Chemická termodynamika I

Prezentace na téma: "Chemická termodynamika I"— Transkript prezentace:

1 Chemická termodynamika I

2 Základní pojmy Termodynamika se zabývá energetickými změnami, které doprovázejí přírodní děje Termodynamický systém(soustava)=část světa, kterou se zabýváme Otevřený - vyměňuje s okolím hmotu a energii Uzavřený - vyměňuje energii, nikoli hmotu Izolovaný - nevyměňuje ani hmotu ani energii

3 Základní pojmy Homogenní systém – vlastnosti jsou ve všech místech stejné nebo se mění spojitě – 1 fáze Heterogenní systém – skládá se z fází navzájem oddělených ostrým rozhraním Stav systému= souhrn vlastností, vyjádřených fyzikálními veličinami

4 Základní pojmy Stavové veličiny - jsou funkcí okamžitého stavu systému. Jejich změny při přechodu z 1. do 2. stavu závisejí pouze na konečném a počátečním stavu systému, ne na způsobu jakým se přechod uskutečnil Stavové proměnné – přímo měřitelné veličiny

5 Základní pojmy Intenzívní veličiny – jejich hodnota nezávisí na množství Extenzívní veličiny – měří množství Rovnovážný stav – nedochází k časovým změnám stavových veličin Částečná rovnováha – časově se nemění 1 veličina

6 Základní pojmy Reverzibilní=vratný děj – systém se samovolně vrací do původního stavu - utopie Ireverzibilní=nevratný děj – systém se samovolně nevrací do původního stavu

7 Nultý termodynamický princip
Dvě tělesa jsou v tepelné rovnováze, jestliže každé z nich je v rovnováze s tělesem třetím

8 Výměna energie mezi soustavami
Celková energie systému   vnější vnitřní   kinetická potenciální V termodynamice se vnější energií nezabýváme – o systému uvažujeme tak, jako by se nalézal v místě mulové potenciální energie a nepohyboval se

9 Způsoby výměny energie s okolím
Práce – takový způsob výměny energie, při němž působením nějaké síly dochází buď k posunu nebo otočení mikročástic či celých těles Práce plynu V…změna objemu plynu p…tlak plynu S…plocha na kterou síla působí l…posun tělesa F…síla

10 Vnitřní energie Vnitřní energie – U – je spojena s různými druhy pohybu a vzájemného působení částic a částí vytvářejících systém (translační, rotační, vibrační pohyb atomů v molekule nebo krystalové mřížce, energie vzájemného působení molekul a atomů, energie elektronů v atomech atd.) Absolutní hodnota U není známa, měří se pouze změny nebo ji vztahuje ke konvenční 0

11 Teplo Teplo Q souvisí s neuspořádaným pohybem molekul, s jejich kinetickou energií.

12 První termodynamický princip
Zákon zachování energie Jestliže systém přijme od okolí teplo Q a práci W vzroste jeho vnitřní energie o hodnotu U, která se rovná součtu dodané práce a tepla +W, +Q dodaná energie -W, -Q odevzdaná energie

13 Aplikace I. termodynamického principu
Izotermický děj Izochorický děj Izobarický děj Adiabatický děj

14 Izotermický děj T=konst p, V=proměnné
Stavová rovnice pro izotermický děj 1.stav 2.stav grafem je hyperbola Boylův-Mariottův zákon

15 Izotermický děj Formulace I.TP
Vychází z termodynamické definice ideálního plynu: vnitřní energie ideálního plynu je závislá pouze na teplotě U = f(T)  U=0 je-li T=konst. -W = Q Všechno dodané teplo se mění na práci.

16 Izotermická expanze a komprese
Proti konstantnímu vnějšímu tlaku -W = pvn.V

17 Izotermická expanze a komprese
snižování tlaku po krocích snižování tlaku kontinuálně

18 Izotermická expanze a komprese
Kontinuální snižování tlaku Vykonaná práce

19 Při kontinuálním snižování tlaku je vykonaná práce největší – odpovídá téměř vratnému ději

20 Izochorický děj V=konst p, T ……proměnné W=pV V=0  W=0
I. termodynamický princip U = QV Teplo vyměněné při konstantním objemu soustavy QV je rovno změněn vnitřní energie soustavy

21 Izochorický děj … měrná (specifická) tepelná kapacita za
konstantního objemu = množství tepla, potřebné k ohřátí 1 kg (1g) soustavy o 1 K při V=konst. Jednotka…………….J/K.kg, J/K.g

22 Izochorický děj … molární tepelná kapacita za konstantního
objemu = množství tepla, potřebné k ohřátí 1 molu soustavy o 1 K při V=konst. Jednotka…….J/K.mol

23 Izochorický děj Stavová rovnice pro izochorický děj 1.stav 2.stav
Charlesův zákon

24 Izobarický děj P=konst. V, T ……proměnné I. termodynamický princip
U=QP + W Systém koná práci a vyměňuje s okolím teplo Práce W = - p.V QP = U + p.V QP = UB-UA+p(VB-VA) = UB+pVB-(UA+pVA)

25 Entalpie Izobarický děj A…….počáteční stav B…….konečný stav
QP = U + p.V QP = UB-UA+p(VB-VA) = UB+pVB-(UA+pVA) H = U + p.V …….entalpie QP = HB – HA = H Teplo vyměněné při konstantním tlaku je rovno změně stavové funkce entalpie

26 Izobarický děj ….. měrná (specifická) tepelná kapacita za konstantního tlaku = množství tepla, potřebné k ohřátí 1 kg (1g) soustavy o 1K Jednotka………………J/K.kg , J/K.g

27 Izobarický děj …. molární tepelná kapacita za konstantního tlaku = množství tepla, potřebné ohřátí 1 molu soustavy o 1K Jednotka………………J/K.mol

28 Izobarický děj Stavová rovnice pro izobarický děj 1.stav 2.stav
Gay-Lussacův zákon

29 Mayerův vztah CP + CV = R CP………….molární tepelná kapacita za konstantního tlaku CV………….molární tepelná kapacita za konstantního objemu

30 Odvození Mayerova vztahu
U je pouze funkcí teploty 

31 Adiabatická expanze a komprese
Systém nevyměňuje s okolím teplo Q=0 I.TP U = W Systém koná práci na úkor vnitřní energie Vzhledem k tomu, že U je stavová funkce, platí, že U pro izochorický děj = U pro adiabatický děj W = U = n.CV.T kde

32 Adiabatická expanze a komprese
W < 0  U klesá  T < 0  teplota systému klesá, systém se ochlazuje Adiabatická komprese W > 0  U roste  T > 0  teplota systému roste, systém se ohřívá

33 Poissonovy rovnice Vyjadřují závislost vždy dvou stavových veličin
Poissonova konstanta

34 Poissonova konstanta Závisí na struktuře molekuly plynu
Jednoatomové plyny Dvouatomové plyny Tříatomové plyny