Основні термодинамічні величини. Термодинамічні величини

Навіщо потрібен наш ресурс?

Головна мета нашого сайту - допомога учням та студентам, у яких виникають труднощі з вирішенням того чи іншого завдання, або які пропустили якусь шкільну тему. Також наш ресурс прийде на допомогу батькам учнів, які стикаються із труднощами перевірки домашніх робіт дітей.

На нашому ресурсі можна знайти готові домашні завдання для будь-яких класів від 1 до 11 по всіх навчальних предметах. Наприклад, можна знайти ГДЗ з математики, іноземних мов, фізики, біології, літератури тощо. Для цього потрібно просто вибрати потрібний клас, необхідний предмет і решебники ГДЗ відповідних авторів, після чого потрібно знайти необхідний розділ та отримати відповідь на поставлене завдання. ГДЗ дозволяють максимально швидко перевірити задане учню додому завдання, а також підготувати дитину до контрольної.

Як одержати п'ятірку за домашнє завдання?

Для цього необхідно зайти на наш ресурс, де розміщені готові домашні завдання з усіх дисциплін шкільної програми. При цьому не потрібно переживати за помилки, друкарські помилки та інші недоліки в ГДЗ, тому що всі розміщені у нас посібники перевіряли досвідчені фахівці. Всі відповіді до домашніх завдань правильні, тому ми можемо впевнено сказати, що за будь-яке з них ви отримаєте 5! Але не варто бездумно все переписувати у свій зошит, навпаки, потрібно робити завдання самим, після чого перевіряти їх за допомогою ГДЗ і тільки після цього переписувати їх у чистовик. Це дозволить вам отримати потрібні знання та високу оцінку.

ГДЗ онлайн

Зараз ніхто не має проблем із доступом до ГДЗ, тому що наш інтернет-ресурс пристосований під усі сучасні пристрої: ПК, ноутбуки, планшетники та смартфони, які мають вихід в інтернет. Тепер навіть на зміні можна зайти з телефону на наш сайт та дізнатися відповідь абсолютно на будь-які завдання. Зручна навігація та швидке завантаження сайту, дозволяє шукати та переглядати ГДЗ максимально швидко та комфортно. Доступ до нашого ресурсу безкоштовний, при цьому реєстрація відбувається дуже швидко.

ГДЗ нової програми

Шкільна програма періодично змінюється, тому учням потрібні постійно нові навчальні посібники, підручники та ГДЗ. Наші фахівці постійно стежать за нововведеннями і після їх впровадження відразу ж розміщують на ресурсі нові підручники та ГДЗ, щоб користувачі мали останні видання. Наш ресурс є своєрідною бібліотекою для школярів, яка потрібна будь-якому учню для успішного навчання. Практично щороку шкільна програма стає складнішою, при цьому вводяться нові предмети та матеріали. Навчатися стає все важче, але наш сайт дозволяє спростити життя батьків та учнів.

Допомога студентам

Ми не забуваємо і про складне завантажене життя студентів. Кожен новий навчальний рік піднімає планку щодо знань, тому не всі студенти здатні впоратися з таким високим навантаженням. Тривалі заняття, різноманітні реферати, лабораторні та дипломні роботи займають майже весь вільний час студентів. За допомогою нашого сайту будь-який студент може полегшити своє повсякденне життя. Для цього практично щодня наші спеціалісти розміщують на порталі нові роботи. Тепер студент можеш знайти у нас шпаргалки для будь-якого завдання, причому абсолютно безкоштовно.

Тепер не потрібно носити щодня до школи величезну кількість підручників

Щоб подбати про школярів, наші спеціалісти розмістили на сайті у відкритому доступі усі підручники шкільної програми. Тому сьогодні будь-який учень чи батько може скористатися ними, причому учням тепер не потрібно щодня навантажувати спину через носіння до школи важких підручників. Достатньо завантажити необхідні підручники на планшетник, телефон та інший сучасний пристрій, і підручники завжди будуть з вами в будь-якому місці. Їх можна читати і в режимі онлайн прямо на сайті – це дуже комфортно, швидко та абсолютно безкоштовно.

Готові шкільні твори

Якщо від вас раптом вимагатимуть написати твір про якусь книгу, то пам'ятайте, що на нашому сайті завжди можна знайти безліч готових шкільних творів, які написали майстри слова та схвалили викладачі. Ми щодня розширюємо перелік творів, пишемо нові твори на багато тем і беремо до уваги рекомендації користувачів. Це дозволяє нам задовольняти повсякденні запити всіх школярів.

Для самостійного написання творів ми передбачили скорочені твори, їх можна подивитися та завантажити також на сайті. Вони перебуває основний сенс шкільних літературних творів, що значно скорочує вивчення книжок і економить сили учня, які потрібні йому вивчення інших предметів.

Презентації на різні теми

Якщо вам терміново потрібно зробити якусь шкільну презентацію на певну тему, про яку ви не знаєте нічого, то за допомогою нашого сайту ви зможете це зробити. Тепер не варто витрачати багато часу на пошук зображень, фотографій, друкованої інформації та консультації по темі з фахівцями тощо, тому що наш ресурс створює якісні презентації з мультимедійним контентом на будь-яку тематику. Наші фахівці розмістили на сайті велику кількість авторських презентацій, які можна безкоштовно переглянути та завантажити. Тому навчання буде для вас більш пізнавальним та комфортним, тому що у вас буде більше часу на відпочинок та інші предмети.

Наші переваги:

* велика база книг та ГДЗ;

* щодня оновлюються матеріали;

* доступ із будь-якого сучасного гаджета;

* враховуємо побажання користувачів;

* робимо життя учнів, студентів і батьків більш вільним і радісним.

Ми постійно покращуємо свій ресурс, щоб зробити життя своїх користувачів більш комфортним та безтурботним. За допомогою gdz.host ви будете відмінниками, тому перед вами відкриються великі перспективи у дорослому житті. В результаті ваші батьки пишатимуться вами, тому що ви будете гарним прикладом для всіх людей.

Термодинамічні величини називають фізичні величини, що застосовуються при описі станіві процесіву термодинамічних системах.

Термодинаміка розглядає ці величини як деякі макроскопічні параметри та функції, властиві системі, але не пов'язані з її мікроскопічним пристроєм. Питання мікроскопічного устрою вивчає статистична фізика.

Внутрішня енергія тіла (позначається як E або U) - це сума енергій молекулярних взаємодій та теплових рухів молекули. Внутрішня енергія є однозначною функцією стану системи. Це означає, що кожного разу, коли система виявляється в даному стані, її внутрішня енергія набуває властивого цьому стану значення, незалежно від передісторії системи. Отже, зміна внутрішньої енергії при переході з одного стану в інший буде завжди дорівнює різниці між її значеннями в кінцевому та початковому станах, незалежно від шляху, яким відбувався перехід.

Ентальпі́я, також теплова функціяі теплозміст- термодинамічний потенціал, що характеризує стан системи в термодинамічній рівновазі при виборі в якості незалежних змінних тиску, ентропії числа частинок.

Простіше кажучи, ентальпія - це енергія, яка доступна для перетворення в теплоту при певних температурі і тиску.

44. Термодинамічні величини. Ентропія та енергія Гіббса. Ентропія

Ентропія(Від грецьк. entropía - поворот, перетворення), поняття, вперше введене в термодинаміці для визначення міри незворотного розсіювання енергії. е. широко застосовується і в інших галузях науки: в статистичній фізиці як міра ймовірності здійснення будь-якого макроскопічного стану; теоретично інформації як міра невизначеності будь-якого досвіду (випробування), що може мати різні результати. Ці трактування Е. мають глибокий внутрішній зв'язок. Наприклад, на основі уявлень про інформаційну Е. можна вивести всі найважливіші положення статистичної фізики.

Вільна енергія Гіббса(або просто енергія Гіббса, або потенціал Гіббса, або термодинамічний потенціал у вузькому значенні) - це величина, що показує зміну енергії в ході хімічної реакції і дає у такий спосіб відповідь на важливу можливість протікання хімічної реакції; це термодинамічний потенціал наступного виду:

Енергію Гіббса можна розуміти як повну хімічну енергію системи (кристалу, рідини і т. д.)

45. Розчини. Характеристика розчинів.

Загальна характеристика розчинів.

Розчинами називаються гомогенні системи змінного складу, в яких розчинена речовина знаходиться у вигляді атомів, іонів або молекул, рівномірно оточених атомами, іонами чи молекулами розчинника. Будь-який розчин складається щонайменше із двох речовин, одна з яких вважається розчинником, а інша - розчиненою речовиною. Розчинником вважається компонент, агрегатний стан якого такий самий, як і агрегатний стан розчину. Поділ це досить умовно, а для речовин, що змішуються в будь-яких співвідношеннях (вода та ацетон, золото та срібло), не має сенсу. У цьому випадку розчинником вважається компонент, що знаходиться в розчині у більшій кількості.

45 )Розчини - однорідна багатокомпонентна система, що складається з розчинника, розчинених речовин та продуктів їх взаємодії.

За агрегатним станом розчини можуть бути рідкими (морська вода), газоподібними (повітря) або твердими (багато сплавів металів).

Розміри частинок у дійсних розчинах - менше 10-9 м (порядку розмірів молекул).

Ненасичені, насичені та перенасичені розчини

Якщо молекулярні або іонні частинки, розподілені в рідкому розчині, присутні в ньому в такій кількості, що за цих умов не відбувається подальшого розчинення речовини, розчин називається насиченим. (Наприклад, якщо помістити 50 г NaCl у 100 г H2O, то при 200C розчиниться лише 36 г солі).

Насиченим називається розчин, який знаходиться в динамічній рівновазі з надлишком розчиненої речовини.

Помістивши в 100 г води при 200 ° C менше 36 г NaCl ми отримаємо ненасичений розчин.

При нагріванні суміші солі з водою до 1000C відбудеться розчинення 39,8г NaCl 100г води. Якщо тепер видалити з розчину сіль, що не розчинилася, а розчин обережно охолодити до 200C, надлишкова кількість солі не завжди випадає в осад. У цьому випадку ми маємо справу з перенасиченим розчином. Перенасичені розчини дуже нестійкі. Помішування, струшування, додавання крупинок солі може викликати кристалізацію надлишку солі та перехід у насичений стійкий стан.

Ненасичений розчин - розчин, що містить менше речовини, ніж насиченому.

Перенасичений розчин - розчин, що містить більше речовини, ніж насиченому.

У гетерогенних системах розчинником є ​​та речовина, яка знаходиться в тому ж агрегатному стані, що і розчин.

Наприклад: вода+сіль=сольовий розчин

У гомогенних системах розчинником є ​​ТО речовина, якої більше.

Наприклад: вода + спирт = спиртовий розчин.

Процеси розчинення супроводжуються фізичними та хімічними явищами

Фізичні явища:

виділення чи поглинання теплоти

зміна обсягу

Зміна забарвлення

Виділення запаху

Зміна агрегатного стану

Хімічні явища

Зміна концентрації

Зміна речовини

Зміна рН

Класифікація розчинів:

за агрегатним станом

За концентрацією

За розміром частинок розчиненої речовини. (За ступенем десперсності

Справжні розчини (розмір частинок розчину речовини менше 10-7).

Колоїдні розчини (золі) (розмір частинок 10-5см-10-7см).

Стандартні термодинамічні величини.

Величина зміни енергії Гіббса при реакції залежить від температури, атакож від природи та концентрації взятих та одержуваних речовин. Для зручності зіставлення різних реакцій прийнято порівнювати значення G при стандартних умовах, тобто. за однакових концентрацій речовин (чистий стан для індивідуальних речовин); концентрація, що дорівнює 1 моль у 1000 г розчинника (для розчинів); парціальний тиск, що дорівнює нормальному атмосферному тиску, для газів. Стан речовини, що у стандартних умовах, називається стандартним станом.

Термодинамічні величини, що характеризують речовину його стандартному стані, називаються стандартними величинами. Зміни термодинамічних величин при реакції, в ході якої вихідні речовини в стандартному стані перетворюються на продукти реакції, що також перебувають у стандартному стані, називаються стандартними змінами відповідних величин. Стандартні величини та його зміни прийнято позначати з допомогою знака «о». Наприклад, стандартна ентропія позначається символом S°, стандартна зміна ентальпії - ΔН°, стандартна зміна енергії Гіббса - ΔG 0 .

Стандартна зміна енергії Гіббса реакції пов'язана з константою рівноваги реакції рівнянням:

ΔG 0 = - 2,3RTlgK p (19)

При підстановці значення R = 8,314 Дж/(моль К) величина ΔG 0 виразиться формулою ΔG 0 = - 2,3 8,314T lg К = - 19,15 T lg Кр, Дж/моль

ΔG 0 = - 0,01915Т lg Кр , кДж/моль (20)

Це рівняння дає можливість, знаючи ΔG 0 обчислювати константу рівноваги і, навпаки, за експериментально знайденим значенням константи рівноваги визначати ΔG 0 реакції. Воно справедливе для будь-якої температури, але частіше застосовується для 25 ° С (298 К); ця температура приймається як стандартна. Температура вказується у своїй нижнім індексом

ΔG 0 293 = - 0,01915 298 lg До 298 , кДж/моль

Або ΔG 0293 = - 5,71 lg До 298 (21)

При обчисленні стандартних змін ентальпії та енергії Гіббса реакцій зазвичай використовують стандартні ентальпії та енергії Гіббса утворення речовин. Ці величини є ΔН 0 293 і ΔG 0 293 реакцій утворення даної речовини з простих за стандартних умов. При цьому якщо елемент утворює кілька простих речовин, то береться найбільш стійке з них (за даних умов). Ентальпія освіти та енергія Гіббса освіти найбільш стійких простих речовин приймаються рівними нулю.

Відповідно до закону Гесса, стандартна зміна ентальпії реакції(скорочено: стандартна ентальпія реакції) дорівнює сумі стандартних ентальпій утворення продуктів реакції за вирахуванням суми стандартних ентальпій утворення вихідних речовин.Аналогічно стандартна зміна енергії Гіббса реакції (скорочено: стандартна енергія Гіббса реакції) дорівнює сумі стандартних енергій Гіббса утворення продуктів реакції за вирахуванням суми стандартних енергій Гіббса утворення вихідних речовин. При цьому всі підсумовування проводяться з урахуванням числа молей речовин, що беруть участь у реакції, відповідно до її рівняння.

У цьому та деяких інших довідниках наводяться значення стандартної ентальпії освіти ( ΔН 0298) та стандартної ентропії (S°) речовин. Для обчислення стандартної енергії Гіббса освіти ( ΔG 0 298обр) речовини слід попередньо обчислити стандартну ентропію освіти ( Δ S o 6р) речовини, а потім скористатися формулою

ΔG обр = ΔН обр - TΔS обр

приклад 1.Обчислити ΔН 0298, тепловий ефект при 298 К та постійному тиску та ΔG 0 293 реакції:

Обчислення ΔН 0298та теплового ефекту реакції. Знаходимо у табл. _. ΔН 0 298 Fe 2 O3 (-822,2 кДж/моль) та А1 2 Про 3 (-1676,0 кДж/моль) при 298 К і проводимо алгебраїчне підсумовування:

ΔН 0298 = - 1676,0 - (-822,2) = - 853,8 кДж

Оскільки зміна ентальпії реакції дорівнює за величиною, але назад за знаком її теплового ефекту при постійних, температурі і тиску, то термохімічне рівняння реакції запишеться таким чином: Fe 2 O 3 + 2A1 = А1 2 Про 3 + 2Fe + 853,8 кДж.

При низьких температурах знак зміни ентальпії реакції може бути орієнтовного визначення можливого напрями реакції. Отримане для аналізованої реакції негативне значення ΔН 0 вказує на можливість її мимовільного перебігу за досить низьких температур; при цьому велике абсолютне значення ΔН 0298 дозволяє з достатньою ймовірністю припускати, що в умовах, не дуже відрізняються від стандартних, ця реакція теж може протікати в прямому напрямку.

Обчислення ΔG° 298 реакції . Знаходимо в табл. ΔG o 6 p Fe 2 O 3 (-740,3 кДж/моль) і А1 2 Оз (-1582 кДж/моль) при 298 К і проводимо підсумовування: ΔG° 298 = - 1582 - (-740,3) = - 831,7 кДж

Отримане негативне значення ΔG° 298 підтверджує висновок, зроблений на основі оцінки ΔН 0298 реакції. Близькість знайдених значень ΔН 0298 і ΔG° 298 пов'язана, зокрема, з тим, що при перебігу аналізованої реакції не змінюється кількість молекул газів (у нашому прикладі ні вихідні речовини, ні продукти реакції не є газами). При зміні числа молекул газів може істотно змінюватися ентропія системи (перехід у газоподібний стан супроводжується сильним зростанням молекулярного безладдя!), внаслідок чого значення ΔG° 298 і ΔН 0 298 можуть не тільки помітно відрізнятися за величиною, але навіть мати різні знаки (див. Приклад 2). Тому в подібних випадках знак ΔG° 298 не може бути певним критерієм напряму мимовільного перебігу реакції.

Велике абсолютне значення ΔG° 298 , знайдене для аналізованої реакції, дозволяє з достатньою ймовірністю говорити про можливість протікання цієї реакції в прямому напрямку не тільки за стандартної температури (25 °С), але і за інших температур. У разі малих абсолютних значень ΔG° 298 також для реакцій, що протікають із зміною числа молекул газів, такого висновку робити не можна; у подібних випадках потрібно знати залежність ΔG° 298 від температури.

приклад 2.Обчислити ΔН 0 298 тепловий ефект при 298 К і постійному тиску і ΔG° 298 реакції: СuО + С = Сu + СО

ОбчисленняΔН 0298 реакції.Знаходимо у табл. 7. ΔН 0 298 СuО (-162,0 кДж/моль) та СО (-110,5 кДж/моль) при 298 К і проводимо підсумовування: ΔН 0 298 = -110,5-(-162,0) = 51 ,5 кДж

Таким чином CuO + C = Cu + CO - 51,5 кДж

Отримане значення ΔН 0298 позитивно, але мало по абсолютній величині. Тому воно не може служити критерієм напрямку протікання реакції навіть при невисоких температурах, тим більше, що в цьому випадку в результаті реакції змінюється число молекул газів.

ОбчисленняΔG° 298 реакції.Знаходимо у табл. _. ΔG° 298 обр СuО (-129,4 кДж/моль) і СО (-137,1 кДж/моль) при 298 К і проводимо підсумовування: ΔG° 298 = - 137,1 - (-129,4) = - 7 ,7 кДж

Отримане значення ΔG° 298 теж мало абсолютної величини, але негативно. Воно вказує на можливість протікання реакції в прямому напрямку за стандартних умов, але не дає підстав для висновків про її напрям за умов, що відрізняються від стандартних.

У цьому прикладі різні знаки ΔН 0 298 та ΔG° 298 пояснюються зростанням у ході реакції числа молекул газів і пов'язаним із цим збільшенням ентропії. Саме тому виявляється можливим мимовільне перебіг ендотермічної реакції відновлення міді.

приклад 3.Обчислити константу рівноваги реакції:

NH 3 + HC1 = NH 4 C1

Насамперед, визначимо ΔG° 298 реакції. Для цього знаходимо у табл. _. ΔG° 298 NH 3 (-16,7 кДж/моль), HCI (-94,8 кДж/моль) і NH 4 CI (-203,2 кДж/моль) при 298 К і проводимо підсумовування:

AG ° 98 = - 203,2 - (-16,7 - 94,8) = - 91,7 кДж

Тепер знайдене значення ΔG ° 298 підставляємо в рівняння Отримуємо: -91,7 = - 5,71 1g До 298, Звідси 1g До 298 = 16; тобто До 298 = 1016

Велике значення знайденої нами константи показує, що за стандартної температури рівновагу

NH 3 + HC1 ↔ NH 4 CI

сильно зміщено праворуч; інакше кажучи, за стандартних умов хлорид амонію - стійка сполука.

Таблиця _.

Стандартна ентальпія освіти та стандартна енергія Гіббсу утворення деяких речовин при 298 К (25 °С)

Скорочені позначення агрегатного стану речовин: г-газоподібний, ж - рідкий, до - кристалічний.

Поточна версія сторінки поки не перевірялася

Поточна версія сторінки поки не перевірялася досвідченими учасниками і може значно відрізнятися від перевіреної 30 травня 2015 року; перевірки вимагають.

Єдина термінологія, що стосується термодинамічних величин, відсутня. Одна і та ж фізична величина може називатися термодинамічної координатою, величиною, змінною, параметром, функцією або просто властивістю залежно від контексту та ролі, яку вона виконує у тому чи іншому термодинамічному співвідношенні . Для деяких понять та термінів є рекомендації ІЮПАК та збірник визначень, рекомендованих АН СРСР для застосування у науково-технічній літературі, навчальному процесі, стандартах та технічній документації.

Схема, заснована на збірнику визначень та книзі, демонструє один із можливих варіантів класифікації термодинамічних величин:

Під станом термодинамічної системирозуміють сукупність її властивостей. Усі фізичні та фізико-хімічні змінні, що використовуються для опису макроскопічних властивостей термодинамічної системи, що не залежать від передісторії системи (від того, яким шляхом система прийшла в поточний стан), тобто повністю визначені станом системи в даний момент часу, називають термодинамічні змінні стани (параметрами стану , функціями стану ).

Стан системи називають стаціонарним, якщо параметри системи з часом не змінюються. Стан термодинамічної рівноваги є окремим випадком стаціонарного стану. Будь-яку зміну стану системи називають термодинамічний процес. У будь-якому процесі обов'язково змінюється хоча б одна змінна стан. Безперервну послідовність станів, що змінюють один одного при переході системи з вихідного стану в кінцевий, називають шляхом процесу .

Оскільки одна і та ж змінна стани в різних завданнях може виступати і як незалежна змінна, і як функція інших незалежних змінних, терміни «функція стану», «параметр стану» та «змінна стани» іноді розглядають як синоніми і називають функцією стану будь-яку змінну стану , не проводячи необхідного математикою розмежування між функцією , її аргументами і числовими коефіцієнтами, що входять в дефініцію функції.

Змінні стани пов'язані між собою рівняннями стану (термічним та калоричним) та іншими співвідношеннями (наприклад, рівнянням Гіббса - Дюгема), тому для однозначної характеристики стану системи виявляється достатнім знання лише небагатьох величин, які називаються незалежними змінними станами. Інші змінні стани є функції незалежних змінних - функції стану - і визначені однозначно, якщо задані значення їх аргументів. При цьому для багатьох завдань не має значення, чи відомі конкретні рівняння стану системи, що вивчається; важливо лише те, що відповідні залежності завжди реально існують. Число незалежних змінних станів залежить від природи конкретної системи, а вибір їх досить довільний і пов'язаний з міркуваннями доцільності. Після того, як вибір зроблено, набір змінних, що використовується, вже не можна довільно змінювати по ходу завдання. Значна частина математичного апарату класичної термодинаміки (у тому числі застосування якобіанів та перетворення Лежандра) якраз присвячена вирішенню проблеми заміни змінних та переходу від одного набору незалежних змінних до іншого.

а в термічному рівнянні стану фотонного газу обсяг взагалі не фігурує:

Справедливе і зворотне твердження: якщо зміна термодинамічної величини в циклі дорівнює нулю, то ця величина – змінна стан .

Абстрактний простір, утворений для закритої термодеформаційної системи трьома змінними станами, два з яких незалежні, а третя є їхньою функцією, називають термодинамічним. простором станів (термодинамічний простір). Змінні P-V-T-простору станів пов'язані термічним рівнянням стану

відповідним термодинамічної поверхні- геометричному місцю фігуративних точок, що відображають стан системи у термодинамічному просторі . Процесу у просторі станів відповідає лінія, що лежить на цій поверхні.

Деякі автори мають на увазі, що термодинамічний простір утворюють тільки незалежні змінні , тобто він у розглянутому нами випадку не тривимірно, а двовимірно і є термодинамічний діаграму стану- Плоску проекцію тривимірної термодинамічної поверхні на одну з трьох координатних площин. Кожному стану системи оборотно і однозначно відповідає точка на діаграмі стану , а термодинамічного процесу - лінія, яка на P-V-діаграма носить назву ізотерми, P-T-діаграмі - ізохори, на V-T-діаграмі - ізобари. Якщо діаграму стану нанесені ізолінії , то процес зображують відрізком ізотерми, ізохори або изобары.

Тривимірне зображення термодинамічної поверхні гетерогенної системи зветься об'ємної фазової діаграми (просторової фазової діаграми, тривимірної фазової діаграми, тривимірної діаграми стану ):

Проекція термодинамічної поверхні гетерогенної системи P-T-координатну площину є фазову діаграмутобто діаграму стану з нанесеними на неї лініями фазової рівноваги:

У термодинаміці змінні стану розбивають на два класи - на ті, які мають певне значення в кожній точці, і ті, які мають сенс тільки для системи в цілому або її частин кінцевих розмірів і мають властивість адитивності за розміром. Адитивність змінної стану означає, що її значення можна підсумовувати, отже значення змінної системи дорівнює сумі значень цієї змінної всім частин системи.

Змінні стани однорідної системи, які залежать від її розмірів, називають інтенсивними. Термодинаміка розглядає будь-яку інтенсивну величину як локальну макроскопічну змінну, що має цілком певне значення у кожній точці системи . Інтенсивними термодинамическими змінними є, наприклад, тиск, температура, хімічний потенціал, концентрація, щільність, мольні та питомі величини.

Екстенсивнийназивають змінну стану, що задається глобальнотобто залежну від розмірів системи і характеризує не задану точку простору, а деяку кінцевих розмірів частина системи або систему в цілому. Оскільки екстенсивні змінні мають властивість адитивності, терміни «екстенсивний» і «адитивний» стосовно змінних стану зазвичай розглядають як синоніми. Адитивність екстенсивної змінної означає, що ця змінна допускає дефініцію для будь-яких термодинамічних систем, включаючи неоднорідні (які завжди можна розбити на однорідні частини, якщо спочатку вимога однорідності розглядалася як необхідна при введенні змінної, що розглядається).

Прикладами екстенсивних параметрів є обсяги, маси речовин, внутрішня енергія, ентропія, термодинамічні потенціали.

На властивості адитивності екстенсивних величин заснований метод їх виміру шляхом порівняння з еталоном. Вимір інтенсивної величини спочиває використання зв'язку між змінами інтенсивної величини, з одного боку, і змінами відповідної екстенсивної величини, з іншого боку . Для вимірювання температури рідинним термометром як таку екстенсивну величину можна використовувати об'єм спирту або .

З точки зору термінології про будь-який розчин однаково правильно говорити як про гомогенну систему і як про однофазну систему, а про кубики льоду у воді - як про гетерогенну систему і як про двофазну систему. Вибір найбільш відповідного терміна залежить від постановки завдання, оскільки розходження в термінах «термодинамічна система» і «термодинамічна фаза» відображає різницю в підходах до опису системи і фази. Під станом фази розуміють набір використовуваних її опису інтенсивних змінних . Такі інтенсивні величини, як щільність, теплоємність, коефіцієнт термічного розширення та ін характеризують термодинамічні властивості індивідуальної речовини або розчину, що утворює фазу. Саме поняття термодинамічної фази було введено Гіббсом з метою «мати термін, який відноситься тільки до складу і термодинамічного стану тіла і для якого не має значення його величина або його форма».

Для завдання термодинамічного стану системи, тобто усієї сукупності її властивостей, недостатньо знання властивостей фаз, що утворюють цю систему: у наборі незалежних змінних системи має бути представлена ​​хоча б одна екстенсивна величина, наприклад, об'єм або маса системи.

Число незалежних інтенсивних змінних, необхідних для завдання стану всіх фаз системи, називають варіантністю системи. Число незалежних змінних, необхідні завдання стану системи з урахуванням мас всіх її фаз, називають повною (загальною) варіантністю системи. Варіантність та повну варіантність системи знаходять за допомогою правила фаз Гіббса.

Нижче перераховані деякі узагальнені координати та сили:

Запишемо для рівноважної однорідної термодинамічної системи без поділу природних незалежних змінних внутрішньої енергії на ентропію, узагальнені координати та маси компонентів

назвемо термодинамічні потенціали взаємодії. З використанням координат стану та потенціалів отримуємо диференціальну форму фундаментального рівняння Гіббса в енергетичному вираженні в наступному вигляді:

Приймаючи до уваги, що термічна координатає ентропія, термічний потенціал- Абсолютна термодинамічна температура, деформаційна координата флюїду- Об `єм , деформаційний потенціал флюїду- Тиск з негативним знаком, для закритої термодеформаційної системи отримуємо основне рівняння термодинаміки в традиційному вигляді:

Терміни «термодинамічні координати стану» та «термодинамічні потенціали взаємодії» використовує запропонована А. А. Гухманом система побудови та викладу термодинаміки. Відмова від традиційної термінології та звернення до нового понятійного апарату дозволяє системі Гухмана уникнути колізій, пов'язаних із нетрадиційним використанням усталених термінів.

Іноді змінні стани ділять на зовнішні, що характеризують навколишнє середовище і не залежать від стану системи, що розглядається, і внутрішні, що характеризують систему , що вивчається . Інша дефініція ототожнює зовнішні змінні з узагальненими термодинамічних координат. Наступна дефініція ототожнює зовнішні змінні (обсяг, ентропію та масу системи) з термодинамічних координат стану . Відповідно до чергової дефініції зовнішні змінні (обсяг, напруженість силового поля та ін.) є змінні стани, що характеризують систему, але оцінюються через стан довкілля. Інакше кажучи, вони являють собою функції характеристик навколишнього середовища (функції координат зовнішніх тіл), що залежать від того, де проведена межа між системою та зовнішнім середовищем (зовнішніми тілами), та від умов, у яких знаходиться система, так що в різних ситуаціях одна і та ж величина може виступати в ролі як зовнішньої, так і внутрішньої змінної. Наприклад, при фіксованому положенні стінок судини об'єм флюїду є зовнішньою змінною, а тиск - внутрішньою; в інших умовах, коли система знаходиться в циліндрі з рухомим поршнем під постійним тиском, то вже тиск буде зовнішньою, а об'єм - внутрішньою змінною (обсяг твердого тіла - внутрішня змінна, бо він не залежить від властивостей оточуючих тіл). Умовність поділу змінних стану на зовнішні і внутрішні очевидна: розглянуту систему і навколишнє середовище завжди можна розглядати як частину єдиної розширеної системи, що складається з системи, що вивчається, і навколишнього її середовища, і для такої розширеної системи всі цікаві для нас змінні стани можна вважати внутрішніми.

Відомі й інші, крім перерахованих, трактування терміна «зовнішня змінна». Відсутність загальноприйнятого тлумачення ускладнює використання ставлення до зовнішніх змінних.

Температуру системи зазвичай відносять до внутрішніх змінних, але іноді її зараховують до змінних зовнішніх.

Зовнішні змінні важливі для тих способів побудови/викладу термодинаміки, в яких термодинамічну систему розглядають як чорну скриньку: змінюючи зовнішні змінні (безпосередньо пов'язані з здійснюваною системою - або над системою - роботою

Внутрішня енергія (U, кДж/моль)-повна енергія системи, що дорівнює сумі кінетичної, потенційної та інших видів енергії всіх частинок цієї системи. Це функція стану, збільшення якої дорівнює теплоті, отриманої системою в изохорном процесі.

Робота (А, кДж/моль)-енергетичний захід спрямованих форм руху частинок у процесі взаємодії системи з довкіллям.

Теплота (Q кДж/моль) – енергетичний захід хаотичних форм руху частинок у процесі взаємодії системи з навколишнім середовищем.

Перший закон термодинаміки (Q= U+A)-теплота, підведена до закритої системи, витрачається збільшення внутрішньої енергії системи і здійснення системою роботи проти зовнішніх сил довкілля.

Ентропія (S, Дж/моль . до S = Q (т)) - функція стану, характеризує міру невпорядкованості системи, тобто. неоднорідності розташування та руху її частинок, збільшення якої дорівнює теплоті, підведеній до системи в оборотному ізотермічному процесі, поділеної на абсолютну температуру, при якій здійснюється процес.

Ентальпія (Н, кДж/моль, Н = U + P V) - функція стану, що характеризує енергетичний стан системи в ізобарних умовах.

Ентальпія реакція (Н р-ції, кДж/моль) - кількість теплоти, що виділяється або поглинається при проведенні хімічних реакцій в ізобарних умовах.

Стандартний стан-найстійкіша форма при заданій температурі (зазвичай 298 К) і тиску 1атм.

Стандартні умови (с.у)-тиск: 101325 Па = 1атм = 760мм рт.ст; температура: 25 0 С»298к; n(х) = 1моль.

Стандартна ентальпія утворення простих речовин [Н 0 обр298 (речовина, агрегатний стан),кДж/моль]-при с.у.приймається рівною нулю для простих речовин у їх найбільш термодинамічно стійкому агрегатному та алотропному станах.

Стандартна ентальпія утворення складних речовин

[Н 0 згор (Х),кДж/моль]-ентальпія згоряння (окислення) 1моль речовини до вищих оксидів серед кисню при с.у.

Ентальпія розчинення (H р-ня, кДж/моль) – тепловий ефект розчинення твердої речовини в ізобарних умовах.

Енергія Гіббса (G, кДж/моль) – вільна енергія, узагальнена термодинамічна функція стану системи, що враховує енергетику та невпорядкованість системи в ізобарних умовах.

Запитання для самоконтролю

1. Поняття про хімічну термодинаміку: структура, термодинамічні системи (ізольована, закрита, відкрита).

2. Гомогенна та гетерогенна системи; реакції, які у цих системах.

3. Перелічувати властивості системи, якими визначається її стан.

4. Дати визначення та охарактеризувати функції стану системи.

5. Розкрити змістове значення таких понять: внутрішня енергія, робота, теплота, ентропія, перший закон термодинаміки, ентальпія, ентальпія реакції, стандартний стан, стандартні умови, енергія Гіббса.

6. Закон Гесса та основні наслідки з нього.

8. Розв'яжіть задачу, визначте калорійність харчового продукту масою 350 г, що містить 50% води, 30% білків, 15% жирів та 5% вуглеводів.

9. Користуючись довідковими даними, обчисліть кількість теплоти, яка виділиться при окисленні глюкози масою 90 г при с.

10. Використовуючи довідкові дані, визначте тепловий ефект реакції синтезу діетилового ефіру, що застосовується в медицині для наркозу, при 298 К.