3582327799

Chemia fizyczna - termodynamika molekularna 2009/2010 1

Wykład 1.

2.10.2009

1.    Plan wykładów:

A.    Wiadomości wstępne, regulamin, itp.

B.    Jeszcze raz o II Zasadzie i entropii.

C.    Podstawy termodynamiki statystycznej.

D.    Teorie roztworów.

E.    Zagadnienia praktyczne związane z obliczeniami modelowymi i analizą danych

eksperymentalnych.

2.    Regulamin zaliczania - patrz strona internetowa: //http:www.ch.pw.edu.pl/~hof.

3.    Przedmiot termodynamiki.

Termodynamika zajmuje się właściwościami układów makroskopowych. Ich podstawowa

cecha to wieloelementowość. Układy makroskopowe zbudowane są z olbrzymiej liczby

elementów składowych (cząsteczek).

4.    Aksjomatyczny charakter termodynamiki klasycznej.

5.    Osiągnięcia i słabości termodynamiki klasycznej.

Osiągnięcia:

A.    Zdefiniowanie potencjałów termodynamicznych - funkcji, których zmiana wskazuje na kierunek procesu, a ekstremum jest warunkiem istnienia stanu równowagi. Daje to narzędzie mogące sprawdzać możliwość zajścia wirtualnego procesu i tłumaczyć zachodzenie procesów w przyrodzie. Umożliwia także znalezienie związku pomiędzy parametrami w stanie równowagi termodynamicznej (z warunku minimalizacji/ maksymalizacji potencjału termodynamicznego). Najczęściej stosowany potencjał to entalpia swobodna (funkcja Gibbsa) [G - H - TS]. Np. Dla p,T = const możliwy jest tylko taki proces, któremu towarzyszy zmniejszanie się G, która to funkcja osiąga minimum w stanie równowagi.

B.    Związki pomiędzy funkcjami termodynamicznymi (w postaci relacji różniczkowych) umożliwiają obliczanie ich zmian na podstawie zmian innych parametrów.

C.    Można jeszcze dodać, że zdumienie i szacunek powinien budzić fakt, że prawa i związki termodynamiczne zostały wyprowadzone bez odwoływania się do podstawowej cechy wyróżniającej układy makroskopowe - tj. do wieloelementowej (cząsteczkowej) ich struktury.

Porażki i słabości:

A.    Związki pomiędzy funkcjami (parametrami) termodynamicznymi, są podane w formie różniczkowej. Bezpośrednie obliczenie nieznanych parametrów wymaga całkowania, a to z kolei może być przeprowadzone na podstawie danych eksperymentalnych lub znanych związków pomiędzy (innymi) parametrami, które nie są równaniami różniczkowymi. Jeśli chcemy (albo musimy - patrz dalej) ograniczyć eksperyment, potrzebujemy bezpośrednich związków między parametrami. Na przykład równania stanu, wiążącego p,T,V i n, zależności potencjału chemicznego od T,p i stężeń (to ostatnie do opisu równowag fazowych, gdzie potencjał chemiczny gra główną rolę). Wszystkie te zależności wynikają ze struktury cząsteczkowej materii, a bezpośrednio z oddziaływań międzycząsteczkowych i nie mogą być wyprowadzone metodami termodynamiki klasycznej, która ową cząsteczkowość ignoruje.

B.    Termodynamika klasyczna opiera się na kilku aksjomatach (zasadach). Zrozumienie ich możliwe jest jedynie poprzez odwołanie się do rzeczywistej struktury materii. Szczególnie dotyczy to n Zasady, która jest prawem swoistym, nie mającym analogii poza termodynamiką.