Первый закон термодинамики. Федеральное агентство по образованию РФ

Федеральное агентство по образованию РФ

Тверской Государственный Технический Университет

Кафедра «Биотехнологии и Химии»

Методическое указание к практикуму по физической химии

Лабораторная работа № 1

«Определение содержания кристаллизационной воды в соли

методом калориметрии»

Тверь 2006

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Термодинамика и термохимия

Термодинамической системой называется тело или совокупность тел, находящихся во взаимодействии и ус­ловно обособленных от окружающей среды. Системы, обменивающиеся с окружающей средой и веществом и энергией, называют открытыми система­ми. Системы, обменивающиеся только энергией, называ­ют закрытыми. Системы, не обменивающиеся ни веще­ством, ни энергией, называют изолированными.

Совокупность всех физических и химических свойств системы характеризует ее состояние.

Состояние системы характеризуется термодинамиче­скими параметрами и функциями. К параметрам состояния относят переменные вели­чины, которые непосредственно могут быть заданы и из­мерены: температура Т, объем V, давление Р. Уравнение, описывающее взаимосвязь параметров состояния, называ­ется уравнением состояния. Так, для идеального газа при­менимо уравнение состояния Менделеева-Клапейрона: P V =vRT,

где v- количество газа; R - универсальная газовая по­стоянная.

К термодинамическим функциям относят переменные величины, зависящие от параметров состояния, которые не могут быть непосредственно измерены. Их делят на функции процесса: теплота Q и механическая работа А, и функции состояния: внутренняя энергия U, энтальпия Н, энтропия S, изобарно-изотермический потенциал (сво­бодная энергия Гиббса) G и изохорно-изотермический по­тенциал (свободная энергия Гельмгольца) F.

Термодинамическим процессом называется всякое из­менение в системе, связанное с изменением хотя бы од­ного термодинамического параметра.

Изменение функций состояния не зависит от пути и способа проведения процесса, а зависит только от на­чального и конечного состояния системы. Изменение функций процесса зависит от того, при каких условиях и каким путем протекает процесс.

Термодинамика базируется на двух фундаментальных законах (началах), являющихся всеобщими законами при­роды. Они не могут быть выведены, но и не могут быть отвергнуты, поэтому рассматриваются как постулаты.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Первый закон термодинамики — это закон сохране­ния энергии в изолированной системе.

Теплота Q, переданная системе, идет на увеличение ее внутренней энергии dU и на совершение работы си­стемой против внешних сил:

Q = ∆ U+A.

Для бесконечно малого изменения величин:

δQ = dU +δА

бесконечно малое изменение функций состояния приня­то обозначать буквой d, а функций процесса — буквой δ. Внутренняя энергия — это общий запас энергии си­стемы, включающей кинетическую и потенциальную энер­гию частиц, входящих в систему. Абсолютную величину внутренней энергии системы определить невозможно, но можно определить ее изменение при переходе системы из начального состояния в конечное:

При увеличении внутренней энергии ∆ U< 0, при уменьшении ∆U < О. Работа процесса — это энергия, передаваемая одним телом другому при их взаимодействии. В химической термодинамике обычно рассматривается работа расши­рения газа

А = р• ∆ V. Если система совершает работу, то величина А положительна, поскольку

∆ V = V_кон – V_нач > 0.

Поскольку работа является функцией процесса, ее изменение: