Agata Klimiuk
Katarzyna Kaiser
gr. IV, zespół VI
Wydział Medycyny Weterynaryjnej
 Wyznaczanie zmian termodynamicznych funkcji stanu. Wyznaczanie zmiany entropii
układu. Wyznaczanie zmiany entalpii soli w procesie rozpuszczania.
Pierwsza zasada termodynamiki:
zmiana energii wewnętrznej układu U będzie wynikiem wymiany energii przez układ na sposób
ciepła Q oraz przekazania energii przez układ otoczeniu, bądz
dostarczeniu energii do układu z
otoczenia na sposób pracy W.
Wzór: "U = Q + W
Gdzie:
"U - zmiana energii wewnętrznej układu
Q - ciepło
W  praca
Z energii układu można wydzielić energię kinetyczną i potencjalną całości układu lub jego
makroskopowych części. Pozostała cześć energii układu nazywa się energią wewnętrzną.
Wzór na energię wewnętrzną: Eu=Ek+Ep+U
Gdzie:
Ek - makroskopowa energia kinetyczna układu,
Ep - makroskopowa energia potencjalna układu,
U - energia wewnętrzna.
Głównymi składnikami energii wewnętrznej są:
1. energia kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek.
2. energia ruchu drgającego atomów w cząsteczce,
3. energia potencjalna w polu wzajemnego przyciągania się cząstek,
4. energia chemiczna związana z możliwością przebudowy cząstek.
5. energia stanów elektronowych,
6. energia jądrowa.
Ciepło - które układ wymienia z otoczeniem odgrywa szczególną rolę w reakcjach chemicznych i
zależy od tego, czy reakcja przebiega izobarycznie czy izochorycznie. Ciepłem reakcji chemicznej
nazywamy energię wymienioną na sposób ciepła między układem, w którym zachodzi reakcja
chemiczna, a otoczeniem, gdy przereaguje taka liczba substratów, jaka jest podana w równaniu
stechiometrycznym. Wartość ciepła reakcji zależy m.in. od warunków, w jakich reakcja przebiega.
Rozróżniamy ciepło reakcji pod stałym ciśnieniem (zmiana entalpii) oraz ciepło reakcji w stałej
objętości (zmiana energii wewnętrznej). Reakcja jest egzotermiczna, gdy "U < O lub "H < O;
układ oddaje wtedy ciepło do otoczenia. Reakcja jest endotermiczna. Gdy "U > O lub "H> O;
układ pobiera ciepło z otoczenia.
Temperatura - to wielkość fizyczna określająca zdolność układu makroskopowego do
przekazywania ciepła; układ o temperaturze wyższej przekazuje ciepło będącemu z nim w
kontakcie układowi o temperaturze niższej, aż do wyrównania temperatur. Jednostką temperatury w
układzie SI jest kelwin (K). W termodynamice temperatura jest jednym z parametrów określających
stan układu makroskopowego  jest jednakowa dla wszystkich części układu izolowanego od
otoczenia, znajdującego się w stanie rónowagi termodynamicznej.
Topnienie - przemiana fazowa, polegająca na przejściu substancji ze stanu stałego w stan ciekły.
Przy zjawisku topnienia należy pamiętać o odwracalności zjawisk w przyrodzie i łączyć je ze
zjawiskiem krzepnięcia. Dla każdego idealnie czystego pierwiastka i większości związków
chemicznych, przy określonym ciśnieniu można wyznaczyć jedną, ściśle określoną temperaturę
topnienia, która zarazem jest też jej temperaturą krzepnięcia. Z punktu widzenia termodynamiki
topnienie jest przemianą fazową I rodzaju, co oznacza w praktyce, że nie może zachodzić bez
wymiany ciepła. Procesy topnienia prowadzone pod stałym ciśnieniem mają zawsze charakter
endotermiczny, co oznacza, że do ich zajścia konieczne jest dostarczenie z zewnątrz określonej
porcji energii termicznej.
Ciepło topnienia jest to ilość energii potrzebnej do stopienia jednostki masy danej substancji.
W układzie SI jednostką ciepła topnienia jest J/kg (dżul na kilogram).
Do określenia charakterystycznego dla danej substancji ciepła, warunkiem niezbędnym jest
to, aby zjawisko zachodziło przy stałym ciśnieniu, a ilość substancji (masa) nie ulegała
zmianie.
Q = m*q
gdzie:
m - masa ciała, q - ciepło topnienia
Bilans cieplny, czyli zestawienie ciepła, które zostało oddane, z ciepłem, które zostało pobrane, jest
następujący:
Q 1 + Q2 = Q3 + Q4
gdzie:
Q1 - ciepło pobrane przez lód na stopienie,
Q2 - ciepło pobrane przez wodę powstałą z lodu,
Q3 - ciepło oddane przez kalorymetr,
Q4 - ciepło oddane przez wodę w kalorymetrze.
Ciepło pobrane jest równe ciepłu oddanemu.
Ciepło Q1 - wynosi: Q1=m1 , gdzie:
 - ciepło topnienia lodu,
m1 - masa lodu.
Ciepło Q2 - wynosi: Q2 =m1 cw( Tk- T0), gdzie:
m1 - masa wody powstałej z lodu, rk�na masie lodu,
Cw - ciepło właściwe wody.
Ciepło Q3 - wynosi: Q3 = mkck (Tp- Tk), gdzie:
mk - masa kalorymetru,
ck - ciepło właściwe kalorymetru.
Ciepło Q4 - wynosi: Q4 = mw cw (Tp  Tk), gdzie:
mw - masa wody w kalorymetrze,
Cw - ciepło właściwe wody.
Podstawiając poszczególne wyrażenia do wzoru Q1+Q2=Q3+Q4, możemy wyznaczyć ciepło
topnienia lodu :
=[(mkck+mwcw)(Tp-Tk)-m1cw(Tk-To)]/m1
Entropia jest to termodynamiczna funkcja stanu określająca kierunek przebiegu procesów
spontanicznych (samorzutnych) w odosobnionym układzie termodynamicznym. Jest wielkością
ekstensywną. Druga zasada termodynamiki stwierdza, że jeżeli układ termodynamiczny przechodzi
od jednego stanu równowagi do drugiego bez udziału czynników zewnętrznych (a więc
spontanicznie), to jego entropia zawsze rośnie.
Entropia, podobnie jak energia wewnętrzna U i entalpia H, jest funkcją stanu, tzn., jej zmiany
wyznacza jedynie stan początkowy i końcowy układu, a nie zależą one od drogi przemiany.
Entropia substancji może wzrosnąć w wyniku ogrzewania lub w wyniku zwiększenia się liczby
miejsc.
Zmiana entropii elementów wchodzących w skład układu jest równa sumie algebraicznej
zmian entropii poszczególnych elementów układu:
"S=Ł"Si
Zmiana entropii S zdefiniowana jest następującym równaniem:
"S ="Q/T
"Q- ilość ciepła dostarczonego ciału do jego temperatury T.
Zmiana entropii "S określa kierunek przemian zachodzących w układzie. Formułuje to druga
zasada termodynamiki, której treść jest następująca:
W układzie izolowanym przemianie samorzutnej, tj. nieodwracalnej, towarzyszy wzrost
entropii, entropia układu izolowanego dąży do maksimum, aż ustali się równowaga
termodynamiczna między wszystkimi składnikami tego układu. W stanie równowagi
jakakolwiek przemiana w układzie ma charakter odwracalny, zmiana entropii w tym stanie
równa się zeru.
Zmiana entropii dla przypadku z ćwiczenia:
"S="S1+"S2+"S3
gdzie:
"S1  zmiana entropii lodu w procesie jego topnienia
"S2  zmiana entropii wody powstałej z lodu
"S3  zmiana entropii kalorymetru z wodą
Przemiana izobaryczna - dotyczy przemiany w której określona masa gazu znajduje się pod
stałym ciśnieniem (to znaczy p= const.). Korzystając z równania Clapeyrona dla n moli gazu,
uzyskamy równanie w postaci:
V
= const
T
Praca wykonana przez układ (lub nad układem) w odwracalnym procesie izobarycznym jest równa
ubytkowi (lub przyrostowi) entalpii układu. W szczególności, gdy jedyny wkład do pracy stanowi
praca objętościowa (polegająca na zmianie objętości układu), jest ona wyrażona wzorem:
W = p" V
Podczas procesu izobarycznego ciepło zostaje dostarczone układowi zużywa się na powiększenie
jego energii wewnętrznej o "U oraz na wykonanie pracy objętościowej p"V. Dla
scharakteryzowania tego rodzaju procesu wprowadza się nową funkcję stanu zwaną entalpią (H).
H = U + pV
Zmiana entalpii układu w procesie izobarycznym jest równa ilości ciepła pobranego lub
oddanego przez układ w tej przemianie.
" Q = " H
= H1-H2 przy p=const
Rozpuszczanie  proces fizykochemiczny polegający na takim zmieszaniu ciała stałego, gazu lub
cieczy w innej cieczy lub gazie, że powstaje jednorodna, niemożliwa do rozdzielenia metodami
mechanicznymi mieszanina. Mieszanina taka nazywana jest roztworem, zaś substancja, w której to
się odbywa, nazywana jest rozpuszczalnikiem.
Ciepło rozpuszczania - czyli sumaryczny efekt cieplny procesu rozpuszczania, zależy od bilansu
energii zanikania oddziaływań występujących w wyjściowej substancji rozpuszczanej i
powstawania nowych oddziaływań między substancją rozpuszczaną i rozpuszczalnikiem. W
zależności od tego, który z tych procesów przeważa energetycznie w określonym układzie
substancja rozpuszczana-rozpuszczalnik, proces rozpuszczania może prowadzić do oziębienia
(proces endoenergetyczny) lub ogrzania się (proces egzoenergetyczny) całego układu.
qi + Qr + QK = 0
q ciepło pobrane przez ciało o masie m do rozpuszczenia
i  i
Q  ciepło pobrane przez roztwór
r
Q  ciepło oddane przez kalorymetr
k
Tabele
Proces rozpuszczania soli
m m m
k kw w "H "H "H "H "H "H "H "H
1 2 3 4 5 6 7
kg kg kg kJ kJ kJ kJ kJ kJ kJ kJ
Pomiar Jednostka 1 2 3 4 5 6 7
m +m Kg
w i
c kJ/kgK
ri
T K
pi
T K
ki
k %
i
Proces topnienia lodu
m m m T T m m  "S "S "S "S
k kw w p k kwl 1 1 2 3
kg kg kg K K kg kg J/k J/K J/K J/K J/K