5G = 5P5\5[5`5a; 5[ = 5P5\5[5`5a;
Izoterma: na wykresie p=f(v) jest to hiperbola.
5]
5c = 5P5\5[5`5a; = 5P5\5[5`5a; 5[ = 5P5\5[5`5a.
Izochora:
5G
5c
5] = 5P5\5[5`5a; = 5P5\5[5`5a; 5[ = 5P5\5[5`5a.
Izobara:
5G
Napięcie powierzchniowe  zjawisko polegające na powstaniu dodatkowych sił działających na
powierzchnię cieczy w sposób kurczący ją tak, że zachowuje się jak sprężysta błona; wielkośd fizyczna
ujmująca to zjawisko ilościowo.
55: 5=
5 =
55` 5Z2
5],5G
Napięcie powierzchniowe maleje wraz ze wzrostem temperatury i 5 = 0 w otoczeniu 5G5X5_ .
Zwilżanie  rozpływanie się cieczy na powierzchni ciała stałego. Zachodzi wówczas, gdy
oddziaływanie między cząsteczkami ciała stałego i cieczy jest większe od siły napięcia
międzyfazowego.
Kąt zwilżania  kąt utworzony przez powierzchnię płaską ciała stałego i płaszczyznę styczną do
powierzchni cieczy graniczącej z ciałem stałym.
Lepkośd  właściwośd płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca opór wewnętrzny przeciw
płynięciu.
5 = 55\ 1 + 2,5Ś
5 - 55\
55dł =
55\
5X5T
5 = 5C5N " 5` =
5Z " 5`
Lepkośd dynamiczna  stosunek naprężeo ścinających do szybkości ścinania:
5
5 =
5
TERMOCHEMIA:
Układ termodynamiczny  dowolnie wybrana częśd przestrzeni, której zachowanie jest rozpatrywane
na podstawie zasad termodynamiki. Pozostała częśd przestrzeni to otoczenie termodynamiczne.
Typy układów termodynamicznych:
Izolowany  układ, który nie wymienia materii (masa + energia) z otoczeniem
Zamknięty  układ, który wymienia z otoczeniem energię.
Otwarty  układ, który wymienia z otoczeniem materię.
5Z5N5a5R5_5V5N = 5Z5N5`5N + 5R5[5R5_5T5V5N
5R5[5R5_5T5V5N = 5P5V5R5]ł5\ +/- 5]5_5N5P5N
Parametry termodynamiczne dzielą się na:
Intensywne  nie zależą od wielkości układu (duże litery)
Ekstensywne  zleżą od wielkości układu (małe litery)
Warunki prowadzenia procesu:
5ę = 5"5ؐ5Ź5"5ؕ 5 = 5"5ؐ5Ź5"5ؕ
5{ = 5"5ؐ5Ź5"5ؕ 5{ = 5"5ؐ5Ź5"5ؕ
5[ = 5b5`5a5N5Y5\5[5N 5d 5_5R5N5X5P5W5V 5{ = 5"5ؐ5Ź5"5ؕ
5x5ę = "5o; "5؉. 5[ = 5b5`5a5N5Y5\5[5N 5d 5_5R5N5X5P5W5V
5x5 = "5|; "5|
praca objętościowa + ciepło
Wyłącznie ciepło
Ciepło reakcji pod stałym ciśnieniem  ilośd energii jaką układ zamknięty wymienia z otoczeniem w
5] = 5P5\5[5`5a 5G = 5P5\5[5`5a
przemianie izobaryczno  izotermicznym ( ) dla liczby moli reagentów
podanych przez stechiometrię reakcji. Energia może byd wymieniona na sposób ciepła i/lub pracy
zmiany objętości. Jeśli nie ma zmiany liczby moli reagentów gazowych to praca objętościowa = 0.
Ciepło reakcji pod stałą objętością  ilośd energii, jaką układ zamknięty wymienia z otoczeniem w
przemianie izochoryczno  izotermicznej ( ) na sposób ciepła.
5c = 5P5\5[5`5a 5G = 5P5\5[5`5a
I prawo termochemiczne (prawo Lavoisiera-Laplace'a):
 Ciepło tworzenia związku chemicznego z pierwiastków jest równe ciepłu rozpadu tego związku na
pierwiastki z przeciwnym znakiem; przy założeniu, że oba procesy prowadzone są w tych samych
warunkach i odnoszą się do 1 mola substancji).
II prawo termochemiczne (prawo Hessa):
 Ciepło reakcji chemicznej albo procesu fizycznego nie zależy od drogi realizacji tego procesu, jedynie
od stanu początkowego i koocowego układu.
 Wartośd funkcji stanu nie zależy od sposobu realizacji procesu a jedynie od stanu początkowego i
koocowego układu
III prawo termochemiczne (prawo Kirhoffa):
Pozwala obliczad efekt cieplny w dowolnej temperaturze na podstawie znanego efektu cieplnego w
5] = 5P5\5[5`5a 5G = 5P5\5[5`5a
innej temperaturze. Entalpia reagenta przy zależy od temperatury.
5G
5;5G = 5;5G5\ + 565] 5Q5G
5G5\
5G2
"5;5G2 = "5;5G1 + "565] 5Q5G
5G1
5[ 5[
"565] = 5c5V " 565]5V - 5c5V " 565]5V
5V=1 5V=1
5]5_5\5Q 5`5b5O5`5a
W wąskim zakresie temperatur zależnośd Cp od temperatury jest niewielka  może zostad pominięta.
5G2
"5;5G2 = "5;5G1 + "565] 5Q5G
5G1
"5;5G2 = "5;5G1 + 565] 5G2 - 5G1
W przypadku :
5c = 5P5\5[5`5a 5G = 5P5\5[5`5a
5G2
"5H5G2 = "5H5G1 + "565c 5Q5G
5G1
"5H5G2 = "5H5G1 + 565c 5G2 - 5G1
II ZASADA TERMODYNAMIKI:
 W całościowo rozpatrywanym układzie izolowanym procesowi samorzutnemu towarzyszy wzrost
entropii.
Entropia  wielkośd ekstensywna; miara stopnia nieuporządkowania układu.
I  układ zamknięty
II  układ izolowany
W układzie izolowanym 5G = 5P5\5[5`5a
"5F = 5F5X - 5F5] "5F = 5F - 5F2
"5F > 0
Pełna definicja układu odnosi się do procesu odwracalnego
5^5\5Q5d5_
5F =
5G
5Q5^5\5Q5d5_ 5G = 5P5\5[5`5a
5Q5F =
5G
W przypadku :
5c = 5P5\5[5`5a 5G = 5P5\5[5`5a
5Q5;
5Q5F =
5G
Proces krystalizacji: proces wymuszony => "5F < 0 (odbieramy ciepło)
Proces topnienia: proces samorzutny => "5F > 0 (dostarczamy ciepło)
ENTROPIA W PROCESACH ODWRACALNYCH: ENTROPIA W PROCESIE NIEODRACALNYM:
5Q5F + 5Q5F2 = 0 5Q5F + 5Q5F2 > 0
5Q5F = -5Q5F2 5Q5F > -5Q5F2
ZALEŻNOŚĆ ENTROPII OD TEMPERATURY:
5{5ؕ 5{5Ś
5{
5j5ć5؊5ł5
5؊555{ 5j5؈5؂5"55{
5j5"5ؐ5ć5؊555{ "5o5ؕ 5ę "5o5Ś 5ę

5z 5{ = 5z 5 + + + + +
5{ 5{5ؕ 5{ 5{5Ś 5{
5 5{5ؕ 5{5ؕ
NIERÓWNOŚĆ CLAUSIUSA:
Kryterium samorzutności procesu:
5G5Q5F e" 5Q5^
5Q5^
5Q5F - e" 0
5G
5Q5H
5c = 5P5\5[5`5a 5Q5^ = 5Q5H 5Q5F - e" 0
5G
5Q5;
5] = 5P5\5[5`5a 5Q5^ = 5Q5; 5Q5F - e" 0
5G
ENTALPIA SWOBODNA  FUNKCJA GIBBSA:
5] = 5P5\5[5`5a 5G = 5P5\5[5`5a
Entalpia swobodna  potencjał termodynamiczny, przy :
5: = 5; - 5G5F
5:5V = 5:5V5\ + 5E5G ln 5N5V
Wartośd entalpii swobodnej podaje kierunek przebiegu procesu:
"5: < 0 - przebieg od substratów do produktów
"5: = 0 - równowaga (proces odwracalny)
"5: > 0 - od produktów do substratów
5[ 5[
"5: = 5c5V " 5:5V - 5c5V " 5:5V
5V=1 5V=1
5]5_5\5Q 5`5b5O5`5a
5Q5; = 5Q5H + 5]5Q5I 5Q5H = 5Q5^ + 5Q5d 5Q5^ = 5G5Q5F
5Q5; = 5G5Q5F + 5Q5d + 5]5Q5I
5Q5: = 5Q5; - 5G5Q5F 5Q5: = 5Q5d + 5]5Q5I
5Q5d = 5Q5d5P - 5]5Q5I 5Q5d5P = 5Q5:
5J5P5Z5N5e = "5:
ENERGIA SWOBODNA  FUNKCJA HEMHOLTZA:
Energia swobodna  potencjał termodynamiczny, przy ; odpowiada tej części
5c = 5P5\5[5`5a 5G = 5P5\5[5`5a
energii wewnętrznej, która może byd w danym procesie uwolniona na zewnątrz układu w formie
pracy lub ciepła.
54 = 5H - 5G5F
545V = 545\ + 5E5G ln 5N5V
5V
5[ 5[
"54 = 5c5V " 545V - 5c5V " 545V
5V=1 5V=1
5]5_5\5Q 5`5b5O5`5a
Układ wykonuje maksimum pracy, gdy pracuje odwracalnie:
5Q5^
5Q5F =
5G
5G5Q5F = 5Q5^ 5Q5H = 5Q5^ + 5Q5d
5Q5H = 5G5Q5F + 5Q5d
5Q5d = 5Q5H - 5G5Q5F
5J5Z5N5e = "54
Funkcja Gibbsa  Hemholtza: objętościowa praca maksymalna, którą układ może wykonad tylko w
procesie odwracalnym. Proces zachodzi nieskooczenie wolno z nieskooczenie małymi zmianami.
FUNDAMENTALNR PRAWO TERMODYNAMIKI:
I) 5Q5H = 5Q5^ + 5Q5d 5Q5d = -5]5Q5I
II) 5Q5^ = 5G5Q5F
55| = 5{55z - 5ę55}
5O5| 5O5|
55| = 55z + 55}
5O5z 5O5}
5} 5z
55H 55H
= 5G - = 5]
55F 55I
5I 5F
5: = 5; - 5G5F 5Q5: = 5Q5; - 5G5Q5F - 5F5Q5G
5; = 5H + 5]5I 5Q5; = 5G5Q5F + 5I5Q5]
55n = 5}55ę - 5z55{
5O5n 5O5n
55n = 55ę + 55{
5O5ę 5O5{

5{
55: 55:
= 5I - = 5F
55] 55G
5]
5G
5; - 5:
5: = 5; - 5G5F 5F =
5G
55: 5: - 5; 55: 5: 5;
= - = -
55G 5G 55G 5G 5G
5] 5]
5O5n 5o
= -
5O5{5{ 5{5



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
chemia fizyczna I wykład(1)
Chemia analityczna wykłady
Chemia budowlana Wykład 7
Chemia Fizyczna Skrypt
chemia fizyczna57
chemia fizyczna03
chemia fizyczna21
chemia fizyczna19
chemia lekow wyklad5 1
Chemia organiczna wykład 14
chemia fizyczna14

więcej podobnych podstron