Ал Б денесі үшін - 1Химиялық термодинамика. Термодинамиканың бірінші заңы және оның қолданылуы. Гесс заңы және оның... Клаузиус- Клапейрон теңдеуі. Рауль заңы Учебный сайт
Учебные материалы


Ал Б денесі үшін - 1Химиялық термодинамика. Термодинамиканың бірінші заңы және оның қолданылуы. Гесс заңы және оның...



бет2/3Дата17.04.2016өлшемі0.72 Mb.

:

arm -> upload -> umk
umk -> Әдістемелік нұсқаудың титулдық парағы
umk -> Дәрістердің тірек конспектісі
umk -> Ф со пгу 18. 2/05 Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
umk -> Пән бойынша оқыту бағдарламасының (Syllabus) титулдық парағы
umk -> БАҒдарламасы (Syllabus) pkya 2204 «Кәсіби қазақ тілі»
umk -> Бейнелеу өнерін оқыту әдістемесі» пәні бойынша 5В107000– «Бейнелеу өнері және сызу мамандығының студенттеріне арналған пәнді зерттеу әдістемесі арналған тапсырма
umk -> Лекционный комплекс
umk -> 1 Пәннің мақсаты мен міндеттері, және оқу үрдісінде алатын орны Пәннің мақсаты
umk -> ЖҰмыс бағдарламасы қазақ журналистикасының тарихы 5В050400 «Журналистика» мамандығының студенттеріне арналған Павлодар
umk -> Әдістемелік ұсыныстар мен нұсқаулардың; әдістемелік ұсыныстардың; әдістемелік нұсқаулардың титул парағы

Ал Б денесі үшін:



S- S= Q/TБ
Мұндағы 1 және 2-денелердің бастапқы және соңғы жағдайларын көрсетеді. Ал жүйедегі энтропияның жалпы өзгерісін былай жазамыз:
(S+ S) – (S1A+ S)= Q( TA- TБ)/ TATБ (41)
S > 0 болғандықтан теңдеудің оң жағындағы өрнек нөлден үлкен болады, яғни:
(S+ S) – (S1A+ S)= Q( TA –TБ)/ TATБ> 0 (42)
Теңдеудегі (S2А+ S2Б)- жүйенің соңғы жағдайын, ал (S1A+ S1Б) жүйенің бастапқы жағдайын көрсетеді. Теңдеудің оң жағы нөлден үлкен болса, сол жағы да нөлден үлкен, яғни S2А+ S2Б> S1A+ S1Б, олай болса бұл мысалдан жылу өту процесінде ∆S > 0. Өздігінен жүретін процестерде энтропияның артатынын көреміз.

Бұдан кез келген өздігінен жүретін процесс (сондай-ақ қайтымсыз процесс) оқшауланған жүйеде жүргенде энтропия өседі деуге болады, ал тепе-теңдік энтропияның ең үлкен (max) шамасымен сипатталады. Олай болса энтропияны оқшауланған жүйеде процестің өздігінен жүретін мүмкіндігінің көрсеткіші (критериясы) ретінде алуға болады

Жүйедегі ретсіздіктің сандық мәнің энтропия анықтайды, оны S әрпімен белгілейміз. Ол арқылы жүйенің макроскопиялық күйін мына теңдікпен анықтауға болады:
S = klgW (43)
мұндағы: k – пропорционалдық коэффициент, W- жүйе күінің ықтималдығы.

Энтропия жүйе қүінің ықтималдығының логарифмдік өрнектелуі


S = R lgW= 2,303 R lgW (44)

Мұндағы, R – газ тұрақтысы, W- жүйе күінің ықтималдығы.

Өте дұрыс құрастырылған кристалдар ең аз энтропияға ие. Құрылымында қателіктері бар кристалдың энтропиясы абсолютті нөлде бірнеше шамаға көп, себебі өте дырыс құрылымды бірнеше жолмен бұзуға болады. Температураның жоғарлауымен энтропия өседі, себебі бөлшектердің қозғалысының жылдамдығы артады, сондықтан олардың орналасу күйінің саны өседі. Заттың кристал күйден сұйық күйге және сұйық күйден газ күйіне өткенде энтропия жоғарлайды. Химиялық реакция кезінде энтропия өзгереді. Молекулалар санының өзгерісіне әкелетін реакциялар кезінде энтропия өзгерісі өте жоғары: газ молекулаларының санының артуы энтропияның азаюына әкеледі.

Ішкі энергия және энтальпия сияқты энтропия да жүйенің күйіне тәуелді. Бірақ осы екі функциядан айырмашылығы жылу мен энтропия өзгерісінің байланысы процестің жүру тәсіліне, яғни оның жылдамдығына тәуелді.

Айтылғандай кез келген процесте жылу мен істелінген жұмыс арасындағы айырмашылық әр түрлі болуы мүмкін. Осы шамалардың айырмашылығы жүйенің ішкі энергиясының өзгерісіне тең процестің жүру жолына тәуелді емес. Процесс тез жүрсе жұмыс аз болады, ал баяу жүрсе жұмыс артады. Процесті өте баяу жүргізіп, яғни өте баяу қадамдармен тепе-теңдіктің бір күйінен келесі күйге өткізгенде жұмыс максималды мәніне ие болады. Термодинамикалық процестер қайтымды немесе қайтымсыз деп аталады.

Егер процесс қайтымды болса және тұрақты температурада (изотермиялық) жүрсе, онда энтропияның өзгерісі жылу сіңіру теңдігімен байланысты:


dS = õQ/T (44)
мүндағы: Q– қайтымды изотермиялық процесте жүйенің сіңірген жылу мөлшері; Т – абсолютті температура.

Температурасы төмендеген сайын белгілі бір мөлшерде жылуды сіңірген жүйенің энтропиясы өседі. Оны біз соңғы теңдіктен көре аламыз.

Осы теңдіктің көмегімен, мысалы, тұрақты қысымдағы және заттардың қайнауындағы энтропияның өзгерісін анықтауға болады.

Энтропияның өзгеруіне қажетті екі түрлі есеп болуы мүмкін.

1.Өздігінен жүретін процесс бола ма деген сұраққа жауап беретін есептер. Оқшаулық жүйеде энтропияның өзгеруін жүйенің бастапқы және соңғы жағдайдағы энтропияларының айырмасы ретінде табады:
S= Sсоңғы Sбаст
Егер ∆S > 0 болса, онда процесс өздігінен жүретін болғаны;

егер ∆S ≤ 0 болса, онда процесс жүрмейді.

Оқшауланбаған жүйеде энтропияның жалпы өзгеруі (∆Sж) жүйе энтропиясының өзгеруінен (∆SЖ) және жылу көзінен (∆Sж.қ.) тұрады:
Sж=∆Sжүйе+∆Sж.қ..
2. Тек энтропияның өзгеруін ғана есептейтін есептер. Мұндай жағдайда есептелген энтропияның шамасы оң, теріс және нөлге тең болуы мүмкін. Жүйенің өздігінен жүру мүмкіндігін тек оқшауланған жүйелер жағдайында ғана шешуге болатынын айта кеткен жөн.

Қайтымды процестер жылуларының мәліметтері бойынша энтропияның өзгеруін есептеу мынадай өрнек арқылы жүргізіледі:


S = ∫Qқ-ды(45)

Тенденцияның ішкі энергиясының азаюына және жүйенің ықтимал күйіне жетуіне әсер ететіндей, термодинамикада реакцияның жүру бағытына әсер ететін функцияларды енгізуге болады. Кез келген реакцияда осындай функцияның таңбасының өзгерісі реакцияның өзгерісі мен жүру ықтималдығының критериясы болады. Тұрақты қысымда, яғни изотермиялық реакцияда жүретін ондай функция Гиббс энергиясы G болады. Ол изобара-изотермиялық потенциал, изобарлық потенциал немесе тұрақты қысымдағы бос энергия деп те аталады.

Гиббс энергиясы, энтальпия, энтропия және температурамен байланысты:
G = H – T∆S
Егер реакция тұрақты қысымда және температурада жүрсе (процесс изобара –изотермиялық деп аталады), онда осы реакциядағы Гиббс энергиясының өзгерісі мынаған тең:
G = H – TS (46)
Қайтымды және изотермиялық процесс кезінде G осы процесс кезінде жүйе істейтін максималды пайдалы жұмысқа тең.
G = – А

Пайдалы жұмыс деп процесс кезінде барлық жасалған жұмысты айтады.

Осыдан, тұрақты температура мен қысымда реакция өздігімен Гиббс энергиясы азайған жаққа жүреді. Себебі: G қарама-қарсы таңбамен алынған процестегі пайдалы жұмысқа тең, өзгеше:

Егер реакция энергиясымен пайдалы жұмыс жасау мүмкін болса, онда ол реакция өз бетімен жүре алады.

Төмен және жоғары температурадағы реакцияның бағытын анықтау үшін Гиббс энергиясын өлшеуге шамаланған теңдікті қолдануға болады. Төмен температурада T көбейткіш аз және TS абсолют мәні де аз. Бұл жағдайда жылу эффектісі бар реакцияда |H | >> | TS |. Онда
G = H – TS
TS – өте аз болғандықтан:
G H (49)
Жеткілікті жоғары температурада ( Т көбейткіш көп болған жағдайда ) керісінше:
|H | << | TS | (50)
Бұдан H мәні аз болғандықтан:
G – TS (51)

Бұл жуықтап алынған теңдіктер төмен температурадағы реакцияның өздігімен жүру бағытының критериясын, яғни реакцияның жылу эффектісін, ал жоғары температурада энтропия өзгерісін көрсетеді, яғни бұл деген төмен температурада өздігімен экзотермиялық реакция жүре алады, ал жоғары температурада энтропиясы артқан реакциялар жүреді.

Кез келген реакцияның G теріс таңбасы осы реакцияның жүру ықтималдығын көрсетеді. Шынында, мұнда реакция байқалмауы мүмкін. Себебі оның жылдамдығы жеткіліксіз болуы мүмкін, онда шарттың G < 0 орындалуына қарамастан реакция жүрмейді. Сонда реакция жылдамдығын арттыру үшін катализатор керек.
Негізгі теңдеулер мен формулалар:

немесе (52)

S- энтропия. Теңсіздік белгісі кері емес процентерге, ал теңдік белгісі кері процестерге тиісті.



; және немесе изоляцияланған жүйелерге күрделі процестердегі энтропия мәні жеке стадиядағы процестердің айырмашылығына тең.
1.Фазалық өтулердегі (ф.ө.) моль саны үшін:

2.Температура мен көлемнің, көлем мен қысымның немесе температура мен қысымның өзгеруі кезінде
.
3. идеал газдарының араласуы кезіндегі
,
, және ,- моль саны мен бірінші және екінші газ көлемі;

- газдардың соңғы көлемі .

Больцман теңдеуі: , мұнда - Больцман тұрақтысы, - жүйе қүйінің ықтималдығы.

Термодинамикалық потенциалдар- сәйкес процестердің критериялық бағыты.

Изохорлық- изотермиялық ( Гельмгольц энергиясы)





Изобарлы- изотермиялық ( Гиббс энергиясы) потенциал





мұнда және - изохорлы-изотермиялық немесе изобарлы-изотермиялық процестердегі максималды жұмыс.


Гиббс- Гельмгольц теңдеуді.

;

немесе ,

мұнда - стандартты жағдайда анықталатын тұрақты интегралдау.


1мысал. Судың буға -тен дейін қыздырғандағы энтропияның өзгеруін анықта.

, егер

;

Шешуі: Берілген процесс үш стадиядан тұрады:


1. Судың -нен -ге дейін қыздырылуы.
2.-де булануы.
3.Су буының -нен -ге дейін қыздырылуы.








Қосымша сұрақ: Неге булану сатысының энтропия өзгеруінің мәні үлкен?

Жауап: Энтропия- бейберекет өлшем, булану кезінде ол ең үлкен мәнге ие болады.


2-мысал. аргон және мен азотпен , әрекеттескендегі энтропияның өзгеруін анықта. Аргон мен азот идеал газ түрінде алынған.



Шешуі: Жалпы энтропия өзгеруі әрбір элементтің энтропиясының өзгерулерінің қосындысына тең:

Әрекеттесуден кейінгі элементтердің парциал қысымын және деп белгілейік.

Есепті шешу үшін әрекеттесу температурасын табу керек, ал оны мына теңдеу бойынша табамыз:



,

Дальтон заңы бойынша әр газдың парциалды қысымын есептейміз:




есеп. Газдың немесе сұйықтың изотермиялық сығылуы Р1-ден қысым (газды идеал деп, сұйықтың сығымдылығын ескермеу керек)



3-мысал. 10м3 О2 изотермиялық қысымдау кезіндегі изобарлық потенциалдың айырмашылығын есепте. Егер және -дан дейін өзгерсе, газды идеал деп есептеу керек.


Шешуі:



4-мысал. , және . температураға тәуелді емес деп есептеп, -ді тап.

Шешуі:

Гиббс-Гельмгольц теңдеуін қолданып



болғандықтан

осыдан




5-мысал. 298К температура кезіндегі реакциясынан Гиббс энергиясының стандартты өзгеруін есепте.
Шешуі:
Кесте-4

зат










Сd

2AgCl


CdCl2









Көпнұсқалы есептер.

1-есеп. 16кг О2 газы -тан дейін қыздырғандағы энтропияның өзгеруін табыңдар:

а) тұрақты көлемде;

б) тұрақты қысымда.

Оттегі газын идеал газ деп санаңыздар.

2-есеп. 290К және жағдайда 0,0001м3 оттегі 0,0004м3 азотпен араласады. Энтропияның өзгеруін есептеңіз.

3-есеп. Газдың немесе сұйықтың изо

термиялық сығылуы Р1- ден қысым (газды идеал деп, сұйықтың сығымдылығын ескермеу керек) кезіндегі Гибсс энергиясының өзгеруін есептеңіз. (1мольдегі).


Кесте-5

Нұсқа

Газ немесе

сұйықты

V,м3

Сұйықтықтың

тығыздығы

г/см3

Қысым













1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

Оттегі

Азот

Хлор

Сутек

Оттегі

Фосген

Көміртегі оксиді

Күкірт сутек

Төрт хлорлы көміртегі

Анилин

Нитробензол

Хлорбензол

Хлороформ

Бензол

0,005

0,002

0,0023

0,01

0,005

0,01

0,003

0,001

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

1,633

1,039

1,223

1,128

1,526

0,879

0,1013

0,506

1,013

0,506

1,013

1,013

0,813

1,013

1,013

0,506

1,013

1,216

1,013

1,013

1,013

3,04

10,13

5,065

15,20

10,13

2,026

2,026

10,13

4,05

6,078

9,72

8,10

5,065

4-есеп. Берілген химиялық реакциялардан Гиббс және Гельмгольц энергисының стандартты өзгеруін есептеңіздер.

Кесте-6

Нұсқа

Химиялық реакцияның теңдеулері




1.

2.



3.

4.

5.



6.

7.

8.



9.

10.


11.

12.


13.

14.


15.

16.


17.

18.


19.

20.


21.

22.


23.







4 Бір компоненттегі жүйелердегі және ерітінділердегі фазалық тепе-теңдік


Негізгі теңдеулер мен формулалар.

Клаузиус- Клапейрон теңдеуі.



(булану, балқу (возгонка) үшін)
(булану (возгонка) үшін)

мұнда -фазалық өтудің жылуы; - тепе-теңдіктегі фазалар айырымының мольдік көлемі.

Егер онда:



немесе

мұнда -тепе-теңдіктегі фазалардың жылу сыйымдылығының айырмасы.


Рауль заңы

бойынша: ерітінді бетіндегі еріткіштің қанық буы қысымының салыстырмалы төмендеуі ерітіндідегі еріген заттың мольдік үлесіне тең.



немесе (электролит ерітінділері үшін)

мұнда ,-таза ерітіндінің қаныққан буының қысымы,



,-ерітінді мен еріткіш заттардың мольдік бірлігі;

i-изотермиялық коэффициент , мұнда -диссоциация дәрежесі,

V- 1моль заттардың иондарға ыдырау саны.
Рауль заңдарының салдары:

Tқату Кm



m

Мұнда ∆-қату температурасының төмендеуі,



-қайнау температурасының жоғарлауы, т-молярлык концентрация, k-ерітіндінің криоскопиялық const, Е-ерітіндінің эбуллиоскопиялық const.



мұнда ,-таза ерітіндінің қату және қайнау температурасы, тиісінше



,-таза ерітіндінің балқу және булану температурасы, Дж/кг
немесе

мұнда М-еріген заттың молекулалық массасы,



,-еріткіш массасы
Осмостық қысым немесе ,

мұнда С-молярлық концентрация.


1-мысал. кезіндегі ромбылық күкірттің моноклиникалық күкіртке өту температурасы . Мольдік өнімдерінің айырмасы .

Өту жылуы . Қысым - ға көтерілгендегі температураны есептеңіз.

Шешуі: Клаузиус-Клайперон теңдеуінен қысымынан өзгергендегі температураны көрсететін өрнекті табамыз.


,

яғни . Ендеше ромбылық күкірттің моноклиникалық күкіртке өту кезіндегі қысымның жоғарлау әсерінең температура жоғарлайды.


2-мысал. теңдеуінен А және В коэффициентерін есепте.

Шешуі: температураға тәуелді емес деп Клаузиус-Клапейрон теңдеуінің интегралдасақ, мына теңдеуді аламыз

немесе

есепті екі жолмен шешуге болады:

1)

ал

Ендеше


2) Екі теңдеуі бар және екі айнымалысы арқылы шешу арқылы.

3-мысал. 273-7230К интервалында сынап буының қысымы мына теңдеумен өрнектелуі мүмкін:


. кезіндегі булану жылуын табыңыз.
Шешуі:
Теңдеудің екі жағын да 2,3-ке көбейту керек.

Т-мен дифференциалдау керек, содан кейін өрнекті -ге айналдырып, Клаузиус-Клапейрон теңдеуі бойынша


;

;
әрқашан > 0 және температураға байланысты, критериялық температурада .
4-мысал. 300К-дегі 3% глюкоза ерітіндісінің осмостық қысымын тап.
Шешуі:

Молярлық концентрациясын табамыз.


100мл – 3г глюкоза

1000мл – Х г



осыдан


.
Есептер.

1.Сұйық судың меншікті көлемі 1,166мл/г, будың меншікті көлемі 112,6мл/г, судың меншікті булану жылуы -де 457,6 ккал/г болған жағдайда булану процесі үшін температураның қысымға байланысты өзгерісін табыңыз.

2.Этил эфирінің булану жылуы 86,1 ккал/г, қайнау температурасы . Оның 740 мм қысымда қайнау температурасын және - тағы бу қысымын табыңыз.

3.Балқу нәтижесінде қатты күйдегі висмуттың тығыздығы 9,673 г/см3, сұйық күйдегі висмуттың тығыздығы 10,004 г/см3. Балқу нүктесі -ге төмендегенде, қысым 1 кг/см3-ге жоғарлағанда бір грамм висмуттың балқу жылуын табу керек.



Карта сайта

Последнее изменение этой страницы: 2018-09-09;



2010-05-02 19:40
referat 2018 год. Все права принадлежат их авторам! Главная