ТЕРМОДИНАМИКА И ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ

⇐ ПредыдущаяСтр 25 из 115Следующая ⇒

Большинство материалов, в том числе композиционных, - представители термодинамически неравновесных открытых систем, для которых характерно наличие развитой сети внутренних границ раздела, градиентов химических потенциалов элементов в матрице и наполнителе.

Внутренние поверхности контакта разнородных составляющих композита играют особую роль в получении материалов с требуемым комплексом свойств.

С помощью аппарата термодинамики удобно рассматривать поверх-ностные явления, происходящие на границах раздела, не прибегая к модельным допущениям о внутреннем устройстве изучаемого объекта.

Как любой раздел науки термодинамика оперирует своими понятиями и имеет некоторые особенности:

а) Термодинамика рассматривает явления, обусловленные действием большого, но конечного числа частиц. Термодинамика не применима к микросистемам (молекула, атом, электрон), т.к. тепловое движение имеет место лишь в системах, состоящих из очень большого числа частиц N. Определяющим для тепловой формы движения является не механическое движение отдельных частиц, а существование коллектива огромного числа частиц.

Но термодинамика не применима и к бесконечно большим системам (например, Вселенная). Т.е. существует нижняя и верхняя границы применимости термодинамики.

1 < < N < ¥

Таким образом, объектом изучения термодинамики является макросистема, состоящая из достаточно большого, но ограниченного числа частиц.

б) Термодинамика не позволяет делать какие-либо выводы о внутреннем строении вещества, о механизме и скорости протекания процесса.

в) термодинамика изучает только равновесные процессы и системы, все параметры которых постоянны во времени и отсутствуют потоки с постоянной скоростью.

Термодинамика базируется на трех законах, сформулированных в результате обобщения опыта.

I закон непосредственно связан с законом сохранения энергии. Он позволяет рассчитывать тепловые балансы различных процессов, в том числе и химических.

II закон – закон о возможности протекания самопроизвольных процессов. На основании этого закона можно предсказать, при каких внешних условиях возможен процесс, и в каком направлении он будет протекать.

III закон – закон об абсолютном значении энтропии. Он позволяет вычислить константу равновесия химической реакции и максимально возможный выход продуктов реакции.

Химическая термодинамика применяет эти законы к химическим процессам и фазовым переходам.

6.1. Первый закон термодинамики и основные понятия химической термодинамики

6.1.1. Основные понятия и определения химической термодинамики

Химическая термодинамика имеет значение как при теоретических исследованиях, так и при решении производственных задач. Она спо-собствовала появлению ряда новых производств и совершенствованию старых.

В химической термодинамике применяются те же понятия, термины и величины, что и в общей термодинамике.

Макросистема. Под макросистемой понимают отдельное тело или группу тел, находящихся во взаимодействии друг с другом и обособленных от окружающей среды реальной или воображаемой грани-цей.

В зависимости от характера взаимодействия системы с окружающей средой, их подразделяют следующим образом:

Открытая система – это система, которая может обмениваться с окружающей средой энергией и веществом.

Например, колба с водным раствором хлорида натрия.

Закрытая система – система, в которой отсутствует обмен веществом с окружающей средой, но может происходить обмен энергией.

Пример: та же колба с раствором, закрытая пробкой или крышкой.

Изолированная система – система, которая не обменивается с окружением ни веществом, ни энергией.

Пример: термос с раствором хлорида натрия.

Понятие изолированной системы является идеализированным (абстрактным), т.к. на практике не существует материала, совершенно не проводящего тепло.

Системы бывают гомогенные и гетерогенные.

Гомогенная (однородная) – такая система, внутри которой нет поверхностей раздела и свойства меняются непрерывно от точки к точке. Т.е. гомогенные системы однофазные.

Гетерогенная (неоднородная) – система, состоящая из 2-х и более фаз, имеющих поверхности раздела. На границе раздела фаз происходит скачкообразное изменение некоторых свойств вещества (плотности, теплоемкости и др.).

Состояние системы определяется совокупностью параметров, т.е. физико-химическими свойствами.

Макросистема характеризуется набором термодинамических параметров.

В химической термодинамике обычно рассматривают те свойства, которые могут быть однозначно выражены через функции от Т, Р, V, С (кон-центрация).

Термодинамические свойства являются частью общих свойств (физических, химических) системы.

Это: внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, теплоемкость – С_Р, С_V, химический потенциал – m и др.

Термодинамические свойства системы взаимосвязаны. Если изменяется одно свойство, то одновременно изменяются и другие.

Соотношения, отражающие взаимосвязь термодинамических пара-метров, называются уравнениями состояния.

Если система состоит их одного вещества (однокомпонентная) и характеризуется параметрами Р, V, Т, то она называется простой термодинамической системой. Параметры ее связаны термодинамическим уравнением состояния

f (Р, V, Т) = 0

Например, состояние одного или «n» моль идеального газа описывается уравнением Менделеева – Клапейрона.

РV = RT и PV = RT = nRT

Для одного моль реального газа

Термодинамические свойства системы являются функциями состояния макросистемы.

Причем, все термодинамические свойства можно разделить на две группы:

1) экстенсивные: U, V, S, H, теплоемкость и др. (обладают свойством аддитивности);

2) интенсивные: T, P, m, концентрация (не зависят от количества вещества и выравниваются при установлении равновесия).

Сама термодинамическая система может находиться либо в состоянии термодинамического равновесия, либо в состоянии термодинамического процесса.

⇐ Предыдущая 20 21 22 23 242526 27 28 29 Следующая ⇒