Химические системы. Химическая термодинамика. Химическое равновесие

Классификация систем и их характеристики.
В зависимости от однородности различают гомогенные и гетерогенные системы.
Гомогенная система - это однородная система, в кото­рой нет частей, различающихся по свойствам и разде­ленных поверхностями раздела. Гомогенными системами являются, например, воздух, вода, истинные растворы.
Гетерогенная система - это разнородная система, со­стоящая из двух или более частей, отличающихся по свойствам, между которыми есть поверхность раздела, где свойства системы резко меняются.
Гетерогенными системами являются, например, молоко, цель­ная кровь, смеси воды и льда. Для гетерогенных систем часто используют понятие "фаза". Например, в молоке имеются три фазы: водная фаза, представляющая со­бой водный раствор солей, углеводов, белков и других веществ, в которой распределены две другие фазы: мелкие капельки жидких жиров и маленькие частички твердых жиров.
Лекция 8. 2017/2018

Классификация систем и их характеристики.
В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой различают системы изолированные, закрытые и от­крытые.
Изолированная система характеризуется отсутстви­ем обмена энергией и веществом с окружающей средой.
Закрытая система обменивается с окружающей средой энергией, а обмен веществом исключен.
Открытая система обменивается с окружающей средой энергией и веществом, а следовательно, и информацией.
Лекция 8. 2017/2018

Параметры
Состояние системы характеризуется определенной совокуп­ностью физических и химических величин, которые называются параметрами системы. Параметрами являются: масса (т), коли­чество вещества (число молей п), объем (F), температура (Т), давление (р), концентрация (с). Значение параметра можно из­мерять непосредственно.
Параметры системы разделяют на экстенсивные и интен­сивные.
Лекция 8. 2017/2018

Параметры
Экстенсивные параметры - параметры, значения ко­торых пропорциональны числу частиц в системе (масса, объем, количество вещества).
Интенсивные параметры - параметры, значения ко­торых не зависят от числа частиц в системе (темпе­ратура, давление, концентрация).
Различие экстенсивных и интенсивных параметров четко про­является при взаимодействии систем, когда значения экстенсив­ных параметров суммируются, а интенсивных - усредняются.
Лекция 8. 2017/2018

Функции состояния
Наряду с параметрами для характеристики состояния системы используют функции состояния. Их значения рассчитывают по соответствующим формулам исходя из значений параметров, описывающих данное состояние системы. Такой величиной яв­ляется, например, энергия. Функции состояния системы - все­гда экстенсивные величины.
Значения параметров и функций состояния системы опре­деляются только состоянием системы. Поэтому при переходе системы из одного состояния в другое изменение этих величин, не зависит от пути перехода, а определяется лишь на­чальным и конечным состоянием системы, т. е. их значениями в этих двух состояниях.
Лекция 8. 2017/2018

Процесс
Переход системы из одного состояния в другое является процессом. Процесс - это переход системы из одного состояния в другое, сопровождающийся необратимым или обратимым изменением хотя бы одного параметра, характеризую­щего данную систему.
Процессы разделяют в зависимости от изменения парамет­ров системы на изотермические, изобарические, изохорические:
изотермическии процесс Т = const, Δ Т = 0
изобарический процесс р = const, Δ р = 0
изохорический процесс V = const, ΔV = 0
Лекция 8. 2017/2018

Энергия
Энергия (Е) - количественная мера интенсивности раз­личных форм перемещения и взаимодействия частиц в системе, включая перемещение системы в целом и ее взаимодействие с окружающей средой. Энергия имеет размерность кДж/моль.
В зависимости от формы движения различают тепловую, элек­трическую, химическую, ядерную и другие виды энергии. Термо­динамика рассматривает превращение тепловой энергии в другие виды - механическую, химическую, электрическую и т. д. Дви­жение материи включает перемещение частиц, которое характе­ризуется кинетической энергией и взаимодействие частиц, которое характеризуется потенциальной энергией .
Лекция 8. 2017/2018

Для описания энергетического состояния системы использует­ся ее функция состояния - внутренняя энергия (U, кДж/моль).
Внутренняя энергия представляет собой полную энер­гию системы, которая равна сумме потенциальной и ки­нетической энергии всех частиц этой системы, в том числе на молекулярном, атомном и субатомном уровнях:
U = Екин + Епот
Лекция 8. 2017/2018

Абсолютное зна­чение внутренней энергии определить невозможно, так как любая термоди­намическая система материальна, а материя - с точки зрения ее строения - неисчерпаема. Экспериментально можно определить изменение внутренней энергии Δ U при взаимодействии системы с окружающей средой. При этом взаимодействии обмен энергией может осуществляться в виде работы и теплоты.
Лекция 8. 2017/2018

Обмен энергией может осуществляться в виде работы и теплоты
Работа - энергетическая мера направленных форм дви­жения частиц в процессе взаимодействия системы с ок­ружающей средой.
Теплота - энергетическая мера хаотических форм дви­жения частиц в процессе взаимодействия системы с ок­ружающей средой.
Лекция 8. 2017/2018

Наряду с энергией для характеристики движения частиц в термодинамике используется еще одна функция состояния - энтропия.
Энтропия (S) - термодинамическая функция, харак­теризующая меру неупорядоченности системы, т. е. не­однородности расположения и движения ее частиц.
Лекция 8. 2017/2018

Первый закон (первое начало) термодинамики
- это всеоб­щий закон природы, закон сохранения и превращения энергии, соответствующий основному положению диалектического мате­риализма о вечности и неуничтожимости движения. Впервые этот закон в 1842 г. сформулировал выдающийся немецкий фи­зик Ю. Мейер.
Энергия не исчезает и не возникает из ничего, а только превращается из одного вида в другой в строго эквива­лентных соотношениях.
В зависимости от вида системы первый закон термодинамики имеет различные формулировки.
Лекция 8. 2017/2018

Второй закон (второе начало) термодинамики
определяет на­правленность и пределы протекания самопроизвольных процес­сов.
В изолированных системах самопроизвольно могут со­вершаться только такие необратимые процессы, при которых энтропия системы возрастает,
т. е. ΔS > 0.
Лекция 8. 2017/2018

Для неизолированных систем нужно учитывать не только изменение энтропии, но и изменение энергии. Поэтому необхо­димо рассматривать две тенденции, определяющие направление самопроизвольно протекающих процессов:
стремление системы к достижению минимума энергии;
стремление системы к максимуму энтропии, т. е. к не­упорядоченности.
Все процессы, при которых энергия в системе уменьшается, а энтропия возрастает, протекают самопроизвольно. Самопроиз­вольность других процессов зависит от того, какая из этих двух

Лекция 8. 2017/2018
Второй закон термодинамики для любых систем формули­руется следующим образом:
В системе при постоянной температуре и давлении са­мопроизвольно могут совершаться только такие процес­сы, в результате которых энергия Гиббса уменьшается, ΔG < 0.