Химическая термодинамика Химическая термодинамикаСтраница 4
Q = ¾ Q (2)
Внутренняя энергия системы (U) включает все виды энергии, заключенные в веществах, составляющих систему, кроме энергии, созданной гравитационными, электрическими или магнитными нолями, а также кроме кинетической энергии системы в целом (для движущейся системы). Таким образом, U ¾ сумма всех видов тепловой энергии движения элементарных частиц, энергии связи и энергии агрегатных состояний. Это сложная термодинамическая функция, полностью определяемая состоянием системы или соответствующим сочетанием параметров (р и Т). Если система поглощает энергию, то запас внутренней энергии растет (ΔU>0).
Если работа совершается системой, то А — положительная величина; если же работа совершается над системой, то А отрицательна (например, сжатие газа).
Как Q, так и А в уравнении (1) характеризуют процесс и от состояний системы (начального и конечного) зависят неоднозначно, так как из начального состояния подойти к конечному состоянию можно разными путями и с различным поглощением энергии и различной величиной работы. Поэтому уравнение (1) мы не можем записать в дифференциальной форме, так как только одно приращение ΔU однозначно определяется параметрами состояния р, v, Т.
Если известен закон изменения параметров в данном процессе, то уравнение первого закона термодинамики можно записать в дифференциальной форме и исследовать математически. В области применения химических реакций наиболее часто встречаются процессы, протекающие при постоянном объеме (изохорический) и при постоянном давлении (изобарический).
1. Изохорический процесс: v = const. В этом случае параметры р и Т связаны между собой уравнением Гей-Люссака, р/Т = const. Уравнение (1) записывается в дифференциальной форме:
dQ=dU+dA. (3)
Но если объем постоянен, значит работа расширения или сжатия газа совершаться не может: dA==pdv=0. Следовательно, dQ = - dU;
приравниваем частные производные по температуре:
или
dU = CvdT, (4)
где Сv — теплоемкость при постоянном объеме. Уравнение (4) позволяет вычислять изменение внутренней энергии системы при изменении температуры, если не происходит каких-либо изменений агрегатного или полиморфного состояния.
Как известно, при химической реакции внутренняя энергия изменяется: если энергия выделяется, то это соответствует уменьшению запаса внутренней энергии, и наоборот. Поэтому тепловой эффект и изменение внутренний энергии имеют обратные знаки:
U = -Qv. (5)
2. Изобарический процесс: р = const. В этом случае по закону Гей-Люссака v/T= const. Кроме того, из уравнения (3) не выпадают отдельные члены, так как при постоянном давлении расширение и сжатие газа возможно, как и нагревание и охлаждение. В этом случае dQ=dU+pdv. После интегрирования в пределах 1—2 получим:
Выражение в скобках (U + pv) представляет собой термодинамическую функцию, которую назовем энтальпией Н:
H=U+pv. (6)
Энтальпия — это энергосодержание системы, включающее внутреннюю энергию и работу. Тогда
(7)
Если система поглощает энергию Q1-2, то ΔН больше нуля, и если в этой системе происходит химическая реакция, то она будет эндотермической:
ОБМАНЫ ЗРЕНИЯ , см. Иллюзии оптические.
ЦЕФЕЙ (лат . Cepheus), околополюсное созвездие Северного полушария, частично расположенное в Млечном Пути. В Цефее находится источник рентгеновского излучения Сер Х-1 - остаток сверхновой звезды. С территории России созвездие видно круглый год.
ТУРСЫ , см. Етуны.