Михеева Е.В., Пикула Н.П., Тартынова М.И.

М695 Физическая химия: учебное пособие / Е.В.Михеева, Н.П.Пикула, М.И.Тартынова; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 207 с.

Пособие предназначено для освоения теоретического и практического материала по дисциплине «Физическая химия» для студентов специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств» заочного обучения. Материал в пособии представлен в 9 главах по основным разделам дисциплины, в каждой главе кроме теоретической части приведены решения типовых задач и вопросы для самоконтроля.

Пособие подготовлено на кафедре физической и аналитической химии Института природных ресурсов и соответствует программе дисциплины «Физическая химия». Пособие является основой для самостоятельной работы студентов. Оно может быть полезным для магистрантов и аспирантов.

УДК 541.1 (075.8)

ББК 24.5Я73

Рецензенты

Доктор химических наук,

профессор Томского государственного университета

В. И. Отмахов

Кандидат технических наук

доцент кафедры органической химии ТГПУ

А. С. Ситников

Введение

Настоящее пособие предназначено для освоения теоретического и практического материала по дисциплине «Физическая химия» для студентов специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств» заочного обучения. Дисциплина «Физическая химия» является общепрофессиональной дисциплиной, имеющей большое значение для создания базовой основы изучения специальных дисциплин.

Физическая химия – наука о закономерностях химических процессов и явлений. Физическая химия изучает происходящие в любых системах изменения, сопровождающиеся переходом химической формы энергии в различные физические формы: тепловую, электрическую, лучистую и др.

К главным задачам физической химии можно отнести изучение и объяснение основных закономерностей, определяющих направленность процессов, скорость их протекания, влияния на них среды, примесей, излучения и т.д., условия получения максимального выхода необходимых продуктов. Основными направлениями физической химии является изучение свойств вещества в различных агрегатных состояниях, химическая термодинамика, включая термохимию и учение о равновесиях, растворы, электрохимия, кинетика химических реакций.

Физическая химия является теоретической основой для изучения физико-химических явлений и процессов, протекающих в машинах и аппаратах химических производств, в химических технологических циклах и окружающей среде, поэтому физико-химическая подготовка специалистов приобретает особое важное значение.

Настоящее пособие составлено на основе лекций преподавателей кафедры физической и аналитической химии Национального исследовательского Томского политехнического университета. В пособии кратко изложен теоретический материал, примеры решения некоторых типовых задач и вопросы для самоконтроля. Пособие состоит из 9 глав по всем основным разделам дисциплины «Физическая химия».

Авторы надеются, что материал, изложенный в пособии, будет служить основой для самостоятельной работы студентов специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств» заочного обучения. Пособие будет полезно студентам других специальностей, магистрантам и аспирантам.

Авторы будут признательны за критические замечания и пожелания, направленные на улучшение пособия.

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Основные понятия химической термодинамики

Термодинамика является наукой, изучающей взаимопревращения различных видов энергии, которыми сопровождаются физические или химические процессы, а также возможность протекания процесса, его направленность и предел протекания. Химическая термодинамика применяет положения и закономерности общей термодинамики к изучению химических явлений. Основными понятиями в термодинамике являются: термодинамическая система, термодинамические параметры системы, термодинамический процесс, функция состояния и др.

Термодинамическая система – тело или группа тел, находящихся во взаимодействии, и отделенная от окружающей среды реальной или воображаемой границей раздела.

Термодинамические системы бывают:

· открытые – обмениваются с окружающей средой теплом и веществом (работой);

· закрытые – обмениваются с окружающей средой теплом, но не обмениваются веществом;

· изолированные – не обмениваются с окружающей средой ни теплом, ни веществом.

Термодинамическое состояние системы характеризуется ее термодинамическими параметрами. Термодинамические параметры делятся на экстенсивные и интенсивные.

Экстенсивные термодинамические параметры – величины, пропорциональные массе (или количеству вещества) рассматриваемого тела или термодинамической системы, к ним относятся: объем, внутренняя энергия, энтальпия, теплоемкость и др.

Интенсивные термодинамические параметры – величины, не зависящие от массы рассматриваемого тела или термодинамической системы и служащие термодинамическими параметрами состояния системы: температура и давление.

Параметр, величина которого зависит только от состояния системы и не зависит от пути, по которому система пришла в данное состояние, называется функцией состояния системы.

Функция состояния системы – функция, изменение которой не зависит от пути процесса, а зависит только от начального и конечного состояния системы (является однозначной характеристикой данной системы).

Всякое изменение в системе, связанное с изменением хотя бы одного их термодинамических параметров, называется термодинамическим процессом . В зависимости от условий протекания различают: изотермические (T=const), изохорные (V=const), изобарные (р=const), изобарно-изотермические (р, T=const), изохорно-изотермические (V, Т=const) и другие процессы.

Как известно, материя находится в постоянном движении, которое совершается в различных формах. Общей мерой различных форм движения материи является энергия. Энергия бывает разных видов: механическая, электрическая, внутренняя, кинетическая и др. Все виды энергии связаны между собой и способны превращаться одна в другую. В химической термодинамике большое значение имеет внутренняя энергия.

Внутренняя энергия (U) – сумма потенциальной энергии взаимодействия всех частиц тела между собой и кинетической энергии их движения (поступательной, колебательной, вращательной, энергии электронных переходов) за вычетом кинетической и потенциальной энергии, обусловленных движением и положением системы в целом.

Абсолютное значение внутренней энергии измерить нельзя. Можно измерить только изменение внутренней энергии Δ U при переходе системы из одного состояния в другое.

Изменение внутренней энергии считается положительным (Δ U> 0), если при переходе системы из начального состояния в конечное ее внутренняя энергия увеличивается.

Изменение внутренней энергии может происходить в двух формах: в форме теплоты и в форме работы.

Теплота (Q) – форма и мера передачи энергии за счет хаотического столкновения молекул. Теплота считается положительной (Q> 0), если тепло подводится к системе, и отрицательной (Q< 0), если отводится от системы.

Работа (W) – форма и мера передачи энергии за счет упорядоченного движения большого числа частиц системы под действием каких-либо сил. Работа считается положительной (W> 0), если ее совершает сама система, и отрицательной (W< 0), если работа совершается над системой.

Во многих процессах изменение внутренней энергии происходит как в виде теплоты, так и в виде работы. Связь между изменением внутренней энергии, теплотой и работой устанавливает первое начало термодинамики.

Первое начало термодинамики

Первое начало термодинамики является постулатом, который был раскрыт и сформулирован в результате обобщения человеческого опыта и связан с законом сохранения энергии.

Существует несколько формулировок первого начала термодинамики, равноценных друг другу и вытекающих одна из другой.

Предыдущая12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Следующая