Kurs ishi mavzu: Kimyoviy potensial. Izobar-izotermik potentsialning xususiyatlari va universalligi

O`zbekiston Respublikasi
Oliy ta`lim, fan va innovatsiya vazirligi
Andijon davlat universiteti
Tabiiy fanlar fakulteti kimyo ta`lim yo`nalishi
II- bosqich 205 guruh talabasi
Usmanova Rushananing
Fizikaviy kimyo fanidan

KURS ISHI
Mavzu: Kimyoviy potensial. Izobar-izotermik potentsialning xususiyatlari va universalligi.
Kurs ishi rahbari: Turaxonov Sh.O.

Andijon – 2023

Kimyoviy potensial
Reja:
Kirish
Xarakteristik funksiyalar
Gibbs-Gelmgolts tenglamalari
Turli jarayonlarda Gibbs energiyasi va Gelmgolts energiyasining o'zgarishini hisoblash
Kimyoviy potensial
Ideal gaz aralashmasi komponentining kimyoviy potensiali
Xulosa
Foydalanilgan adabiyotlar

Kirish
Insoniyat tomonidan to'plangan bilimlar bizga keyingi tadqiqotlar va kashfiyotlar uchun foydalanish imkonini beradi. Fizik kimyoning eng muhim o'zlashtirishlaridan biri termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonunlaridir. Termodinamikaning birinchi qonuni turli jarayonlarning, shu jumladan kimyoviy reaksiyalarning energiya balansini belgilaydi. Ikkinchi qonun jarayonning qanday sharoitlarda mumkinligi va berilgan sharoitlarda uning natijasi qanday bo'lishini taxmin qilish imkonini beradi. Termodinamikaning birinchi qonuni postulatdir - uni mantiqiy isbotlab bo'lmaydi, lekin inson tajribasi yig'indisidan kelib chiqadi. Uning asosliligi oqibatlarning hech biri tajribaga zid emasligi bilan isbotlangan. Termodinamikaning birinchi qonunini quyidagicha shakllantirish mumkin: postulat energiyaning saqlanish qonunidir. Uning asosida va energiyani aylantirishda materiya harakatining turli shakllarining (energiya turlari) ekvivalentligi printsipi yotadi; energiya faqat bir turdan ikkinchisiga aylanadi va qat'iy ekvivalent miqdorlarda. Bu termodinamik tizim mavjudligida energiya aylanishining aylanishi sodir bo'lishini anglatadi, bunda tizimni o'rab turgan muhitdan ish olib tashlanadi va issiqlik tizimdan bu muhitga o'tadi. Tegishli birliklarda o'lchangan bu miqdorlarni taqqoslash ular o'rtasidagi doimiy munosabatni ko'rsatdi.

Termodinamikaning birinchi qonuni quyidagi tenglamalar bilan yoziladi:
U = Q - A (integral shakl),
dU = d Q - dA (differensial shakl).
Termodinamikaning ikkinchi qonuni bir nechta ta'riflar bilan ifodalanishi mumkin:
* Klauziusning postulati : "Jarayon mumkin emas, uning yagona natijasi issiqlikni sovuqroq jismdan issiqroqqa o'tkazish bo'lishi mumkin" (bunday jarayon Klauzius jarayoni deb ataladi ).
* Tomson (Kelvin) postulati: «Diraviy jarayon mumkin emas, uning yagona natijasi termal rezervuarni sovutish orqali ish ishlab chiqarish bo'ladi» (bunday jarayon Tomson jarayoni deb ataladi).
Amaliy foydalanish uchun quyidagilar qulay :
* termodinamik tizim holatining keng funksiyasi - entropiya (S) mavjud. Izolyatsiya qilingan tizimda qaytariladigan jarayonlar sodir bo'lganda, bu funktsiya o'zgarishsiz qoladi va qaytarilmas bo'lsa , u ortadi.Entropiya tushunchasi termodinamikaga Rudolf Klauzius tomonidan kiritilgan . Klauzius tengsizligi entropiyaning o'zgarishini T haroratda tizimning atrof-muhit bilan almashinadigan qQ issiqlik miqdori bilan bog'laydi :
Bu erda tenglik belgisi qaytarilmas jarayonlar uchun, tengsizliklar esa qaytarilmas jarayonlar uchun sodir bo'ladi.
Termodinamikaning asosiy qonunlari tushunchasini berib, termodinamikaning fundamental tenglamasi haqida gapirish mumkin. Bu tenglama termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonunlarini birlashtiradi. Agar siz barcha mumkin bo'lgan ish turlarini belgilasangiz
d A = YY i dy i ,
qaerda Y i - tizimning intensiv parametri (bosim, potentsial farq, sirt tarangligi, tortishish va boshqalar), dy i . - bu intensiv parametrga (hajm, zaryad, sirt, balandlik) mos keladigan ekstensiv parametr qiymatining o'zgarishi va termodinamikaning ikkinchi qonunidan ifodalash.
q Q \ u003d TdS ,
keyin tenglama
dU = d Q - dA
shaklida qayta yozilishi mumkin
dU = TdS - U Y i dy i .
Olingan tenglama yopiq sistemalar uchun termodinamikaning asosiy tenglamasi deb ataladi. Ochiq tizimlar va kimyoviy reaksiya sodir bo'lgan tizimlar uchun bu tenglama shaklga ega
dU = TdS - U Y i dy i + O'ylaymanki , _ _ _
Gibbs gelmgolts kimyoviy gazi
qayerda men _ - kimyoviy potentsial, dn i - moddaning tashqi muhit bilan almashinuvi natijasida ochiq sistemada yoki kimyoviy reaksiya natijasida sistemada paydo boʻladigan mollar sonining oʻzgarishi. Shunday qilib, Um i dn i atamasi materiyaga "yopiq" bo'lgan energiya almashinuvi bilan bog'liq.
Muvozanatsiz jarayonlarda tenglik belgisi tengsizlik bilan almashtirilishi kerak, shuning uchun yopiq va ochiq tizimlar uchun umumlashtirilgan shaklda yuqoridagi tenglamalar quyidagicha ko'rinadi:
dU TdS - Y Y i dy i va dU TdS - YY i dy i + Aql men i dn i .
Yopiq va ochiq tizimlar, muvozanatli va muvozanatsiz jarayonlar uchun termodinamikaning ushbu asosiy tenglamalaridan biz keyingi xulosalarda foydalanamiz.
1. Xarakteristik funksiyalar
Gibbs gelmgolts kimyoviy gazi
Xarakterli funksiyalar bilan ifodalangan spontan jarayonlarning muvozanat shartlari va mezonlari.
Agar tizimning barcha termodinamik xossalari to'g'ridan-to'g'ri uning va uning qisman hosilalari mos keladigan o'zgaruvchilarga nisbatan ifodalanishi mumkin bo'lsa, funktsiya xarakteristik deb ataladi. "Xarakteristika" tushunchasi o'zgaruvchilarning ma'lum bir to'plami bilan bog'liq. Bir o'zgaruvchilar to'plami uchun xarakterli bo'lgan funktsiya boshqa to'plam uchun xarakterli bo'lishni to'xtatadi.
Termodinamikada beshta xarakterli funktsiya eng ko'p qo'llaniladi:
1) entropiya;
2) ichki energiya;
3) entalpiya;
4) Gelmgolts energiyasi;
5) Gibbs energiyasi.
Ularning oxirgi to'rttasi ham termodinamik potentsiallarning umumiy nomi ostida birlashtirilgan.
Endi har bir xarakteristik funktsiya haqida alohida gapiraylik.
Entropiya - yopiq tizimning ichki energiyasining bir qismi bo'lib, u doimiy ravishda saqlanadi va boshqa energiya turlariga aylanmaydi. Agar tizim rivojlansa va qaytarilmas jarayonlar bilan tavsiflansa, uning entropiyasi iste'mol qilinadigan qismga nisbatan barqaror ravishda oshadi.
Entropiya entropiya doimiyligining adiabatik sharoitlarida muvozanat mezoni ( dS = 0), jarayonning o'z-o'zidan oqimining mezoni sifatida - entropiyaning o'sishi ( dS > 0) sifatida belgilanadi.
Ichki energiya - bu tananing energiyasi, faqat uning ichki holatiga bog'liq. Kontseptsiya ichida e. tana energiyasining barcha turlarini birlashtiradi, umuman uning harakati energiyasi va agar u har qanday kuchlar maydonida bo'lsa, tananing ega bo'lishi mumkin bo'lgan potentsial energiyasi bundan mustasno.
Keling, faqat yopiq tizimlarni ko'rib chiqaylik, ular uchun yagona ish kengayish ishi va kimyoviy reaktsiyalar mumkin. Bunday tizimlar uchun termodinamikaning asosiy tenglamasi shaklga ega
dU TdS - pdV + Um i dn i .
Agar ko'rib chiqilayotgan tizimda kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'lmasa, u holda
dU TdS - pdV .
Shuning uchun adiabatik va izoxorik sharoitlarda ( dS = 0, dV = 0) muvozanat mezoni dU = 0 sharti bo'ladi. Biroq, bu shart xarakterli barqaror muvozanat uchun etarli emas. Shubhasiz, dU = 0 ham maksimal nuqtada (tizimdagi metastabil, beqaror muvozanat nuqtasi) va minimal nuqtada (barqaror muvozanat). Shuning uchun sistemadagi barqaror muvozanatni xarakterlash uchun yana bitta tenglamani d 2 U > 0 yozish kerak (1-rasm).
Agar bu tizimda spontan jarayonlar sodir bo'lsa, unda
dU TdS - pdf
dS = 0, dV = 0 uchun esa dU < 0 sharti bajariladi.Demak, muvozanat holatidagi izoxorik-adiabatik sistemalarda ichki energiya doimiy bo`lib, har qanday o`z-o`zidan sodir bo`ladigan jarayonda u kamayadi.
Agar ushbu tizimda kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'lishi mumkin bo'lsa, unda tenglamadan

dU TdS - Y Y i dy i + O'ylaymanki , men _

shundan kelib chiqadiki, kimyoviy muvozanatda Um i dn i \u003d 0, va o'z-o'zidan sodir bo'ladigan kimyoviy reaktsiya bo'lsa, Um i dn i < 0. Ichki energiya ko'pincha izoxorik-izoentropik potentsial deb ataladi.
Entalpiya (issiqlik funktsiyasi, issiqlik miqdori) - ma'lum bir doimiy bosimda issiqlikka aylantirish uchun mavjud bo'lgan energiya.
Entalpiya tenglama bilan berilgan
H = U + PV.
Bu tenglamani differensiallash tenglamaga olib keladi
dH = dU + pdV + Vdp .
dU = TdS - pdV qiymatini qo'yib , quyidagi munosabatni olamiz.
dH = TdS - pdV + pdV + Vdp + Min i dn i = TdS + Vdp + Min i dn i .
Biz shunday xulosaga kelamizki, adiabatik izobar jarayonlarda muvozanat sharti dH = 0, d 2 H > 0, spontan jarayonlarning mezoni esa dH < 0. Entalpiya izobar-izoentropik potensial deb ham ataladi.
Gelmgolts energiyasi (izoxor-izotermik potensial) mustaqil parametrlar sifatida hajm (V) va harorat (T) tanlanganda termodinamik tizimning holatini tavsiflaydi.
Helmgolts energiyasi munosabat bilan aniqlanadi
F = U - TS;
dF = dU - TdS - SdT .
Ushbu ifodaga qiymatni almashtirish
dU = TdS - pdV + Min i dn i ,
tenglamaga kelamiz
dF = TdS - pdV + Min i dn i - TdS - SdT = - pdV - SdT + Min i dn i .
Kimyoviy reaksiya sodir bo'lmagan tizimlar uchun izoxorik-izotermik sharoitda muvozanat holati dF = 0, d 2 F > 0, o'z-o'zidan borishi uchun esa dF < 0 shart.
Gibbs energiyasi (izobarik-izotermik potensial) bosim (p) va haroratning (T) mustaqil parametrlarida termodinamik tizimning holatini tavsiflaydi.
Gibbs energiyasi munosabat bilan aniqlanadi
G=H-TS.
dG = dH - TdS - SdT ;
dH = dU + pdV + Vdp ;
dU = TdS - pdV + Min i dn i ;
dG = dU + pdV + Vdp - TdS - SdT =
= TdS - pdV + Um i dn i + pdV + Vdp - TdS - SdT = Vdp - SdT + Min i dn i .
Muvozanatning sharti dG = 0 va d 2 G > 0 (qaytariladigan jarayon), o'z-o'zidan qaytmas jarayonning sharti esa dG < 0. Qaytmas jarayonlarda Gibbs energiyasi doimo kamayadi. Gibbs energiya minimumi tizimning muvozanat holatiga mos keladi.
Termodinamik funktsiyaning xarakterli xususiyati rasmda ko'rsatilgan. 2, bu tizimning qolgan termodinamik xususiyatlarini Gibbs energiyasi va uning p , T ga nisbatan qisman hosilalari yordamida qanday ifodalash mumkinligini ko'rsatadi.
Xarakterli funktsiyalar o'rtasidagi munosabatni aniq ko'rsatadigan diagramma. Tizimning har qanday termodinamik xususiyati ushbu funktsiyalarning har biri yoki uning hosilasi bilan aniq ifodalanishi mumkin. Termodinamik potentsiallarning umumiy xususiyati shundaki, ularning muvozanat jarayonida yo'qolishi maksimal foydali ishga teng bo'ladi.
2. Gibbs-Gelmgolts tenglamalari
Xarakterli funktsiyalarni kiritishda faqat kengaytirish ishi hisobga olinadi. Agar boshqa ish turlari hisobga olinsa, u holda ish ( dA ) kengaytirish ishlari va boshqa turdagi ishlarning yig'indisi sifatida ifodalanishi mumkin dA * kengaytirish ishlari bundan mustasno . da * miqdori foydali ish deb ataladi. Bu holda har qanday qaytar jarayon uchun termodinamikaning asosiy tenglamasini quyidagicha yozish mumkin.
dU = TdS - dA = TdS - ( dA * + pdV ),
qayerda
ha * = TdS - dU - pdV ,
p , t = const bo'lganda dA * uchun ifoda quyidagicha yozilishi mumkin
dA * = - d (U + pV - TS) = - d (H - TS) = - dG,
Binobarin,
A * \u003d -? G.
Shunday qilib, izobar-izotermik jarayonda maksimal foydali ish Gibbs energiyasini yo'qotishga teng.
Xuddi shunday, izoxorik-izotermik jarayon uchun ham yozish mumkin
dU = TdS - dA = TdS = ( dA * + pdV ) = TdS - dA * ,
qayerda,

dA * = TdS - dU ,

V uchun T = const
yA * = - d (U-TS) = - dF.
A * = -?F.
Ta'rifdan
?G = ?H - T?S va ? F = ?U - T?S
kerak
?H = ?G + T?S = - A * + T?S,
?U = ?F + T?S = -A * + T?S.
Binobarin, tizim bir holatdan ikkinchi holatga o'tganda, ichki energiya o'zgarishining faqat bir qismi (entalpiya) ish sifatida amalga oshirilishi mumkin. Energiyaning bir qismi issiqlik shaklida tarqalishi mumkin yoki tizimni qayta qurishga ketadi ( ?S ning oshishi). Shu munosabat bilan ?G va ?F ko'pincha erkin energiya (entalpiya), T?S atamasi esa bog'langan energiya deb ataladi.
Yuqoridagi tenglamalardan
dG = Vdp - SdT , dF = - pdV - SdT ,
shunga amal qiladi
va ,
Binobarin,
?G = ?H - T?S = ?H - T, yoki A * max = ?H + T,
?F = ?U - T?S = ?U - T, yoki A * maksimal \u003d? U + T.
Olingan tenglamalar Gibbs-Gelmgolts tenglamalari deb ataladi. Ushbu tenglamalar foydali ishning haroratga bog'liqligini o'rganish natijalari bo'yicha tizimning termodinamik parametrlarini hisoblash imkonini berishi bilan diqqatga sazovordir.
3. Turli jarayonlarda Gibbs energiyasi va Gelmgolts energiyasining o'zgarishini hisoblash
I. Haroratning o'zgarishi bilan Gibbs va Helmgolts energiyasining o'zgarishi.
Gibbs va Helmgolts energiyalarining yopiq tizimlardagi haroratga bog'liqligini asosiy tenglamalar yordamida aniqlash mumkin:
dF = - SdT - pdV, dG = - SdT + Vdp.
F va G funktsiyalari holat funktsiyalari bo'lib, ular uchun:
, .
Ushbu tenglamalarni integrallash uchun tizimning issiqlik sig'imini aniqlaydigan entropiyaning haroratga bog'liqligini bilish kerak.
, .
Gibbs energiyasining haroratga bog'liqligi grafigi, issiqlik sig'imining chiziqli haroratga bog'liqligini hisobga olgan holda, rasmda ko'rsatilgan. to'rtta.
0 darajasiga nisbatan o'lchanadi .
II. Izotermik kengayish yoki qisqarish paytida Gibbs va Helmgolts energiyasining o'zgarishi.
Gibbs va Helmgolts energiyalarining doimiy haroratdagi bosim va hajmga bog'liqligini hosilalarni integrallash yo'li bilan aniqlash mumkin :
, .
Ushbu bog'liqlik shaklini tiklash uchun fazaning holati tenglamasini bilish kerak. Shunday qilib, ideal gaz uchun
,
.
Agar p 1 \u003d p 0 \u003d 1 bar bo'lsa, ular standart Gibbs energiyasi haqida gapirishadi, G 0
G (p) - G 0 (p 0 ) = nRT * ln (p).
III. Kimyoviy reaksiya jarayonida Gibbs va Helmgolts energiyasining o'zgarishi.
Kimyoviy reaksiyalarda F va G funksiyalarining o'zgarishini hisoblash turli usullar bilan amalga oshirilishi mumkin. Misol tariqasida Gibbs energiyasidan foydalangan holda ulardan ikkitasini ko'rib chiqamiz.
a) Ta'rifi bo'yicha G = H - TS. Agar reaksiya mahsulotlari va boshlang'ich moddalar bir xil haroratda bo'lsa, kimyoviy reaktsiyada Gibbs energiyasining o'zgarishi
.
Standart sharoitlarda
.
b) Reaksiya issiqligiga o'xshab, Gibbs energiyasining o'zgarishini reaktivlar va mahsulotlarning hosil bo'lishning standart Gibbs energiyalari yordamida hisoblash mumkin:
yoki
.
Standartdan boshqa sharoitlarda hisoblash uchun nisbatdan foydalaning
.
Ideal gazlar orasidagi kimyoviy reaksiyaning Helmgolts energiyasining o'zgarishi Gibbs energiyasi bilan bog'liq
? r G = ? r F + ? nRT ,
bu yerda ?n - reaksiya jarayonida gazsimon moddalar mol sonining o'zgarishi.
4. Kimyoviy potensial
Termodinamik potentsiallarning ularning tabiiy o'zgaruvchilarga bog'liqligi termodinamikaning asosiy tenglamalari - asosiy Gibbs tenglamalari bilan tavsiflanadi. Differensial shaklda bu tenglamalar quyidagi shaklga ega :
,
,
,
,
kimyoviy salohiyat qayerda
ma'lum bir moddaning miqdori va tabiiy o'zgaruvchilarning doimiyligi va boshqa moddalar miqdorining o'zgarishi bilan mos keladigan termodinamik potentsialning o'sishini tavsiflaydi. Moddalarning kimyoviy potensiallarining tengligi ularning kimyoviy muvozanatining belgisidir; kimyoviy potentsiallarning farqi massa almashinuvining harakatlantiruvchi kuchi hisoblanadi.
5. Ideal gaz aralashmasi komponentining kimyoviy potensiali
Sof moddaning kimyoviy potentsiali tenglamaga muvofiq aniqlanishi mumkin
, qayerdan .
Ideal gaz holati tenglamasidan ifodalash
,
olamiz
.
const uchun integratsiyalash , biz yozishimiz mumkin
Demak, kimyoviy potentsialning ifodasi quyidagicha ifodalanishi mumkin
m (T, p) \u003d m 0 (T, p 0 ) + RTlnp ,
bu erda m 0 (T, p 0 \u003d 1) - 1 atm ga teng harorat va bosimdagi kimyoviy potentsial bo'lgan integratsiya konstantasi. Ko'pincha standart kimyoviy potentsial deb ataladi. Shubhasiz, bu tenglamadan hisoblangan m qiymati bosim birliklarini tanlashga bog'liq.
Agar ideal gazlar aralashmasi mavjud bo'lsa, unda aralashmaning har bir komponenti o'zining qisman bosimi bilan tavsiflanadi. Shuning uchun aralashmaning i komponenti uchun tenglamani quyidagicha yozish mumkin
m i = m 0 i + RTlnp i ,
qayerda pi _ - komponentning qisman bosimi i. Aralashmaning tarkibini ifodalash uchun ishlatiladigan turli miqdorlar orasidagi nisbatdan foydalanib , kimyoviy potentsialni tarkibiy aralashmaning konsentratsiyasi (c) yoki mol ulushi (x) bo'yicha ifodalash mumkin:
m i = m 0 ci + RTlnc i ,
m i = m 0 xi + RTlnx i .
Haqiqiy gazlar aralashmasi komponentining kimyoviy salohiyati.
Olingan tenglamalar ideal gazlarni tavsiflash uchun mos keladi. Ular haqiqiy gazlarning xatti-harakatlarini ham tasvirlaydi, agar ularning mavjudligi uchun shartlar tizimni ideal holatdan juda uzoqqa olib tashlamasa. Biroq, oddiy sharoitlarda ham, haqiqiy gazlarning xatti-harakati ideal tizimlarning xatti-harakatlaridan juda farq qiladi.
Lyuis haqiqiy termodinamik tizimlarning xossalarini ularga ideal tizimlar uchun olingan nisbatan sodda tenglamalarni qo'llash orqali tavsiflash imkonini beradigan rasmiy texnikani taklif qiladi. Usulning g'oyasi shundan iboratki, tenglamalarning analitik shakli saqlanib qoladi, lekin ularga yangi o'zgaruvchi - argument kiritiladi, bu esa, o'z navbatida, mustaqil o'zgaruvchining funktsiyasidir.
Ideal gazning kimyoviy potensialini aniqlash tenglamasi quyidagicha yoziladi
m = m 0 + RTlnp .
Lyuis uslubiga ko'ra, biz qaramlik shaklini saqlab qolamiz, lekin undagi argumentni o'zgartiramiz, bosim o'rniga yangi funktsiyani kiritamiz, fugacity (yoki o'zgaruvchanlik) - f .
Biz yangi o'zgaruvchini mahsulot sifatida aniqlaymiz
f = r( p) * p,
Bu erda r ( p) - faollik koeffitsienti ( fugacity ). Uning jismoniy ma'nosi shundaki, u tizimning ideallikdan og'ish darajasini ko'rsatadi
Fugacityning jismoniy ma'nosi haqiqiy gazning xususiyatlarini ideal gazga mos keladigan tenglamalar bilan tavsiflash uchun ega bo'lishi kerak bo'lgan ba'zi samarali bosim sifatida aniqlanishi mumkin. Yuqoridagilardan kelib chiqib, real gazning kimyoviy potentsial qiymati quyidagicha aniqlanadi
m = m 0 + RTln f.
Suyuq (qattiq) eritma komponentining kimyoviy potensiali.
Muvozanat holatida har qanday komponentning barcha birgalikdagi fazalardagi kimyoviy potentsiali bir xil bo'lishi kerak
m b = m in ,
bu erda b va c birga mavjud bo'lgan fazalarning belgilaridir. Shunday qilib, eritmaning har qanday suyuq (qattiq) komponentining kimyoviy potentsiallari ushbu komponentlarning to'yingan bug'ining kimyoviy potentsiallarining qiymatlariga teng bo'lishi kerak:
m kond . = m juft .
Keling, uch xil holatni ko'rib chiqaylik.
1. Bir komponentli kondensatsiyalangan modda.
m kond . \u003d m juft \u003d m 0 (T) + RTlnp s ,
to'yingan bug' Kleyperon -Mendeleyev tenglamasiga bo'ysunadigan holat uchun yoki
m kond . \u003d m juft \u003d m 0 (T) + RTln f s ,
Haqiqiy tizimlar uchun. Mana ps _ f s - to'yingan bug'ning bosimi va fugasligi .
2. Suyuq (qattiq) ideal eritmaning komponenti.
Ideal eritma - har qanday konsentratsiyada to'yingan bug' komponentlarining qisman bosimlari p i bo'lgan eritma. kondensatsiyalangan eritmadagi bu komponentning mol ulushining ko'paytmasiga teng x i to'yingan bug 'bosimi bilan p s,i sof komponent ustidan (ideal yechim - Raul qonuniga bo'ysunadigan yechim):
p i = x i p s,i .
p i qiymatini almashtiring kimyoviy potentsialning ifodasiga kiradi
m kond . \u003d m juft \u003d m 0 (T) + RTln x i p s, i ,
keyin
m kond . \ u003d m juft \u003d m 0 (T) + RTlnp s,i + RTln x i .
Ma'lum bir modda uchun ushbu tenglamaning dastlabki ikkita sharti faqat haroratga bog'liq (chunki ma'lum bir moddaning to'yingan bug' bosimi harorat bilan yagona aniqlanadi). Birinchi ikkita hadning yig'indisini m va ( T) deb belgilab, nihoyat, ideal eritma komponentining kimyoviy potentsialiga ega bo'lamiz.
m i = m VA i (T) + RTlnx i .
m va i (T) atamasi kimyoviy potentsialning standart qismi deb ataladi. x i = 1 m i = m VA i (T) uchun , ya'ni. I komponentning kimyoviy potentsialining standart qismi sof suyuqlik (qattiq) komponentning kimyoviy potentsialiga teng .
3. Haqiqiy gazning suyuq (qattiq) komponentining kimyoviy potensiali.
Raul qonuniga bo'ysunmaydigan eritma komponentining kimyoviy potensialini aniqlash uchun ideal gazlar uchun ko'rib chiqilgan Lyuis usulidan foydalanamiz. Eritma komponentining molyar ulushi o'rniga biz faollik qiymatini kiritamiz, bu sifatida aniqlanadi
a i = g i x i .
Faktor r i faollik omili deb ataladi. Bu omil, Lyuisning fikricha, eritma xossalarining ideal eritma xossalaridan barcha chetlanishlarini hisobga oladi . Faollik qiymati - bu ideal eritma komponentining kimyoviy potentsiali ifodasiga uning mol ulushi o'rniga almashtirilganda, bu ifoda ideal bo'lmagan eritmalarning xususiyatlarini tavsiflash uchun mos bo'lgan funktsiyadir.
Shunday qilib, haqiqiy eritmalarning tarkibiy qismi uchun kimyoviy potentsial aniqlanadi
m i = m VA i (T) + RTln g i x i \ u003d m VA i (T) + RTlna i .
6. Maksvell tenglamalari
Har qanday potentsialni tabiiy o'zgaruvchilarning funktsiyasi sifatida bilib, termodinamikaning asosiy tenglamasidan foydalanib, tizimning boshqa barcha termodinamik funktsiyalari va parametrlarini topish mumkin. Buning uchun Maksvell munosabatlaridan foydalaniladi. Masalan, ichki energiya ifodasini ko'rib chiqing
.
dU to'liq differentsial bo'lganligi sababli , ichki energiyaning tabiiy o'zgaruvchilarga nisbatan qisman hosilalari:
.
Agar birinchi o'ziga xoslikni hajm bo'yicha, ikkinchisini entropiya bo'yicha farqlasak, ichki energiyaning bir-biriga teng aralash ikkinchi hosilalarini olamiz:
.
Qolgan tenglamalarni o'zaro farqlash ostida
,
,
,
keyin yana uchta munosabat olinadi:
Maksvell munosabatlari katta amaliy ahamiyatga ega, chunki ular quyidagilarga imkon beradi:
* eksperimental ravishda olingan moddalarning fizik xususiyatlari to'g'risidagi ma'lumotlar sonini kamaytirish;
* turli usullar bilan olingan ma'lumotlarning izchilligini tekshirish va tajribalar yoki hisob-kitoblarda mumkin bo'lgan xatolarni aniqlash;
* agar kerak bo'lsa, tenglamalardagi ba'zi xususiyatlarni boshqalar bilan almashtiring.
Maksvell munosabatlarini oddiy yordamchi diagramma yordamida eslab qolish nisbatan oson.
Belgilari diagrammaning yon tomonlarida joylashgan to'rtta xarakterli funktsiyaning har biri o'zining xarakterli mustaqil o'zgaruvchilari yaqinida joylashgan bo'lib, ularning belgilari diafragma burchaklarida joylashgan. Differensial munosabatlarni yozishda har bir qisman hosilaning belgisi diagonal o'q yordamida o'rnatiladi. Agar o'q mustaqil o'zgaruvchidan uzoqqa yo'naltirilgan bo'lsa, qisman hosilaning maxraji ijobiy qabul qilinadi. Aks holda, u salbiy sifatida qabul qilinadi . Diagrammada (6-rasm) ko'rsatilgan misol uchun bu nisbat quyidagicha ko'rinadi .
Ushbu sxemadan foydalanib, mos keladigan xarakterli funktsiyalarning ifodalarini eslab qolish oson. Bu erda diagonal o'q qoidasi quyidagicha bo'ladi: agar o'q mustaqil o'zgaruvchidan uzoqqa yo'naltirilgan bo'lsa, uning belgisi ijobiy, agar u mustaqil o'zgaruvchiga yo'naltirilgan bo'lsa, belgisi manfiy. Mustaqil o'zgaruvchilar mos funksiya yozilgan tomonda joylashgan. Ularga mos keladigan omillar kvadratning qarama-qarshi burchaklarida joylashgan. Misol uchun, siz dG uchun ifoda yozmoqchisiz . Buning uchun kvadratning ushbu funksiya joylashgan tomonini qidiramiz. Shunga ko'ra, mustaqil o'zgaruvchilar T va P bo'ladi. Bunday holda, hosilaning belgisi - dT (diagonal o'q T ga yo'naltirilgan) va + dp (diagonal o'q p ga yo'naltirilgan) sifatida aniqlanadi. Diagonalning boshqa uchida joylashgan ushbu o'zgaruvchilarga mos keladigan qiymatlar S va V dir, shuning uchun
dG = - SdT + Vdp .
7. Kimyoviy jarayonning ishi va issiqligi
Bir holatdan ikkinchi holatga o'tish jarayonida tizim atrof-muhit bilan issiqlik va ish shaklida modda yoki energiya almashishi mumkin.
Issiqlik (Q) - ma'lum tizim yoki jismdagi zarralarning xaotik harakatining miqdoriy o'lchovidir. Issiqlik shaklidagi issiqroq jismning energiyasi kamroq isitiladigan jismga o'tkaziladi. Bunday holda, materiya o'tkazilmaydi.
Ish (A) - zarralarning yo'naltirilgan harakatining miqdoriy o'lchovi, ma'lum kuchlar, masalan, tortishish kuchlari ta'sirida materiyaning bir tizimdan ikkinchisiga o'tishi tufayli bir tizimdan ikkinchisiga o'tkaziladigan energiya o'lchovidir. Issiqlik va ish joul ( J ), kilojoul (kJ) va megajoul (MJ) da o'lchanadi. Tizimning tashqi kuchlarga nisbatan bajargan ishi (A > 0) va tizimga berilgan issiqlik (Q > 0) musbat hisoblanadi. Issiqlik va ish jarayonni amalga oshirish usuliga bog'liq, ya'ni. ular yo'l funktsiyalari.
Ichki energiya, issiqlik va ishning o'zgarishi o'rtasidagi miqdoriy bog'liqlik termodinamikaning birinchi qonunini o'rnatadi:
U = Q - A.

PROMOTED CONTENT

3 kun ichida ko'rish qobiliyatini 98% yaxshilaydi! Uy usuli

Visu Caps

Первая брачная ночь в разных странах: ужасающие традиции

RadarMedia

Ushbu arzon o'zbek vositasi ko'rishni 15 marta yaxshilaydi!

Visu Caps

Kimyoviy potensial

Reja:
Kirish

Xarakteristik funksiyalar

Gibbs-Gelmgolts tenglamalari

Turli jarayonlarda Gibbs energiyasi va Gelmgolts energiyasining o'zgarishini hisoblash

Kimyoviy potensial

Ideal gaz aralashmasi komponentining kimyoviy potensiali

Xulosa
Foydalanilgan adabiyotlar

Kirish
Insoniyat tomonidan to'plangan bilimlar bizga keyingi tadqiqotlar va kashfiyotlar uchun foydalanish imkonini beradi. Fizik kimyoning eng muhim o'zlashtirishlaridan biri termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonunlaridir. Termodinamikaning birinchi qonuni turli jarayonlarning, shu jumladan kimyoviy reaksiyalarning energiya balansini belgilaydi. Ikkinchi qonun jarayonning qanday sharoitlarda mumkinligi va berilgan sharoitlarda uning natijasi qanday bo'lishini taxmin qilish imkonini beradi. Termodinamikaning birinchi qonuni postulatdir - uni mantiqiy isbotlab bo'lmaydi, lekin inson tajribasi yig'indisidan kelib chiqadi. Uning asosliligi oqibatlarning hech biri tajribaga zid emasligi bilan isbotlangan. Termodinamikaning birinchi qonunini quyidagicha shakllantirish mumkin: postulat energiyaning saqlanish qonunidir. Uning asosida va energiyani aylantirishda materiya harakatining turli shakllarining (energiya turlari) ekvivalentligi printsipi yotadi; energiya faqat bir turdan ikkinchisiga aylanadi va qat'iy ekvivalent miqdorlarda. Bu termodinamik tizim mavjudligida energiya aylanishining aylanishi sodir bo'lishini anglatadi, bunda tizimni o'rab turgan muhitdan ish olib tashlanadi va issiqlik tizimdan bu muhitga o'tadi. Tegishli birliklarda o'lchangan bu miqdorlarni taqqoslash ular o'rtasidagi doimiy munosabatni ko'rsatdi.

Termodinamikaning birinchi qonuni quyidagi tenglamalar bilan yoziladi:
U = Q - A (integral shakl),
dU = d Q - dA (differensial shakl).
Termodinamikaning ikkinchi qonuni bir nechta ta'riflar bilan ifodalanishi mumkin:
* Klauziusning postulati : "Jarayon mumkin emas, uning yagona natijasi issiqlikni sovuqroq jismdan issiqroqqa o'tkazish bo'lishi mumkin" (bunday jarayon Klauzius jarayoni deb ataladi ).
* Tomson (Kelvin) postulati: «Diraviy jarayon mumkin emas, uning yagona natijasi termal rezervuarni sovutish orqali ish ishlab chiqarish bo'ladi» (bunday jarayon Tomson jarayoni deb ataladi).
Amaliy foydalanish uchun quyidagilar qulay :
* termodinamik tizim holatining keng funksiyasi - entropiya (S) mavjud. Izolyatsiya qilingan tizimda qaytariladigan jarayonlar sodir bo'lganda, bu funktsiya o'zgarishsiz qoladi va qaytarilmas bo'lsa , u ortadi.Entropiya tushunchasi termodinamikaga Rudolf Klauzius tomonidan kiritilgan . Klauzius tengsizligi entropiyaning o'zgarishini T haroratda tizimning atrof-muhit bilan almashinadigan qQ issiqlik miqdori bilan bog'laydi :
Bu erda tenglik belgisi qaytarilmas jarayonlar uchun, tengsizliklar esa qaytarilmas jarayonlar uchun sodir bo'ladi.
Termodinamikaning asosiy qonunlari tushunchasini berib, termodinamikaning fundamental tenglamasi haqida gapirish mumkin. Bu tenglama termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonunlarini birlashtiradi. Agar siz barcha mumkin bo'lgan ish turlarini belgilasangiz
d A = YY i dy i ,
qaerda Y i - tizimning intensiv parametri (bosim, potentsial farq, sirt tarangligi, tortishish va boshqalar), dy i . - bu intensiv parametrga (hajm, zaryad, sirt, balandlik) mos keladigan ekstensiv parametr qiymatining o'zgarishi va termodinamikaning ikkinchi qonunidan ifodalash.
q Q \ u003d TdS ,
keyin tenglama
dU = d Q - dA
shaklida qayta yozilishi mumkin
dU = TdS - U Y i dy i .
Olingan tenglama yopiq sistemalar uchun termodinamikaning asosiy tenglamasi deb ataladi. Ochiq tizimlar va kimyoviy reaksiya sodir bo'lgan tizimlar uchun bu tenglama shaklga ega
dU = TdS - U Y i dy i + O'ylaymanki , _ _ _
Gibbs gelmgolts kimyoviy gazi
qayerda men _ - kimyoviy potentsial, dn i - moddaning tashqi muhit bilan almashinuvi natijasida ochiq sistemada yoki kimyoviy reaksiya natijasida sistemada paydo boʻladigan mollar sonining oʻzgarishi. Shunday qilib, Um i dn i atamasi materiyaga "yopiq" bo'lgan energiya almashinuvi bilan bog'liq.
Muvozanatsiz jarayonlarda tenglik belgisi tengsizlik bilan almashtirilishi kerak, shuning uchun yopiq va ochiq tizimlar uchun umumlashtirilgan shaklda yuqoridagi tenglamalar quyidagicha ko'rinadi:
dU TdS - Y Y i dy i va dU TdS - YY i dy i + Aql men i dn i .
Yopiq va ochiq tizimlar, muvozanatli va muvozanatsiz jarayonlar uchun termodinamikaning ushbu asosiy tenglamalaridan biz keyingi xulosalarda foydalanamiz.
Xulosa
Entalpiya ( dH ), Gelmgolts energiyasi ( dF ), Gibbs energiyasi ( dG ) kabi xarakterli funktsiyalarni batafsil tahlil qildik . Entropiyadan tashqari hamma narsa termodinamik potentsiallar nomiga ham ega ekanligi aniqlandi. Har bir funktsiya uchun muvozanat va spontan jarayonlar holatlari ko'rib chiqiladi; Qisqacha aytganda, ushbu shartlarni quyidagi jadval orqali ifodalash mumkin.

Potentsial

tabiiy o'zgaruvchilar
Spontanlik uchun shartlar
Muvozanat shartlari

U
S= const , V= const

dU < 0
dU = 0, d2 U > 0

H
S = const , p = const

dH < 0
dH = 0, d2H > 0

F
T = const , V = const

dF < 0
dF = 0, d 2 F > 0

G
T = const , p = const

dG < 0
dG = 0, d 2 G > 0
2. Gibbs-Gelmgolts tenglamalarini chiqardik:
G = ?H - T?S = ?H - T, yoki A * maksimal \u003d? H + T,
F = ?U - T?S = ?U - T, yoki A * maksimal \u003d? U + T.
3. Kimyoviy potentsialga, uning termodinamik potentsiallar orqali qanday ifodalanishiga ta'rif berdilar :
Ular ideallar aralashmasi uchun kimyoviy potentsial tenglamalarni chiqardilar
m i = m 0 i + RTlnp i
va haqiqiy gazlar
m = m 0 + RTln f.
Shuningdek, suyuq (qattiq) eritmalar komponentining kimyoviy salohiyati
m i = m VA i (T) + RTlna i .
Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati
1. Buruxin S.B. Fizikaviy va kimyoviy jarayonlarning asosiy qonuniyatlari. M: Obninsk: IATE, 2001 yil.
2. Eremin V.V., Kargov S.I., Uspenskaya I.A., Kuzmenko N.E., Lunin V.V. Fizik kimyo asoslari. Nazariya va vazifalar. M .: "Imtihon" nashriyoti, 2005 yil.
3. Karyakin N.V. Kimyoviy termodinamika asoslari. M.: "Akademiya" nashriyot markazi, 2003 yil.
4. Vikipediya [veb-sayt]. - URL: http://ru.wikipedia.org.
5. Kimyogar [veb-sayt]. - URL: http://www.xumuk.ru.
6. Yandex.s lug'atlari [ veb-sayt]. - URL: http://slovari.yandex.ru.
7. Akademik [veb-sayt]. - URL: http://dic.academic.ru.
Download 39.95 Kb.

Do'stlaringiz bilan baham:

1 2 3 4 5 6 7

Ushbu arzon o'zbek vositasi ko'rishni 15 marta yaxshilaydi!

Visu Caps

Experts Reveal The Truth About Being In Love: Your Mind Is A Mess

Inspire Dot