استانداردهای ترمودینامیکی عناصر ترمودینامیک شیمیایی و سینتیک وضعیت استاندارد ماده

توابع اصلی ترمودینامیکی مورد استفاده در محاسبات متالورژی انرژی داخلی است توآنتالپی اچ، آنتروپی اسو همچنین مهمترین ترکیبات آنها: ایزوباریک- همدما G = H - TSو ایزوکوریک-همدما F=U-TSپتانسیل، کاهش پتانسیل F \u003d -G / T.

با توجه به قضیه نرنست برای آنتروپینقطه مرجع طبیعی صفر درجه در مقیاس کلوین است که در آن آنتروپی مواد کریستالی برابر با صفر است. بنابراین، از دیدگاه رسمی، در اصل، همیشه می توان قدر مطلق آنتروپی را اندازه گیری یا محاسبه کرد و از آن برای تخمین های کمی ترمودینامیکی استفاده کرد. یعنی آنتروپی هیچ مشکلی در عمل انجام محاسبات ترمودینامیکی عددی ایجاد نمی کند.

و اینجا انرژی درونیمنشأ طبیعی ندارد و قدر مطلق آن به سادگی وجود ندارد. همین امر برای تمام توابع یا پتانسیل های ترمودینامیکی دیگر صادق است، زیرا آنها به طور خطی با انرژی داخلی مرتبط هستند:

H = U + PV;

F = U - TS;

G = H - TS = U - TS + PV;

اف= -G/T = S - H/T = S -(U+PV)/تی.

بنابراین، ارزش ها U، H، F، Gو افسیستم ترمودینامیکی به دلیل عدم قطعیت نقطه مرجع فقط تا ثابت می تواند ایجاد شود. این واقعیت منجر به عوارض اساسی نمی شود، زیرا برای حل تمام مشکلات کاربردی برای دانستن کافی استتغییر دادن مقادیرتوابع ترمودینامیکی هنگام تغییر دما، فشار، حجم، در طول گذر فاز و تبدیلات شیمیایی.

اما برای اینکه بتوانیم محاسبات واقعی را انجام دهیم، لازم بود توافقات (استاندارد) خاصی در مورد انتخاب بدون ابهام ثابت های خاص اتخاذ شود و قوانین یکسانی برای محاسبه مقادیر اولیه توابع ترمودینامیکی برای همه مواد موجود در طبیعت ایجاد شود. به دلیل وابستگی خطی توابع ترمودینامیکی اچ, اف, جی, افاز انرژی درونی U این کافیفقط برای یکی از این توابع انجام دهید. واقعی بود منشا یکپارچه ارزش هاآنتالپی . موفق شد دادن مقدار صفر به آنتالپی مواد خاص در حالت های خاص تحت شرایط فیزیکی دقیقاً مشخص،که نام را یدک می کشند مواد استاندارد، شرایط استانداردو ایالت های استاندارد

در زیر رایج ترین مجموعه ای از کنوانسیون های مورد بحث است که توسط کمیسیون بین المللی ترمودینامیک اتحادیه بین المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC) توصیه شده است. این مجموعه را می توان نامید استانداردهای ترمودینامیکی، همانطور که عملاً در ادبیات مدرن ترمودینامیک شیمیایی ثابت شده است.

شرایط استاندارد

طبق قضیه نرنست، برای آنتروپی، نقطه مرجع طبیعی یا دمای استاندارد طبیعی، صفر درجه در مقیاس کلوین است که در آن آنتروپی مواد صفر است. در برخی از کتابهای مرجع که عمدتاً در اتحاد جماهیر شوروی منتشر شده است، دمای استاندارد 0 K است. این به این دلیل است که در دماهای پایین وابستگی ظرفیت گرمایی به دما بسیار پیچیده است و نمی توان از تقریب های چند جمله ای به اندازه کافی ساده برای آن استفاده کرد.

شرایط فیزیکی استاندارد مربوط به فشار 1 atm است(1 جو فیزیکی = 1.01325 بار)و دما 298.15 K(25 درجه با). اعتقاد بر این است که چنین شرایطی با شرایط فیزیکی واقعی در آزمایشگاه‌های شیمیایی که در آن اندازه‌گیری‌های ترموشیمیایی انجام می‌شود، سازگاری بیشتری دارد.

مواد استاندارد

در طبیعت، همه مواد جدا شده و مستقل که در ترمودینامیک فردی نامیده می شوند , از عناصر خالص جدول D.I. مندلیف تشکیل شده است یا از واکنش های شیمیایی بین آنها به دست می آید. از همین رو شرایط کافیبرای ایجاد یک چارچوب مرجع برای مقادیر ترمودینامیکی، انتخاب آنتالپی فقط برای عناصر شیمیایی است به عنوان مواد ساده پذیرفته شده است که آنتالپی همه عناصر در حالت استاندارد آنها در شرایط استاندارد صفر است – دما و فشار بنابراین به عناصر شیمیایی در ترمودینامیک نیز گفته می شود مواد استاندارد

همه مواد دیگر به عنوان ترکیباتی در نظر گرفته می شوند که از واکنش های شیمیایی بین مواد استاندارد (عناصر شیمیایی در حالت استاندارد) به دست می آیند. مواد فردی ". نقطه شروع آنتالپی برای ترکیبات شیمیایی (و همچنین برای عناصر در حالت های غیر استاندارد) مقدار آنتالپی واکنش تشکیل آنها از مواد استاندارد است که گویی در شرایط استاندارد انجام می شود. ، اثر حرارتی (آنتالپی) واکنش در شرایط واقعی به طور تجربی تعیین می شود و سپس مجدداً تا شرایط استاندارد محاسبه می شود. این مقدار به عنوان در نظر گرفته می شود آنتالپی استاندارد تشکیل ترکیب شیمیایی به عنوان یک ماده منفرد.

در محاسبات عملی باید به خاطر داشت که در ترموشیمی موارد زیر به عنوان استاندارد پذیرفته شده است. قانون علامت برای مشخص کردن آنتالپی اگر در حین تشکیل یک ترکیب شیمیایی، گرم شود برجسته می شود، علامت ” انتخاب شده است منهای” - گرما در طی فرآیند همدما به سیستم از دست می رود. اگر برای تشکیل یک ترکیب شیمیایی به گرما نیاز است جذب شده است، علامت ” انتخاب شده است به علاوه” - گرما از محیط برای حفظ همدما به سیستم تامین می شود.

ایالات استاندارد

برای چنین حالتی، حالت تعادل انتخاب می شود، یعنی. پایدارترینشکل وجود (حالت کل، شکل مولکولی) عنصر شیمیایی تحت شرایط استاندارد، به عنوان مثال، اینها عناصر در حالت جامد هستند - سرب،  کربن به شکل گرافیت، در مایع - جیوه و برم، مولکول های دو اتمی نیتروژن گازی یا کلر، گازهای نجیب تک اتمی و غیره.

نماد استاندارد

برای نشان دادن هر خاصیت ترمودینامیکی که در فشار استاندارد از یک مقدار استاندارد محاسبه می شود و بنابراین نامیده می شود دارایی استاندارد، از شاخص بالای سمت راست 0 (صفر) کاراکتر استفاده می شود. که ملک معکوس شمارش می شود از استاندارد انتخاب شده، که با علامت "" در مقابل نماد جبری تابع ترمودینامیکی نشان داده شده است. دمای متناظر با مقدار تابع اغلب به عنوان یک زیرنویس درست داده می شود. مثلا، آنتالپی استانداردمواد در 298.15 K به عنوان نشان داده شده است

آنتالپی استاندارد هر یک از مواد به عنوان گرمای تشکیل آنها توسط واکنش های شیمیایی از مواد استاندارد در حالت استاندارد در نظر گرفته می شود. بنابراین، توابع ترمودینامیکی گاهی اوقات با استفاده از شاخص نشان داده می شوند f(از انگلیسی تشکیل- تحصیلات):

برخلاف آنتالپی، برای آنتروپی مقدار مطلق آن در هر دمایی محاسبه می شود. بنابراین، علامت "" در تعیین آنتروپی وجود ندارد:
آنتروپی استانداردمواد در 298.15 K، آنتروپی استاندارد در دما تی.

خواص استاندارد مواد در شرایط استاندارد، به عنوان مثال. توابع استاندارد ترمودینامیکیدر جداول مقادیر ترموشیمیایی خلاصه شده و به عنوان منتشر شده است کتابچه راهنمای مقادیر ترموشیمیایی مواد منفرد.

فرآیندهای ایزوباریک اغلب در واقعیت مواجه می شوند، زیرا فرآیندهای فناوری تمایل دارند در دستگاه هایی انجام شوند که با جو ارتباط برقرار می کنند. بنابراین، کتاب‌های مرجع داده‌های ترموشیمیایی در اکثر موارد حاوی مواردی چون لازم و کافیاطلاعاتی برای محاسبه هر تابع ترمودینامیکی، کمیت

اگر مقادیر آنتروپی مطلق استاندارد و آنتالپی تشکیل مشخص باشد، همچنین وابستگی ظرفیت گرمایی به دما، می توان مقادیر یا تغییرات در مقادیر سایر توابع ترمودینامیکی را محاسبه کرد.

برای مدت طولانی، فیزیکدانان و نمایندگان سایر علوم راهی برای توصیف آنچه در طول آزمایشات خود مشاهده می کنند داشتند. عدم اجماع و وجود تعداد زیادی از اصطلاحات "خارج از آب" منجر به سردرگمی و سوء تفاهم در بین همکاران شد. با گذشت زمان، هر شاخه از فیزیک تعاریف و واحدهای اندازه گیری ثابت خود را به دست آورد. به این ترتیب پارامترهای ترمودینامیکی ظاهر شدند که بیشتر تغییرات ماکروسکوپی در سیستم را توضیح می دهند.

تعریف

پارامترهای حالت یا پارامترهای ترمودینامیکی مجموعه‌ای از کمیت‌های فیزیکی هستند که همه با هم و هرکدام به طور جداگانه می‌توانند سیستم مشاهده‌شده را مشخص کنند. اینها شامل مفاهیمی مانند:

• دما و فشار؛
• غلظت، القای مغناطیسی؛
• آنتروپی؛
• آنتالپی؛
• انرژی های گیبس و هلمهولتز و بسیاری دیگر.

پارامترهای فشرده و گسترده وجود دارد. گسترده آنهایی هستند که مستقیماً به جرم سیستم ترمودینامیکی وابسته هستند و فشرده آنهایی هستند که با معیارهای دیگر تعیین می شوند. همه پارامترها به یک اندازه مستقل نیستند، بنابراین، برای محاسبه وضعیت تعادل سیستم، لازم است چندین پارامتر به طور همزمان تعیین شود.

علاوه بر این، برخی از اختلافات اصطلاحی بین فیزیکدانان وجود دارد. مشخصه فیزیکی یکسان را می‌توان توسط نویسندگان مختلف یک فرآیند، یا مختصات، یا یک کمیت، یا یک پارامتر یا حتی فقط یک ویژگی نامید. همه چیز بستگی به محتوایی دارد که دانشمند از آن استفاده می کند. اما در برخی موارد توصیه های استاندارد شده ای وجود دارد که گردآورندگان اسناد، کتاب های درسی یا سفارش ها باید به آنها پایبند باشند.

طبقه بندی

چندین طبقه بندی از پارامترهای ترمودینامیکی وجود دارد. بنابراین، بر اساس پاراگراف اول، از قبل مشخص شده است که همه مقادیر را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:

• گسترده (افزودنی) - چنین موادی از قانون اضافه پیروی می کنند ، یعنی ارزش آنها به تعداد مواد تشکیل دهنده بستگی دارد.
• شدید - آنها به مقدار ماده ای که برای واکنش مصرف شده است بستگی ندارند، زیرا در طول تعامل در یک راستا قرار دارند.

بر اساس شرایطی که مواد تشکیل دهنده سیستم در آن قرار دارند، مقادیر را می توان به مقادیری تقسیم کرد که واکنش های فازی و واکنش های شیمیایی را توصیف می کنند. علاوه بر این، واکنش دهنده ها باید در نظر گرفته شوند. اونها می تونند ... باشند:

• ترمومکانیکی؛
• ترموفیزیکی؛
• ترموشیمیایی

علاوه بر این، هر سیستم ترمودینامیکی عملکرد خاصی را انجام می دهد، بنابراین پارامترها می توانند کار یا گرمای به دست آمده در نتیجه واکنش را مشخص کنند و همچنین به شما امکان می دهند انرژی مورد نیاز برای انتقال جرم ذرات را محاسبه کنید.

متغیرهای حالت

وضعیت هر سیستم از جمله ترمودینامیکی را می توان با ترکیبی از خواص یا ویژگی های آن تعیین کرد. تمام متغیرهایی که به طور کامل فقط در یک لحظه خاص در زمان تعیین می شوند و به نحوه دقیق رسیدن سیستم به این حالت بستگی ندارند، پارامترهای ترمودینامیکی (متغیرهای) حالت یا توابع حالت نامیده می شوند.

اگر توابع متغیر در طول زمان تغییر نکنند، سیستم ثابت در نظر گرفته می شود. یکی از گزینه ها تعادل ترمودینامیکی است. هر، حتی کوچکترین تغییر در سیستم، در حال حاضر یک فرآیند است و می تواند از یک تا چندین پارامتر حالت ترمودینامیکی متغیر داشته باشد. دنباله ای که در آن حالت های سیستم به طور پیوسته به یکدیگر منتقل می شوند «مسیر فرآیند» نامیده می شود.

متأسفانه، هنوز با اصطلاحات سردرگمی وجود دارد، زیرا یک متغیر می تواند هم مستقل باشد و هم نتیجه اضافه شدن چندین عملکرد سیستم باشد. بنابراین، اصطلاحاتی مانند «تابع حالت»، «پارامتر حالت»، «متغیر حالت» را می توان مترادف یکدیگر دانست.

درجه حرارت

یکی از پارامترهای مستقل وضعیت یک سیستم ترمودینامیکی دما است. کمیتی است که مقدار انرژی جنبشی در واحد ذرات را در یک سیستم ترمودینامیکی در حالت تعادل مشخص می کند.

اگر از دیدگاه ترمودینامیک به تعریف مفهوم نزدیک شویم، آنگاه دما مقداری است که نسبت معکوس با تغییر آنتروپی پس از افزودن گرما (انرژی) به سیستم دارد. هنگامی که سیستم در تعادل است، مقدار دما برای همه "شرکت کنندگان" آن یکسان است. اگر اختلاف دما وجود داشته باشد، انرژی توسط جسم گرمتر منتشر شده و توسط جسم سردتر جذب می شود.

سیستم های ترمودینامیکی وجود دارند که در آنها با اضافه شدن انرژی، بی نظمی (آنتروپی) افزایش نمی یابد، بلکه برعکس، کاهش می یابد. علاوه بر این، اگر چنین سیستمی با جسمی که دمای آن بیشتر از جسم خود است، تعامل داشته باشد، انرژی جنبشی خود را به این جسم می دهد و نه برعکس (بر اساس قوانین ترمودینامیک).

فشار

فشار کمیتی است که نیروی وارد بر جسم عمود بر سطح آن را مشخص می کند. برای محاسبه این پارامتر، باید کل مقدار نیرو را بر مساحت جسم تقسیم کرد. واحدهای این نیرو پاسکال خواهند بود.

در مورد پارامترهای ترمودینامیکی، گاز کل حجم موجود را اشغال می کند و علاوه بر این، مولکول های تشکیل دهنده آن دائماً به طور تصادفی حرکت می کنند و با یکدیگر و با ظرفی که در آن قرار دارند برخورد می کنند. این ضربه ها هستند که فشار ماده را بر روی دیواره رگ یا بدنی که در گاز قرار می گیرد تعیین می کند. این نیرو دقیقاً به دلیل حرکت غیرقابل پیش بینی مولکول ها در همه جهات منتشر می شود. برای افزایش فشار باید دمای سیستم را افزایش داد و بالعکس.

انرژی درونی

پارامترهای اصلی ترمودینامیکی که به جرم سیستم بستگی دارد شامل انرژی داخلی است. این انرژی شامل انرژی جنبشی ناشی از حرکت مولکول های یک ماده و همچنین انرژی پتانسیلی است که هنگام تعامل مولکول ها با یکدیگر ظاهر می شود.

این پارامتر بدون ابهام است. یعنی مقدار انرژی درونی هر زمان که سیستم در حالت مطلوب باشد، بدون توجه به اینکه چگونه (حالت) به آن رسیده است، ثابت است.

تغییر انرژی درونی غیرممکن است. مجموع گرمایی است که توسط سیستم و کاری که تولید می کند. برای برخی از فرآیندها، پارامترهای دیگری مانند دما، آنتروپی، فشار، پتانسیل و تعداد مولکول ها در نظر گرفته می شود.

آنتروپی

قانون دوم ترمودینامیک بیان می کند که آنتروپی کاهش نمی یابد. فرمول دیگری چنین فرض می کند که انرژی هرگز از جسمی با دمای پایین تر به جسم گرم تر منتقل نمی شود. این به نوبه خود امکان ایجاد یک ماشین حرکت دائمی را رد می کند، زیرا انتقال تمام انرژی موجود به بدن به کار غیرممکن است.

مفهوم "آنتروپی" در اواسط قرن نوزدهم به کار گرفته شد. سپس به عنوان تغییر در مقدار گرما به دمای سیستم درک شد. اما چنین تعریفی فقط در مورد فرآیندهایی صدق می کند که دائماً در حالت تعادل هستند. از این نتیجه می‌توان به این نتیجه رسید: اگر دمای اجسامی که سیستم را تشکیل می‌دهند به صفر تمایل داشته باشد، آنتروپی برابر با صفر خواهد بود.

آنتروپی به عنوان یک پارامتر ترمودینامیکی حالت گاز به عنوان نشانه ای از اندازه گیری تصادفی بودن، تصادفی بودن حرکت ذرات استفاده می شود. برای تعیین توزیع مولکول ها در یک منطقه و ظرف خاص یا برای محاسبه نیروی الکترومغناطیسی برهمکنش بین یون های یک ماده استفاده می شود.

آنتالپی

آنتالپی انرژی است که می تواند در فشار ثابت به گرما (یا کار) تبدیل شود. این پتانسیل سیستمی است که در حالت تعادل است، اگر محقق سطح آنتروپی، تعداد مولکول ها و فشار را بداند.

اگر پارامتر ترمودینامیکی یک گاز ایده آل نشان داده شود، به جای آنتالپی از عبارت "انرژی سیستم منبسط شده" استفاده می شود. برای اینکه بتوانیم این مقدار را برای خودمان ساده تر توضیح دهیم، می توانیم یک ظرف پر از گاز را تصور کنیم که به طور یکنواخت توسط یک پیستون فشرده می شود (مثلاً یک موتور احتراق داخلی). در این صورت، آنتالپی نه تنها برابر با انرژی داخلی ماده، بلکه با کاری که باید انجام شود تا سیستم را به حالت مورد نیاز برساند، خواهد بود. تغییر این پارامتر تنها به وضعیت اولیه و نهایی سیستم بستگی دارد و نحوه به دست آوردن آن اهمیتی ندارد.

انرژی گیبس

پارامترها و فرآیندهای ترمودینامیکی در بیشتر موارد با پتانسیل انرژی مواد تشکیل دهنده سیستم مرتبط هستند. بنابراین، انرژی گیبس معادل کل انرژی شیمیایی سیستم است. این نشان می دهد که چه تغییراتی در جریان واکنش های شیمیایی رخ می دهد و آیا اصلاً مواد برهم کنش خواهند داشت یا خیر.

تغییر در مقدار انرژی و دمای سیستم در طول واکنش بر مفاهیمی مانند آنتالپی و آنتروپی تأثیر می گذارد. تفاوت بین این دو پارامتر انرژی گیبس یا پتانسیل ایزوباریک- همدما نامیده می شود.

حداقل مقدار این انرژی در صورتی مشاهده می شود که سیستم در حالت تعادل باشد و فشار، دما و مقدار ماده آن بدون تغییر باقی بماند.

انرژی هلمهولتز

انرژی هلمهولتز (طبق منابع دیگر - صرفاً انرژی آزاد) مقدار بالقوه ای از انرژی است که در هنگام تعامل با اجسامی که بخشی از آن نیستند توسط سیستم از دست می رود.

مفهوم انرژی آزاد هلمهولتز اغلب برای تعیین حداکثر کاری که یک سیستم می تواند انجام دهد به کار می رود، یعنی اینکه وقتی مواد از یک حالت به حالت دیگر تغییر می کنند چه مقدار گرما آزاد می شود.

اگر سیستم در حالت تعادل ترمودینامیکی باشد (یعنی هیچ کاری انجام ندهد)، سطح انرژی آزاد در حداقل است. این بدان معنی است که تغییرات در سایر پارامترها مانند دما، فشار و تعداد ذرات نیز رخ نمی دهد.

عناصر ترمودینامیکی و سینتیک شیمیایی

سیستم های ترمودینامیکی: تعریف، طبقه بندی سیستم ها (ایزوله، بسته، باز) و فرآیندها (ایزوترمال، ایزوباریک، ایزوکوریک). حالت استاندارد

ترمودینامیک -این علم استمطالعه قوانین کلی جریان فرآیندهای همراه با آزادسازی، جذب و تبدیل انرژی.

ترمودینامیک شیمیاییتحولات متقابل انرژی شیمیایی و سایر اشکال آن - حرارتی، نوری، الکتریکی و غیره را مطالعه می کند، قوانین کمی این انتقالات را ایجاد می کند و همچنین به شما امکان می دهد پایداری مواد را در شرایط معین و توانایی آنها برای ورود به مواد شیمیایی خاص پیش بینی کنید. واکنش ها ترموشیمی که شاخه‌ای از ترمودینامیک شیمیایی است به مطالعه اثرات حرارتی واکنش‌های شیمیایی می‌پردازد.

موضوع در نظر گرفتن ترمودینامیکی یک سیستم ترمودینامیکی یا به سادگی یک سیستم نامیده می شود.

سیستم - هر شیء طبیعت، متشکل از تعداد زیادی مولکول (واحدهای ساختاری) و جدا از سایر اشیاء طبیعت توسط یک سطح مرزی واقعی یا خیالی (رابط).

وضعیت سیستم مجموعه ای از ویژگی های سیستم است که امکان تعریف سیستم را از نقطه نظر ترمودینامیک فراهم می کند.

انواع سیستم های ترمودینامیکی:

I. با توجه به ماهیت مبادله ماده و انرژی با محیط:

سیستم ایزوله - ماده یا انرژی را با محیط مبادله نمی کند (Δm = 0؛ ΔE = 0) - قمقمه، کشتی Dewar.

جدا شده آدیاباتیک - تبادل انرژی حرارتی با محیط خارجی غیرممکن است، تبادل ماده امکان پذیر است.

2. سیستم بسته - با محیط به عنوان یک ماده مبادله نمی کند، اما می تواند انرژی تبادل کند (فلاسک بسته با معرف).

3. سیستم باز - می تواند هم ماده و هم انرژی را با محیط (بدن انسان) مبادله کند.

یک سیستم می تواند در حالت های مختلف باشد. هر حالت سیستم با مجموعه خاصی از مقادیر پارامترهای ترمودینامیکی مشخص می شود. پارامترهای ترمودینامیکی شامل دما، فشار، چگالی، غلظت و غیره است. تغییر در حداقل یک پارامتر ترمودینامیکی منجر به تغییر در وضعیت سیستم به عنوان یک کل می شود. اگر پارامترهای ترمودینامیکی در تمام نقاط سیستم (حجم) ثابت باشند، حالت ترمودینامیکی سیستم را تعادل می گویند.

II. بر اساس حالت تجمع:

1. همگن - عدم وجود تغییرات شدید در خواص فیزیکی و شیمیایی در طول انتقال از یک منطقه سیستم به منطقه دیگر (آنها از یک فاز تشکیل شده اند).

2. ناهمگن - دو یا چند سیستم همگن در یک (شامل دو یا چند فاز).

فاز بخشی از یک سیستم است که در تمام نقاط از نظر ترکیب و خصوصیات همگن است و توسط یک رابط از سایر قسمت های سیستم جدا می شود. نمونه ای از یک سیستم همگن محلول آبی است. اما اگر محلول اشباع شده باشد و کریستال های نمک در کف ظرف وجود داشته باشد، سیستم مورد بررسی ناهمگن است (مرز فاز وجود دارد). آب ساده نمونه دیگری از یک سیستم همگن است، اما آبی با یخ شناور در آن یک سیستم ناهمگن است.

انتقال فاز - تبدیل فاز (ذوب شدن یخ، جوشاندن آب).

فرآیند ترمودینامیکی- انتقال سیستم ترمودینامیکیاز یک حالت به حالت دیگر که همیشه با تخلف همراه است تعادلسیستم های.

به عنوان مثال، برای کاهش حجم گاز موجود در یک ظرف، باید پیستون را حرکت دهید. در این حالت، گاز فشرده می شود و اول از همه، فشار گاز نزدیک پیستون افزایش می یابد - تعادل به هم می خورد. عدم تعادل بیشتر خواهد بود، پیستون سریعتر حرکت می کند. اگر پیستون خیلی آهسته حرکت کند، تعادل کمی به هم می‌خورد و فشار در نقاط مختلف کمی با مقدار تعادل مربوط به حجم معینی از گاز متفاوت است. در حد با فشرده سازی بی نهایت آهسته، فشار گاز در هر لحظه از زمان مقدار معینی خواهد داشت. در نتیجه، حالت گاز همیشه در حالت تعادل خواهد بود، به طوری که یک فرآیند بی نهایت آهسته از دنباله ای از حالت های تعادل تشکیل می شود. چنین فرآیندی نامیده می شود تعادلی یا شبه استاتیکی.

روند بی نهایت کند یک انتزاع است. در عمل، اگر یک فرآیند آنقدر آهسته پیش برود که انحراف مقادیر پارامترها از مقادیر تعادلی ناچیز باشد، می‌تواند شبه استاتیک در نظر گرفته شود. هنگام تغییر جهت فرآیند تعادل (به عنوان مثال، جایگزینی فشرده سازی گاز با انبساط)، سیستم از همان حالت های تعادلی مانند مسیر رو به جلو، اما به ترتیب معکوس عبور می کند. بنابراین فرآیندهای تعادلی نیز نامیده می شوند برگشت پذیر. فرآیندی که طی آن یک سیستم پس از یک سری تغییرات به حالت اولیه خود باز می گردد، نامیده می شود فرآیند یا چرخه دایره ای. مفاهیم حالت تعادل و فرآیند برگشت پذیر نقش مهمی در ترمودینامیک دارند. تمام نتیجه گیری های کمی ترمودینامیک فقط برای حالت های تعادلی و فرآیندهای برگشت پذیر قابل استفاده است.

طبقه بندی فرآیندهای ترمودینامیکی:

همدما - دمای ثابت - تی= ثابت

ایزوباریک - فشار ثابت - پ= ثابت

ایزوکوریک - حجم ثابت - V= ثابت

آدیاباتیک - عدم تبادل حرارت بین سیستم و محیط - د س=0

شرایط استاندارد- V ترمودینامیک شیمیاییشرایط پذیرفته شده مشروط مواد و اجزای محلول در ارزیابی کمیت های ترمودینامیکی.

نیاز به معرفی "حالت های استاندارد" به دلیل این واقعیت است که قوانین ترمودینامیکی رفتار مواد واقعی را به درستی توصیف نمی کنند، زمانی که مشخصه کمی باشد. فشاریا تمرکز. حالت های استاندارد به دلایل راحتی در محاسبات انتخاب می شوند و می توانند هنگام انتقال از یک مشکل به مشکل دیگر تغییر کنند.

در حالت های استاندارد، مقادیر کمیت های ترمودینامیکی "استاندارد" نامیده می شوند و در بالانویس با صفر نشان داده می شوند، به عنوان مثال: G0، H0، m0 به ترتیب استاندارد هستند. انرژی گیبس, آنتالپی, پتانسیل شیمیاییمواد به جای فشار معادلات ترمودینامیکیبرای گازهای ایده آلو محلول ها از نوسانات و به جای تمرکز - فعالیت استفاده می کنند.

کمیسیون ترمودینامیک اتحادیه بین المللی شیمی نظری و کاربردی(IUPAC) حالت استاندارد را به عنوان وضعیت سیستمی که به طور مشروط به عنوان استاندارد برای مقایسه انتخاب شده است، تعریف کرده است. کمیسیون حالت استاندارد مواد زیر را پیشنهاد کرد:

برای فاز گاز، این حالت (فرض شده) است ماده شیمیایی خالصدر فاز گاز در فشار استاندارد 100 کیلو پاسکال (قبل از سال 1982 - 1 اتمسفر استاندارد، 101325 پاسکال، 760 میلی‌متر جیوه)، که دلالت بر وجود خواص دارد. گاز ایده آل.

برای فاز خالص، مخلوط یا حلال در مایع یا جامد حالت تجمع- این حالت یک ماده شیمیایی خالص در فاز مایع یا جامد تحت فشار استاندارد است.

برای یک محلول، این حالت (فرض) ماده حل شده با استاندارد است مولالیته 1 mol/kg، تحت فشار استاندارد یا غلظت استاندارد، بر اساس شرایطی که محلول به طور نامحدود رقیق شود.

برای یک ماده شیمیایی خالص، ماده ای است که در حالت تجمع کاملاً مشخص و تحت فشار استاندارد مشخص، اما دلخواه است.

تعریف IUPAC از حالت استاندارد شامل دمای استاندارد نمی شود، اگرچه اغلب از دمای استاندارد صحبت می شود که 25 درجه سانتیگراد (298.15 K) است.

7. سرعت واکنش: متوسط ​​و واقعی. قانون توده های فعال

سیستم های ترمودینامیکی: تعریف، طبقه بندی سیستم ها (ایزوله، بسته، باز) و فرآیندها (ایزوترمال، ایزوباریک، ایزوکوریک). حالت استاندارد

ما بزرگترین پایگاه اطلاعاتی را در RuNet داریم، بنابراین همیشه می توانید پرس و جوهای مشابه را پیدا کنید

وابستگی سرعت واکنش به غلظت مولکولی بودن عمل اولیه واکنش. دستور واکنش معادلات جنبشی واکنش های مرتبه اول و صفر. نیمه عمر

وابستگی سرعت واکنش به دما ضریب دمایی سرعت واکنش و ویژگی های آن برای فرآیندهای بیوشیمیایی انرژی فعال سازی.

کاتالیز همگن و ناهمگن است. کاتالیز آنزیمی معادله مایکلیس-منتن.

تعادل شیمیایی واکنش های برگشت پذیر و غیر قابل برگشت.

اهدای مایو انتخاب توریست هزینه مکانی برای پارک وسایل نقلیه

مالیات دهندگان є اشخاص فیزیکی و حقوقی، از جمله افراد غیر مقیم، به عنوان є vysniks در مورد "اعمال زندگی فنا ناپذیر".

کشاورزی

طبقه بندی محصولات زراعی بر اساس ویژگی های گیاهی و بیولوژیکی. تشکیل ساختار مناطق کاشته شده. تکنولوژی کشاورزی. ویژگی های بیولوژیکی و گیاهی.

اصول ویروبنیتسیا کار عملی

سرفصل انتصابات دانشجویان در زمینه آموزش کار در تخصص ها 5.01010301 "آموزش فناوری". در کتاب راهنمای مقاله، سیزده کار عملی معمولی به شما امکان می دهد دانش و جنبه های مختلف تغذیه اساسی را از بین ببرید: زندگی، قدرت و روش های پردازش مواد.

مسئولیت مادی در قبال تجاوز به من و شخص پذیرفته شده

عناصر و سیستم های برابر امنیت پذیرش. رئیس امنیت امنیت حالت دسترسی روانشناسی افراطی

دوره آموزشی برای موضوع "تأسیس ربات ها در رایانه شخصی" با موضوع: اشیاء سیستم عامل ویندوز. کیف 2015

نویسنده دایره المعارف شیمی b.b. N.S.Zefirov

وضعیت استاندارددر ترمودینامیک شیمیایی، وضعیت یک سیستم که به عنوان حالت مرجع در هنگام ارزیابی کمیت های ترمودینامیکی انتخاب می شود. باید حالت استاندارد را انتخاب کنید. با توجه به این واقعیت که در چارچوب ترمودینامیک شیمیایی، abs قابل محاسبه نیست. مقادیر انرژی های گیبس، پتانسیل های شیمیایی، آنتالپی ها و سایر مقادیر ترمودینامیکی برای یک ماده معین؛ تسویه حساب فقط در رابطه امکان پذیر است. مقادیر این مقادیر در این حالت در مقایسه با مقدار آنها در STATE STANDARD c.

وضعیت استاندارد ص. به دلایل راحتی محاسبات را انتخاب کنید. هنگام انتقال از یک کار به کار دیگر می تواند تغییر کند. مقادیر کمیت های ترمودینامیکی در شرایط استاندارد ص. استاندارد نامیده می شوند و معمولاً با صفر به سمت بالا نشان داده می شوند. شاخص، به عنوان مثال G 0، H 0، m 0 - به ترتیب، انرژی استاندارد گیبس، آنتالپی، پتانسیل شیمیایی ماده. برای یک واکنش شیمیایی، D G 0 , D H 0 , D S 0 به ترتیب برابر با تغییرات G 0 , H 0 و S 0 سیستم واکنش دهنده در فرآیند انتقال از مواد اولیه به حالت استاندارد c هستند. به محصولات واکنش در حالت استاندارد c.

وضعیت استاندارد ص. با شرایط استاندارد مشخص می شود: فشار p 0، دمای T 0، ترکیب (کسر مولی x 0). کمیسیون IUPAC در ترمودینامیک (1975) را به عنوان استاندارد اصلی در ص. برای همه مواد گازی، یک ماده خالص (x 0 \u003d 1) در حالت گاز ایده آل با فشار p 0 \u003d 1 atm (1.01 10 5 Pa) برای هر ثابت. درجه حرارت. برای مواد جامد و مایع، حالت استاندارد C. حالت یک ماده خالص (x 0 \u003d 1) تحت فشار خارجی p 0 \u003d 1 atm است. به تعریف وضعیت استاندارد ص. IUPAC T 0 شامل نمی شود، اگرچه اغلب از دمای استاندارد 298.15 کلوین صحبت می شود.

منگنز گازهای با فشار 1 اتمسفر را نمی توان به عنوان گاز ایده آل در نظر گرفت. وضعیت استاندارد ص. در این موارد، واقعی نیست، اما برخی فرضی است. حالت. مشابه هنرها. وضعیت استاندارد ص را انتخاب کنید. به دلیل سادگی محاسبات توابع ترمودینامیکی برای یک گاز ایده آل.

برای فرآیند تشکیل یک ترکیب شیمیایی از مواد ساده، انرژی های استاندارد گیبس، آنتالپی ها و آنتروپی ها در کتاب های مرجع ترمودینامیکی آورده شده است.

برای تعیین این مقادیر، برخی از مواد ساده انتخاب می‌شوند که طبق تعریف، شرایط زیر برای آنها وجود دارد: = 0، = 0، = 0. به عنوان STATE STATE c. برای مواد ساده، فاز پایدار و حالت شیمیایی عنصر در دمای معین فرض می شود. این حالت همیشه با حالت طبیعی منطبق نیست. بنابراین، وضعیت استاندارد ص. ماده ساده فلوئور در تمام دماها یک گاز ایده آل خالص در 1 اتمسفر است که از مولکول های F 2 تشکیل شده است. در این مورد، تفکیک F 2 به اتم ها در نظر گرفته نمی شود. وضعیت استاندارد ص. ممکن است در محدوده دمایی مختلف متفاوت باشد. به عنوان مثال، برای Na، در محدوده 0 تا T pl (370.86 K) STANDARD STATE s. ماده ساده - فلز خالص. Na در 1 atm; در محدوده T pl تا T kip (1156.15 K) - Na مایع خالص در 1 atm. بالاتر از 1156.15 K یک گاز ایده آل در 1 اتمسفر است که فقط از اتم های Na تشکیل شده است. بنابراین، آنتالپی استاندارد تشکیل NaF جامد زیر 370.86 K مربوط به تغییر در آنتالپی در واکنش Na (tv) + 1/2 F 2 = = NaF (tv) و در محدوده 370.86-1156.15 است. K مربوط به تغییر آنتالپی در واکنش Na (مایع) + 1/2 F2 = NaF (TB) است.

وضعیت استاندارد ص. یک یون در یک محلول آبی معرفی می‌شود تا آنتالپی‌های تعیین‌شده تجربی انحلال Dq H 0 (H 2 O) را قادر می‌سازد تا به آنتالپی تشکیل یک ترکیب شیمیایی تبدیل شوند. بنابراین، اگر آنتالپی استاندارد انحلال در آب KCl مشخص باشد و DH 0 arr [K + , محلول] و [Cl - , محلول] - به ترتیب مشخص باشد، آنتالپی تشکیل یون های K + و Cl در حالت استاندارد s. در یک محلول آبی، آنتالپی استاندارد تشکیل KCl را می توان با این معادله محاسبه کرد: [KCl, TV] = = - D aq H 0 (H 2 0) + [K +، محلول] + [Cl -، محلول ].

به عنوان وضعیت استاندارد ص. یون در محلول آبی، طبق توصیه IUPAC، حالت این یون را در حالت فرضی بگیرید. محلول آبی یک مولی که در آن آنتالپی یون مورد نظر برابر با آنتالپی آن در محلول بی نهایت رقیق است. علاوه بر این، فرض بر این است که آنتالپی تشکیل یون H + در حالت استاندارد c.، یعنی. [H + ، محلول، H 2 O] صفر است. در نتیجه، بدست آوردن آنتالپی های استاندارد نسبی تشکیل یون های دیگر در محلول بر اساس قابل اطمینان ترین مقادیر (کلیدی) آنتالپی های تشکیل ترکیبات شیمیایی امکان پذیر می شود. به نوبه خود، مقادیر بدست آمده از آنتالپی های تشکیل یون ها در محلول برای تعیین آنتالپی های ناشناخته تشکیل یک ترکیب شیمیایی در مواردی که آنتالپی های استاندارد انحلال اندازه گیری می شود، استفاده می شود.

وضعیت استاندارد ص. اجزای سیستم های دو و چند جزئی به عنوان یک حالت مرجع هنگام محاسبه فعالیت های ترمودینامیکی، انرژی های گیبس، آنتالپی، آنتروپی اختلاط معرفی می شوند (سه مقدار آخر در STANDARD STATE برابر با صفر است). انتخاب به اصطلاح متقارن STANDARD STATE امکان پذیر است که در آن به عنوان STANDARD STATE s. کامپوننت از شرایط استاندارد استاندارد خود استفاده می کند که طبق IUPAC تعیین شده است. اگر سیستم چند جزئی مایع است، به عنوان STANDARD STATE c. اجزاء، حالت مایع آنها گرفته می شود. یک جایگزین، انتخاب ضد متقارن STANDARD STATE s است، که در آن حلال STANDARD STATE s.، بر اساس توصیه های IUPAC انتخاب می شود و برای املاح A به عنوان STATE STANDARD s انتخاب می شود. حالت آن در محلولی با غلظت واحد انتخاب می شود که دارای خواص یک محلول بی نهایت رقیق است. وضعیت استاندارد صفحه را انتخاب کنید. در این مورد با غلظت خاصی همراه است. مقیاس (کسر مولی، مولاریته، مولالیته). انتخاب ضد متقارن STANDARD STATE ص. در مواردی که املاح به صورت خالص در فاز وجود ندارد مفید است (مثلاً HCl به عنوان مایع در دمای اتاق وجود ندارد).

مفهوم وضعیت استاندارد ص. در ابتدا توسط G. Lewis معرفی شد. قرن بیستم

ادبیات: Lewis J., Randall M., Chemical Thermodynamics, Trans. از انگلیسی، M., 1936; Belousov V.P., Panov M.Yu., Thermodynamics of aqueous solutions of non-electrolytes, L., 1983: Voronin G.F., Fundamentals of thermodynamics, M., 1987, p. 91, 98, 100. M.V. کروبوف.

دایره المعارف شیمی. جلد 4 >>

حالتهای پذیرفته شده متعارف مواد و اجزای محلول در تخمین مقادیر ترمودینامیکی.

نیاز به معرفی "حالت های استاندارد" به این دلیل است که قوانین ترمودینامیکی رفتار مواد واقعی را زمانی که فشار یا غلظت به عنوان یک مشخصه کمی عمل می کند، به درستی توصیف نمی کند. حالت های استاندارد به دلایل راحتی در محاسبات انتخاب می شوند و می توانند هنگام انتقال از یک مشکل به مشکل دیگر تغییر کنند.

در حالت‌های استاندارد، مقادیر کمیت‌های ترمودینامیکی «استاندارد» نامیده می‌شوند و در بالانویس با صفر نشان داده می‌شوند، برای مثال: G 0، H 0، m 0 به ترتیب انرژی استاندارد گیبس، آنتالپی، پتانسیل شیمیایی هستند. از ماده به جای فشار در معادلات ترمودینامیکی برای گازها و محلول های ایده آل، از فوگاسیته (فرار) و به جای غلظت، از فعالیت استفاده می شود.

وضعیت استاندارد IUPAC

کمیسیون ترمودینامیک اتحادیه بین المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC) تعریف کرده است که حالت استاندارد وضعیت سیستمی است که به طور معمول به عنوان استاندارد برای مقایسه انتخاب می شود. کمیسیون حالت استاندارد مواد زیر را پیشنهاد کرد:

• برای فاز گاز، حالت (فرض) یک ماده شیمیایی خالص در فاز گاز در فشار استاندارد 100 کیلو پاسکال (قبل از سال 1982، 1 اتمسفر استاندارد، 101325 پاسکال، 760 میلی‌متر جیوه) است که دلالت بر وجود خواص یک گاز ایده آل
• برای یک فاز خالص، مخلوط یا حلال در حالت تجمع مایع یا جامد، این حالت یک ماده شیمیایی خالص در فاز مایع یا جامد تحت فشار استاندارد است.
• برای یک محلول، حالت (فرض شده) املاح در مولالیته استاندارد 1 mol/kg، تحت فشار استاندارد یا غلظت استاندارد است، با این فرض که محلول به طور نامحدود رقیق شده است.
• برای یک ماده شیمیایی خالص، ماده ای است که در حالت تجمع کاملاً مشخص و تحت فشار استاندارد مشخص، اما دلخواه است.

تعریف IUPAC از حالت استاندارد شامل دمای استاندارد نمی شود، اگرچه اغلب از دمای استاندارد صحبت می شود که 25 درجه سانتیگراد (298.15 K) است.