Gaz doskonały.Założenia:1Cz.gazu zachowuja się jak jednorodne doskonale sprezyste kule.2Objetosc własna cz.w stosunku do objętości zajmowanej przez gaz może być pominięta.3Cz. znajdują się w stanie ciągłego ruchu postępowego zderzenia między nimi są zderzeniami sprężystymi.4Cz. nie oddziaływują nz siebie do chwili zderzenia a więc ich ruch jest prostoliniowy.5Ruch cz.jest chaotyczny nie ma uprzywilejowanego kierunku.
Pv=nRT R-uniwersalna stała gazowa 8,314510 J/mol*K=0,08205 L*atm/mol*K=1,987cal/mol*K Fk. Termodyn. Funkcja stanu, to funkcja której wart określona jest jednoznacznie przez wart parametrów stanu, a której zmiany są wprost równe różnicy jej wart w stanach końcowym i pocz układu. E wew jest fk stanu ∆U=U1+U2 Entalpia, jest także fk stanu, tzn. jej zmiany nie zależą od drogi procesu ale od jej wart w stanach końcowym i pocz układu. ∆H=H1+H2 Entropia, dla liczbowego określenia kierunku przebiegu przemian samorzutnych wprowadzono nową fk termodyn -S. E wew, nazywamy sumę wszystkich rodzajów E danego układu. U. Składowe E układów:E kinetyczna, potencjalna, oddziaływań międzycząsteczkowych, E wew: translacji cząstek, rotacji cząstek, oscylacja wiązań, energia elektronów, wiązań chem. Rodzaje prac: mechaniczna(objętościowa), W zmiany pow, elektryczna, W odkształceniowa, siła przyciągania graw. I zas termodyn. ogólna suma energii w układzie zamkniętym pozostaje niezależna od przemian, jakim ulegają różne rodzaje energii. U=const Zmiana energii wewnętrznej ΔU=Q+L-praca dostarczona lub wykonana przez układ. Ciepło w termodynamice to forma przekazywania energii termicznej. Relacja między energią termiczną a ciepłem jest taka sama jak między pracą i energią w mechanice. Cieplnym odpowiednikiem określenia "wykonanie pracy na układzie" jest określenie "wystąpienie przepływu ciepła". Ciepło przepływa między ciałami, które znajdują się w stosunku do siebie w nierównowadze termicznej, zwykle wtedy, gdy posiadają one różną temperaturę. W niektórych, szczególnych przypadkach może ono jednak także przepływać między ciałami o tej samej temperaturze. Czasami, przez ciepło rozumie się odczucie zadowolenia z przystosowania się organizmu do aktualnych warunków termicznych otoczenia. Naukowo to odczucie nazywa się komfortem cieplnym. Praca jest jedną z dwóch form przekazywania E między układami lub częściami układu, tym różni się od ciepła, że można ją najczęściej zobaczyć gołym okiem - związana jest z nią siła i ruch (przesunięcie) jakiegoś większego obiektu (obiektu makroskopowego). Energia jest skalarrą wielkością fizyczną opisującą zdolność materii do wykonania pracy lub spowodowania przepływu ciepła. Jest wielkością addytywną i zachowawczą. W wyniku wyk pracy E obniża się. Stan układu fiz (klasyczny lub kwantowy) w min E nazywamy stanem podstawowym. Pojemność cieplna - stosunek ilości ciepła (dQ) dostarczonego do układu, do odpowiadającego mu przyrostu temperatury (dT). C=dQ/dT gdzie:C - pojemność cieplna,Q - ciepło,T - temperatura. Ciepło molowe -ogrzanie 1 mola substancji od temperatury x do y Na ogrzanie pewnej masy ciepła o 1K należy zużyć określoną ilość ciepła( zależy od rodzaju ciepła ogrzewanego to pojemność cieplna) pojemność cieplna odmierzona od 1 mola substancji - ciepło molowe.( jednostka to [J/K * mol] Ciepło właściwe Zmiana energii wewnętrznej (ΔE) ciała jest proporcjonalna do masy ciała (m) i zmiany temperatury (Δt). C=1/m*dQ/dT gdzie:c - ciepło właściwe, (J/kg K), m - masa substancji,Q - ciepło dostarczane do układu,T - temperatura. Ciepło reakcji nie zależy od drogi procesu ale od jej wart w stanach końcowym i pocz układu. Hess ciepło reakcji chemicznej w warunkach izobarycznych lub izochorycznych nie zależy od drogi, którą biegnie reakcja a jedynie od stanu wyjściowego (substraty) i końcowego (produkty) reakcji. ∆U=Qv=∑ni*∆Ui(pord)-∑ni*∆Ui(sus) ∆H=Qp=zaUi-Hi 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. ds.=1/T*dQ 1/T- czynnik całkujący (T - temperatura bezwzględna) dQ - ciepło elementarne, czyli niewielka ilość ciepła dostarczona do układu. Entalpią swobodną, nazywamy zmianę ent swob, towarzyszącą tworzeniu 1 mola zw chem z pierw w ich fazach stabilnych. Dla war izoter i izobar: G=H-TS inaczej potencjał termo dyn. Sens fiz ent swob znajdziemy wiążąc ją z E swob: G=H-TS=U+pV-TS=F+pV z tego wynika że podobnie jak E swob F, ent swob G ma także sens pracy wyk przez układ. Ponieważ z przebiegu procesów samorzutnych entr wzrasta do wart max to z def G i F wynika, że w przebiegu procesów samorzutnych zarówno E swob jak i G swob maleją do wart min, a po osiągnięciu stanu równowagi przestaję się zmieniać. II zas termodyn a) procesy przebiegające samorzutnie w kierunku osiągnięcia przez układ stanu równowagi prowadzą do maksymalnego (równomiernego w każdym punkcie układu) rozproszenia materii b) oraz, że aby zamienić ciepło na pracę należy przenieść je ze zbiornika ciepła do chłodnicy, tzn. muszą istnieć dwa ośrodki o różnej temperaturze z możliwością przepływu między nimi energii cieplnej. Stan równowagi chemicznej w reakcjach odwracalnych ma charakter dynamiczny. Oznacza to, że mimo iż stężenie produktów i substratów jest stałe w czasie procesy chemiczne przebiegają w obu kierunkach (tworzenia i rozpadu) z jednakową szybkością. Stała równowagi to współczynnik opisujący stan równowagi odwracalnych reakcji chemicznych. Stała ta jest równa ilorazowi reakcji w stanie doskonałej równowagi, t.j. w sytuacji gdy szybkość reakcji w stronę od substratów do produktów i od produktów do substratów jest dokładnie taka sama. Kx=XC^c*XD^d/ XA^a*XB^b Kc=[C]^c*[D]^d/[A]^a*[B]^b [A]-stęż molowe sklad A Relacje pomiędzy poszczególnymi rodzajami stałych równowagii: pi=xi*p pi=ci*RT, otrzymujemy Kp=Kx*p∆n Kp=Kc(RT)∆n ∆n-zmiana liczby moli=(c+d)-(a+b) Zal stałej rów od temp W celu znalezienia zal stałej rów od temp zróżniczkujemy obustronnie równanie ∆G^0=-RTlnK względem temp (∆G0/T)p=-R*[lnK+T(əlnK/əT)p]. Reguła przekory. Podwyższenie temp w ukł powoduje pochłanianie ciepła przez ukł zdążający do nowego stanu rów (rek endotermiczna), obniżenie temp powoduje natomiast wydzielenie ciepła przez ukł (rek egzotermiczna). Można powiedzieć że ukł na próbę powyż temp odpowiada procesem związanym z pochłanianiem ciepła, a na obniżkę temp procesem związanym z wydzieleniem ciepła. Reguła przekory mówi, że układ na który działa jakiś bodziec odpowiada w taki sposób aby przeciwdziałać bodźcowi. Faza - jednolita część układu, oddzielona od pozostałych wyraźnymi granicami, wykazująca w każdym punkcie jednakowe własności fizyczne i chemiczne, czyli posiadająca w każdym miejscu te same wartości intensywnych parametrów fizycznych i chemicznych. Liczbę faz w układzie oznaczamy zwykle literą β lub f. Składnik niezależny - substancja chemiczna, z której zbudowany jest układ, której znajomość co do ilości i jakości jest niezbędna do określenia składu, masy oraz ilości faz. Liczbę składników niezależnych oznaczamy literą α lub n. Do ilościowego określenia składu każdej fazy potrzebujemy α-1 ułamków molowych składników niezależnych (ponieważ suma wszystkich ułamków molowych wynosi 1, więc stężenie ostatniego składnika możemy obliczyć odejmując sumę stężeń pozostałych składników od jedności). Jeżeli ilość faz wynosi β , ogólna liczba zmiennych stężeniowych wynosi β(α-1). Biorąc pod uwagę jeszcze dwie zmienne intensywne (temperaturę i ciśnienie) otrzymujemy wyrażenie β (α-1) + 2, określające ilość zmiennych w układzie α składnikowym i β fazowym. Reguła faz Gibbsa Z=s-f+2 Ograniczenia: -Wszystkie fazy muszą znajdować się w tej samej temp. I pod tym samym ciśnieniem, -żadna z faz nie może występować w rozdrobnieniu tak znacznym że powodowało by ono zmianę jej prężności, -jedynymi czynnikami wpływającymi na równowagę układu są: temp. Ciśnienie,stężenie. Następuje wzrost prężności pary z temperaturą dp/dT=ΔH/TΔV. Stopień swobody - w fizyce minimalna liczba niezależnych zmiennych opisujących jednoznacznie stan (modelu) układu fizycznego. Dla układów termodynamicznych stopień swobody to liczba zmiennych stanu, które można zmieniać niezależnie od pozostałych zmiennych. Liczba stopni swobody układu jest w termodynamice zwykle oznaczana literą s. Równanie Clausiusa-Clapeyrona dp/dT=∆Hp/T∆Vp dp/dT - pochodna ciśnienia po temperaturze w warunkach równowagi przemiany fazowej (wzdłuż krzywej przemiany fazowej), L - ciepło przemiany fazowej, T - temperatura, ΔV - zmiana objętości podczas przemiany fazowej, p-przemiana fizyczna. Rów stosuje się do wszystkich przemian parowanie, topnienie, sublimacja, czy też zmiany stanu krystalicznego. Prawo Raoulta: względne obniżenie prężności pary równe jest ułamkowi molowemu rozp. Składnika roztworu. pi=pi^0xi Ebuliometria, fizykochemiczna metoda badawcza wykorzystująca zjawisko podwyższenia temperatury wrzenia roztworu (ΔTW) w stosunku do temperatury wrzenia czystego rozpuszczalnika (To). ΔTW = KWm, gdzie: KW - stała ebulioskopowa (charakterystyczna dla rozpuszczalnika), m - molarność roztworu [mol/1000 g], m=1000ms/(Ms×mr) (ms - ilość gramów substancji rozpuszczonej, mr - ilości gramów rozpuszczalnika). Stała ebulioskopowa określona jest równaniem: KW = RTo2M/1000ΔHW, gdzie: R - stała gazowa, M - masa molowa rozpuszczalnika, ΔHW - molowa entalpia parowania rozpuszczalnika w temperaturze To. Kriometria, zespół metod pomiaru temperatury krzepnięcia cieczy czystych oraz roztworów. ΔTK = KKm, KW = RT12M1/1000ΔHK, KK stała kriometryczna, R - stała gazowa, M - masa molowa rozpuszczalnika, ΔHK molowe ciepło krzepnięcia rozpuszczalnika Prawo podziału Nernsta określa sposób, w jaki dowolna substancja chemiczna ulega podziałowi pomiędzy dwie oddzielone od siebie, ale pozostające w kontakcie fazy objętościowe (ośrodki). Układy, w których może zaistnieć równowaga podziałowa (rodzaj równowagi dynamicznej), to np. gazy lub pary rozdzielone membraną półprzepuszczalną, gaz i ciecz oraz dwie ciecze niemieszające się lub oddzielone membraną. Kx(12)=[X]1/[X]2 gdzie: KX(12) - stała podziału substancji X pomiędzy fazy "1" i "2" (zwana też współczynnikiem podziału), [X]i - stężenie substancji X w fazie "i" Szybkość reakcji chem def jest jako ubytek stężenia substratów lub przyrost stężenia produktu w jednostce czasu. V=-dc/dt=+dx/dt Reakcje homogeniczne i heterogeniczne Z kinetycznego punktu widzenia celowy jest podział reakcji na jednorodne (homogeniczne), które zachodzą całkowicie w jednej fazie (ciekłej, gazowej) oraz na niejednorodne heterogeniczne, które przebiegają zawsze na granicy rozdziału faz. Rząd reakcji jest to suma wykładników potęg występujących przy stężeniach związków chemicznych, w równaniach kinetycznych danej reakcji chemicznej. Istnieją różne rodzaje rzędów reakcji: Rzędem zewnętrznym reakcji nazywa się sumę wszystkich wykładników, występujących w ostatecznym, sumarycznym równaniu kinetycznym danej reakcji. Rzędem względnym (względem danego substratu) - nazywa się wartość pojedynczego wykładnika, występującego przy stężeniu danego substratu. Rozróżnia się tu jeszcze dodatkowo rząd względny: zewnętrzny - czyli występujący w ostatecznym równaniu kinetycznym, wewnętrzny - czyli występujący w równaniu jednej z reakcji elementarnych, z których w rzeczywistości składa się analizowana reakcja. v=k[A]a[B]b[C]c. Równanie kinetyczne reakcji I rzedu V=dx/dt=k(a-x) a-stęż pocz substratów x-aktualne stęż roztw Czas połowicznego rozpadu, czas po upływie którego stęż substratów spada do połowy pocz wart, podstawiając do rów kinetycznego (a-x)/1/2a mamy τI rząd=ln2/k czas ten nie zależy od stęż pocz substratu. Katalizator to substancja, która dodana do układu reakcyjnego przyspiesza (katalizuje) reakcję i odtwarza się po każdym elementarnym przekształceniu substratu w produkt. Inhibitor(katalizator ujemny) to związek chemiczny powodujący zahamowanie bądź spowolnienie reakcji chemicznej. Inhibitorem można nazwać zarówno substancję powodującą spowolnienie lub zatrzymanie reakcji niekatalizowanej jak i substancję obniżającą aktywność katalizatora w reakcji katalizowanej. Przewodniki Przewodniki metaliczne nazywa się przewodnikami I rodzaju. Układy, które przewodząc prąd elektryczny ulegają zmianom chemicznym są przewodnikami II rodzaju. Przewodnikami II rodzaju, przewodnikami elektrolitycznymi, są też (oprócz roztworów) niektóre stopione elektrolity, na przykład stopione sole. Dysocjacja elektrolityczna to proces rozpadu cząsteczek związków chemicznych na jony pod wpływem rozpuszczalnika np. NaCl → Na+ + Cl- Do dysocjacji są zdolne związki, w których występują wiązania jonowe lub bardzo silnie spolaryzowane kowalencyjne. Zdysocjowany roztwór związku chemicznego nazywa się elektrolitem. W roztworach dysocjacja jest zawsze procesem odwracalnym. Między formą niezdysocjowaną i zdysocjowaną związku występuje w tych warunkach równowaga. W zależności od własności rozpuszczalnika i związku chemicznego, temperatury, oraz występowania jonów pochodzących z innych związków równowaga ta może być bardziej przesunięta w stronę formy niezdysocjowanej lub zdysocjowanej związku. Dysocjacji elektrolitycznej w wodzie ulegają prawie wszystkie rozpuszczalne sole, wszystkie kwasy i wodorotlenki. Logarytm stałej dysocjacji jest miarą ich mocy chemicznej. Przewodność cieplna, inaczej współczynnik przewodnictwa ciepła, określa zdolność substancji do przewodzenia ciepła. W tych samych warunkach więcej ciepła przepłynie przez substancję o większym współczynniku przewodności cieplnej. Przewodnictwo elektryczne - to zjawisko skierowanego przenoszenia ładunków elektrycznych przez dodatnie lub ujemne nośniki prądu (np. elektrony, jony) w ośrodku pod wpływem przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego. Rodzaje: elektronowe, dziurowe, jonowe. Elektroliza Proces elektrolizy polega na wędrówce jonów do obojętnych chemicznie elektrod, zanurzonych w elektrolicie, po przyłożeniu do nich odpowiedniego napięcia prądu elektrycznego. W elektrolizie elektroda naładowana ujemnie jest nazywana katodą, a elektroda naładowana dodatnio anodą. Elektroliza zachodzi w układach, w których już przed przyłożeniem do elektrod napięcia występowały wolne jony, a zatem w elektrolitach. Związek chemiczny może stać się elektrolitem na skutek dysocjacji elektrolitycznej wywołanej przez rozpuszczalnik, na skutek domieszkowania jonami lub odpowiednio wysokiej temperatury. Ogniwa:Ogniwo galwaniczne - ogniwo, w którym źródłem prądu są reakcje chemiczne zachodzące między elektrodą, a elektrolitem. Dwie elektrody zanurzone w elektrolicie (półogniwa) tworzą ogniwo galwaniczne. Różnica potencjałów elektrod gdy przez ogniwo nie płynie prąd jest równa sile elektromotorycznej ogniwa (SEM). Ogniwo odwracalne-Daniella: rozładowanie i powrót, nieodwracalne-Volty pracuje do wyładowania, stężeniowe-SEM wywołane różnicą stężeń pracuje do wyrównania stężenień, akumulatory-ogn odw akumulujące E elektryczną. Prawo Daltona to wspólne określenie na dwa różnie prawa, prawo ciśnień cząstkowych, prawo objętości cząstkowych. Ciśnienie wywierane przez mieszaninę gazów jest równe sumie ciśnień wywieranych przez składniki mieszaniny, gdyby każdy z nich był umieszczany osobno w tych samych warunkach objętości i temperatury, jest ono zatem sumą ciśnień cząstkowych. Objętość zajmowana przez mieszaninę gazów jest równa sumie objętości, które byłyby zajmowane przez składniki mieszaniny, gdyby każdy z nich był umieszczony osobno w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury, czyli jest równa sumie objętości cząstkowych. P=∑pi V=∑vi P - ciśnienie w mieszaninie k-składnikowej (objętość V i temperatura T),pi - ciśnienie cząstkowe składnika "i" (objętość V i temperatura T),V - objętość mieszaniny k-składnikowej (ciśnienie P i temperatura T),vi - objętość cząstkowa składnika "i" (ciśnienie P i temperatura T). Prawo Henry'ego, odkryte w 1801 r. przez W. Henry'ego, opisuje zależność ilości (objętości) v gazu rozpuszczonego w jednostce masy lub objętości cieczy od ciśnienia tego gazu, p. v = KH(T)p KH(T) jest stałą Henry'ego zależną od układu gaz-ciecz i temperatury.