Principiul 0 al termodinamicii
Doua corpuri sunt in echilibru termic daca au o aceeasi proprietate numita temperatura.Principiul I al termodinamicii
Energia unui sistem izolat se conserva.Pentru exprimarea matematica a acestui principiu se definesc:
U= energia interna = suma tuturor energiilor de translatie, rotatie, vibratie a moleculelor, a energiilor de legatura intermoleculare, gravitationala etc.
Energia interna nu poate fi determinata in valoare absoluta, evolutia unui sistem fiind caracterizata de variatia de energie interna ΔU.
Q= cantitatea de caldura schimbata de sistem; prin conventie se considera pozitiva caldura primita de sistem si negativa cea cedata.
L= lucrul mecanic efectuat/primit de sistem, definit ca:
δL=pdV
Daca sistemul isi mareste volumul – efectueaza lucru mecanic asupra exteriorului dV este pozitiv si L este pozitiv; la micsorarea volumului, asupra sistemului se efectueaza lucru mecanic, dV este negativ si, in consecinta, L este negativ.
Expresia matematica a pricipiului I este: ΔU=Q-L
cresterea energiei interne ( ΔU>0 ) fiind rezultatul primirii de caldura din exterior (Q>0) sau/si al primirii de lucru mecanic (L<0 br="">
Pentru o transformare ciclica ( starea initiala=starea finala) :
ΔU=0
Pentru o transformare adiabatica – fara schimb de caldura cu exteriorul:
Q=0 si ΔU= -L
Pentru o transformare izocora dV=0 si deci L=0, iar ΔU=Qv
Pentru o transformare izobara p=ct si:
dU=δQ-pdV
Prin integrare intre starea 1 si 2 se obtine:
U2-U1=Qp+pV1-pV2
Qp=(U2+pV2) – (U1+pV1)
Marimea H=U+pV se numeste entalpia sistemului si este o functie de stare.
Semnificatia fizica a entalpiei este caldura schimbata de sistem la presiune constanta intr-un proces:
Qp=ΔH
Ca si energia interna U, entalpia H nu poate fi determinata in valoare absoluta; pot fi determinate doar variatii ale entalpiei ΔH.
Entalpia se masoara in J/mol, kJ/mol.
Entalpia poate fi pozitiva in cazul unui proces endoterm (caldura primita de sistem Q>0) sau negativa in cazul unui proces exoterm ( caldura cedata de sistem).
Se defineste capacitatea calorica C ca fiind caldura schimbata de sistem la o mica schimbare de temperatura dT:
C=δQ/dT
Pentru o transformare izocora:
Cv=dU/dT
Pentru o transformare izobara:
Cp=dH/dT
Principiul I al termodinamicii- aplicatii
Entalpia de reactie reprezinta efectele termice inregistrate la desfasurarea reactiilor la presiune constanta.
Functie de natura reactiei au fost definite entalpii de formare, neutralizare, ardere etc.
Entalpia de formare reprezinta caldura primita/ eliberata la formarea unui mol de substanta din elemente la presiune constanta.
Entalpia de formare a elementelor, in stare standard, la 25 grade C si 1 atmosfera, este considerata zero.
La formarea apei din elemente in conditii normale:
H2 + 1/2O2 →H2O (g) ΔH=-241.6KJ/mol
H2 + 1/2O2 →H2O (l) ΔH=-285.5KJ/mol
In mod evident, variatia de entalpie depinde de starea finala a reactantilor.
Diferenta dintre cele doua entalpii de formare a apei o reprezinta caldura latenta de vaporizare.
Principiul I al termodinamicii- aplicatii
Pentru o reactie chimica:A+B→C+D
Entalpia de reactie in conditii normale este diferenta dintre entalpiile de formare ale produsilor de reactie (C si D) si cele ale reactantilor (A si B):
Legea lui Hess
Efectul termic al unei reactii desfasurate la presiune sau volum constant depinde numai de starea initiala si finala a sistemului.Dupa cum am vazut:
Qv = ΔU
Qp=ΔH
atat U si H sunt functii de stare
Q14=Q12+Q23+Q34=Q15+Q54
Legea Lavoisier – Laplace
Efectul termic al unei reactii de descompunere este egal si de sens opus cu cel al reactiei de combinare corespunzatoare:
ΔHdesc = - ΔHcomb
Legea Kirchoff
Principiul II al termodinamicii
Principiul I nu spune nimic despre sensul de desfasurare a proceselor.Astfel, nu exista nici un dubiu referitor la sensul de desfasurare a unor procese ca:
- amestecarea a doua gaze pure – dezamestecul spontan nu s-a constatat niciodata;
- transferul de caldura spontan de la un corp cald catre unul rece;
- C+O2→CO2 , nu si invers
Un sistem izolat ce a suferit o evolutie nu mai poate reveni la starea initiala.
In sistemele izolate orice proces decurge in sensul cresterii entropiei S.
Entropia S este o functie de stare definita ca fiind:
dS=δQ/T
Expresia matematica a principiului II este:
dS≥0 in sisteme izolate cu:
dS>0 pentru procese ireversibile
dS=0 pentru procese reversibile.
Principiul II al termodinamicii
Entropia reflecta gradul de dezordine a sistemului si este definita pentru procesele reversibile:
S=KlnW
unde W este numarul de microstari posibile ale sistemului
Echilibrul unui sistem izolat este caracterizat de S=maxim ( tendinta sistemelor izolate este de a evolua catre stari cu dezordine maxima).
Entropia unei substante creste in ordinea: solid→lichid →gaz
Pentru procese izobare si reversibile:
dS=δQ/T=dH/T=(dH/dT)(dT/T)=Cp dT/T
Principiul III al termodinamicii
Principiul III al termodinamicii enunta ca pentru substantele cristalizate entropia este S= 0 la 0K.Entropia este o marime ce se poate determina in valoare absoluta, spre deosebire de energia interna sau entalpie.
0 comentarii:
Trimiteți un comentariu