Mavzu: Termodinamikaning potensiallari. Gibbs va Gelmgolts energiyalari. Kimyoviy potensial

TOSHKENT FARMATSEVTIKA ISTITUTI FARMATSIYA YO’NALISHI 103-A GURUH TALABASI Ismoilov RavshanNING Fizik va Kolloid Kimyo MODULIDAN TAYYORLAGAN MUSTAQIL ISHI .

Mavzu: Termodinamikaning potensiallari.Gibbs va Gelmgolts energiyalari.Kimyoviy potensial.

Termodinamik potensiallar — termodinamik tizim holatini toʻla tavsiflaydigan va oʻzaro bogʻlanmagan hajm V, bosim r, temperatura T, entropiya S, tizimdagi zarralar soni N va boshqa makroskopik parametrlar x{ ning aniq funksiyalari. Termodinamik potensiallar ichki energiya UqU(S, V, N, x), Gelmgolts energiyasi FqF(V, T, N, x), Gibbs energiyasi GqG(p, T, N, x), entalpiya HqH(S, p, N, x) kabi funksiyalardan iborat. Termodinamik potensiallar bir-biri bilan quyidagicha bogʻlangan: FqU—TS, GqFQpV, HqUQpV. Termodinamik potensiallardan bittasi maʼlum boʻlsa, tizimning barcha termodinamik xossalarini aniklash mumkin. Har qanday termodinamik tizim uchun Termodinamik potensiallar statistik fizika usuli yordamida hisoblanadi. Termodinamik potensiallar terminini fanga 1884-yilda fransuz fizigi P. Dyugem kiritgan. Termodinamik potensiallar usulining asoschisi J. U. Gibbs oʻzining ilmiy ishlarida "fundamental funksiyalar"ni termin sifatida qoʻllagan.
Gibbsning erkin energiyasi va spontanlik (oʻz-oʻzidan sodir boʻlish)
Jarayon doimiy harorat Tva doimiy bosimda Pborsa, biz termodinamikaning ikkinchi qonuniga biroz oʻzgartirish kiritib, Gibbsning erkin energiyasi deb nomlanadigan yangi kattalikni topishimiz mumkin:
Gibbsning erkin energiyasi=G=H-TS
bu yerda Hentalpiya,
Ttemperatura (kelvinda,
Kva S entropiya. Gibbsning erkin energiyasi G harfi bilan belgilanadi va oʻlchov birligi
KJ/mol
^G haroratga bogʻliq boʻlsa ham, agar reaksiyada fazaviy oʻtishlar roʻy bermasa,^H va ^S qiymatlari haroratga bogʻliq emas deb taxmin qilish mutlaqo mumkin. Bu ^H va ^S ni bilsak,^G ni istalgan haroratda hisoblash uchun foydalanishimiz mumkin degan maʼnoni anglatadi.
Helmholtsning erkin energiyasi doimiy harorat va hajm sharoitida yopiq tizimning foydali ishini o'lchaydigan termodinamik potentsialdir. Helmgoltsning erkin energiyasi quyidagicha belgilanadiF y ichki energiya farqi sifatida aniqlanadi Yoki haroratning minus mahsuloti T entropiya bilan S:
F=U-TS
Bu energiya bo'lgani uchun, u Xalqaro tizimdagi Joule (SI) bilan o'lchanadi, ammo boshqa mos birliklar erg (CGS), kaloriya yoki elektron volt (eV) bo'lishi mumkin.
Jarayon davomida Gelmgolts energiyasining salbiy o'zgarishi tizim izoxorik jarayonda, ya'ni doimiy hajmda bajarishi mumkin bo'lgan maksimal ish bilan tenglashtiriladi. Ovoz balandligi doimiy ravishda saqlanmasa, bu ishlarning bir qismi atrof muhitga tegishli bo'lishi mumkin.
Bunday holda, biz hajmi o'zgarmas ishlarga murojaat qilamiz, masalan elektr ishlari: dW = -dq, elektr potentsiali sifatida q va q elektr zaryadi sifatida.
Agar harorat ham doimiy bo'lsa, muvozanatga erishilganda Helmgols energiyasi minimallashtiriladi. Bularning barchasi uchun Helmholts energiyasi doimiy hajmli jarayonlarda ayniqsa foydalidir. Bunday holda sizda:
- O'z-o'zidan paydo bo'lgan jarayon uchun: DF <0
- Tizim muvozanat holatida bo'lganda: DF = 0
- Spontan bo'lmagan jarayonda: DF> 0.
Termodinamikada kimyoviy potentsial turlar ning o'zgarishi tufayli so'rilishi yoki chiqarilishi mumkin bo'lgan energiya zarracha soni berilgan turlarning, masalan.kimyoviy reaktsiyada yoki fazali o'tishda. Aralashmadagi turning kimyoviy potentsiali tizimga qo'shilgan turlarning atomlari yoki molekulalari sonining o'zgarishiga nisbatan erkin energiya termodinamik tizimining o'zgarish tezligi sifatida aniqlanadi. Shunday qilib, bu turlarning miqdoriga nisbatan erkin energiyaning qisman hosilasi bo'lib, aralashmadagi barcha boshqa turlarning konsentratsiyasi doimiy bo'lib qoladi. Harorat ham, bosim ham doimiy ravishda ushlab turilganda va zarrachalar soni mollarda ifodalanganda, kimyoviy potentsial qisman molyar Gibbsning erkin energiyasidir
kimyoviy muvozanat yoki faza muvozanati, kimyoviy potentsiallar va stexiometrik koeffitsientlar mahsulotining umumiy yig'indisi nolga teng, chunki erkin energiya minimal darajada.[3] [4] [5] diffuziya muvozanat bir tizimda, har qanday kimyoviy turlarining kimyoviy salohiyati tizimi bo'ylab hamma joyda bir xil bo'ladi.[6]
Yarimo'tkazgichlar fizikasida nol mutlaq haroratdagi elektronlar tizimining kimyoviy potentsiali Fermi darajasi deb nomlanadi.
kimyoviy potentsial i turlarning i (atom, molekulyar yoki yadro) barcha intensiv miqdorlar kabi termodinamikaning fenomenologik fundamental tenglamasi bilan belgilanadi. Bu qaytariladigan va qaytarilmas cheksiz kichik jarayonlar uchun amal qiladi: