Warunki standardowe i warunki standardowe. Elementy termodynamiki i kinetyki chemicznej

W układach, w których zachodzą procesy chemiczne, główną przyczyną zmian parametrów termodynamicznych są reakcje chemiczne. Ponieważ przemiany chemiczne są bardzo różnorodne, pojawia się problem wyboru pochodzenia wielkości energetycznych, na przykład potencjałów termodynamicznych. W tym celu stosuje się pojęcia takie jak stany standardowe I standardowe warunki. Biorąc pod uwagę, że w reakcjach chemicznych pierwiastki nie obracają się względem siebie, za zerowy punkt odniesienia przyjmuje się całość wszystkich pierwiastków chemicznych w postaci prostych substancji, które występują w bardziej stabilnych postaciach w temperaturze 25°C. To wybrane Podstawą jest zbiór prostych substancji do obliczeń termodynamicznych, a każda prosta substancja zawarta w bazie jest substancją podstawową. Do wykonywania obliczeń termodynamicznych wykorzystuje się parametry substancji w stanie normalnym.

Stan standardowy wybiera się zgodnie z zaleceniem IUPAC w następujący sposób:

1) temperatura substancji w stanie normalnym jest równa temperaturze układu: T = T(układ);

2) ciśnienie nad substancją lub ciśnienie substancji gazowej w stanie normalnym (P 0) wynosi 1 bar:

P = P 0 = 1 bar

(1 bar = 10 5 Pa). (IUPAC zaleca stosowanie jednostek w paskalach od 1982 r.) Wcześniej jako stan standardowy stosowano jedną atmosferę (1 atm = 101325 Pa). Chociaż różnice w jednostkach są niewielkie, zaleca się zwrócenie uwagi na jednostki ciśnienia.

3) Dla substancji ciekłych i stałych przyjmuje się stany rzeczywiste przy P 0 = 1 bar i temperaturze T. (Czasami uwzględnia się także substancje w stanach hipotetycznych - np. wodę w postaci gazu pod ciśnieniem 1 bar w temperaturze poniżej 100 °C lub w postaci lodu o temperaturze 25 °C.)

Wielkości termodynamiczne charakteryzujące substancje w stanie standardowym nazywane są wzorcami, a do ich oznaczenia używa się na przykład indeksu górnego.

Stosowana temperatura wynosi 298,15 K (25°C).

Standardową entalpię i energię Gibbsa tworzenia substancji A zwykle rozumie się jako zmianę entalpii i energii Gibbsa w reakcji:

Gdzie są podstawowe substancje.

Indeks f pochodzi od angielskiego słowotwórstwa. Służy do określenia reakcji tworzenia substancji z prostych substancji zasadowych. Jeśli substancje i A znajdują się w standardowych warunkach, wówczas mówimy o standardowej entalpii, standardowej entropii i standardowej energii tworzenia Gibbsa w standardowych warunkach:

W przypadku substancji zasadowych w dowolnym stanie normalnym przyjmuje się =0 kJ/mol i =0 kJ/mol. Zazwyczaj obliczenia parametrów termodynamicznych w dowolnej temperaturze opierają się na wykorzystaniu stanów standardowych w warunkach standardowych, dla których przyjmuje się również kJ/mol i kJ/mol. Tablice zazwyczaj podają wartości standardowych entalpii tworzenia związków z prostych substancji zasadowych w standardowych warunkach z oznaczeniami na jeden mol utworzonej substancji A.

Fizycy i przedstawiciele innych nauk przez długi czas mieli swój sposób na opisywanie tego, co zaobserwowali w trakcie swoich eksperymentów. Brak wspólnej opinii i obecność dużej liczby terminów wziętych z powietrza spowodowały zamieszanie i nieporozumienia wśród kolegów. Z biegiem czasu każda gałąź fizyki uzyskała własne ustalone definicje i jednostki miary. W ten sposób wyłoniły się parametry termodynamiczne, które wyjaśniają większość makroskopowych zmian w układzie.

Definicja

Parametry stanu lub parametry termodynamiczne to liczba wielkości fizycznych, które razem i każda z osobna mogą charakteryzować obserwowany układ. Należą do nich takie pojęcia jak:

• temperatura i ciśnienie;
• koncentracja, indukcja magnetyczna;
• entropia;
• entalpia;
• Energie Gibbsa i Helmholtza i wiele innych.

Istnieją parametry intensywne i ekstensywne. Ekstensywne to te, które są bezpośrednio zależne od masy układu termodynamicznego, a intensywne to te, które wyznaczają inne kryteria. Nie wszystkie parametry są jednakowo niezależne, dlatego aby obliczyć stan równowagi układu, konieczne jest określenie kilku parametrów jednocześnie.

Ponadto wśród fizyków istnieją pewne rozbieżności terminologiczne. Różni autorzy mogą nazwać tę samą cechę fizyczną procesem, współrzędną, wielkością, parametrem, a nawet po prostu właściwością. Wszystko zależy od tego, w jakich treściach naukowiec go wykorzysta. Jednak w niektórych przypadkach istnieją ujednolicone zalecenia, których muszą przestrzegać autorzy dokumentów, podręczników lub zamówień.

Klasyfikacja

Istnieje kilka klasyfikacji parametrów termodynamicznych. Zatem na podstawie pierwszego punktu wiadomo już, że wszystkie wielkości można podzielić na:

• ekstensywny (addytywny) - takie substancje podlegają prawu dodawania, to znaczy ich wartość zależy od ilości składników;
• intensywne - nie zależą od ilości substancji przyjętej do reakcji, gdyż w trakcie interakcji wyrównują się.

Na podstawie warunków, w jakich znajdują się substancje tworzące układ, wielkości można podzielić na te, które opisują reakcje fazowe i reakcje chemiczne. Ponadto należy wziąć pod uwagę reagenty. Oni mogą być:

• termomechaniczny;
• termofizyczne;
• termochemiczny.

Ponadto każdy układ termodynamiczny pełni określoną funkcję, więc parametry mogą charakteryzować pracę lub ciepło uzyskane w wyniku reakcji, a także pozwalają obliczyć energię potrzebną do przeniesienia masy cząstek.

Zmienne stanu

Stan dowolnego układu, w tym termodynamicznego, można określić na podstawie kombinacji jego właściwości lub cech. Wszystkie zmienne, które są całkowicie określone dopiero w określonym momencie i nie zależą od tego, w jaki sposób dokładnie układ doszedł do tego stanu, nazywane są parametrami termodynamicznymi (zmiennymi) stanu lub funkcjami stanu.

System uważa się za stacjonarny, jeśli funkcje zmiennych nie zmieniają się w czasie. Jedną z opcji jest równowaga termodynamiczna. Każda, nawet najmniejsza zmiana w układzie jest już procesem i może zawierać od jednego do kilku zmiennych parametrów stanu termodynamicznego. Sekwencja, w której stany systemu w sposób ciągły przekształcają się w siebie, nazywana jest „ścieżką procesu”.

Niestety, nadal istnieje zamieszanie z terminami, ponieważ ta sama zmienna może być niezależna lub wynikać z dodania kilku funkcji systemowych. Dlatego też terminy takie jak „funkcja stanu”, „parametr stanu”, „zmienna stanu” można traktować jako synonimy.

Temperatura

Jednym z niezależnych parametrów stanu układu termodynamicznego jest temperatura. Jest to wielkość charakteryzująca ilość energii kinetycznej na jednostkę cząstek w układzie termodynamicznym znajdującym się w stanie równowagi.

Jeśli podchodzimy do definicji pojęcia z punktu widzenia termodynamiki, to temperatura jest wielkością odwrotnie proporcjonalną do zmiany entropii po dodaniu ciepła (energii) do układu. Kiedy układ jest w równowadze, wartość temperatury jest taka sama dla wszystkich jego „uczestników”. Jeśli występuje różnica temperatur, wówczas energia jest oddawana przez cieplejsze ciało i absorbowana przez zimniejsze.

Istnieją układy termodynamiczne, w których po dodaniu energii zaburzenie (entropia) nie wzrasta, ale wręcz przeciwnie, maleje. Ponadto, jeśli taki układ oddziałuje z ciałem, którego temperatura jest wyższa od jego własnej, wówczas oddaje temu ciału swoją energię kinetyczną, a nie odwrotnie (w oparciu o prawa termodynamiki).

Ciśnienie

Ciśnienie to wielkość charakteryzująca siłę działającą na ciało prostopadle do jego powierzchni. Aby obliczyć ten parametr, należy podzielić całą siłę przez powierzchnię obiektu. Jednostką tej siły będą paskale.

W przypadku parametrów termodynamicznych gaz zajmuje całą dostępną mu objętość, a dodatkowo tworzące go cząsteczki poruszają się w sposób ciągły chaotycznie i zderzają się ze sobą oraz z naczyniem, w którym się znajdują. To właśnie te uderzenia powodują nacisk substancji na ścianki naczynia lub na ciało umieszczone w gazie. Siła rozkłada się równomiernie we wszystkich kierunkach właśnie z powodu nieprzewidywalnego ruchu cząsteczek. Aby zwiększyć ciśnienie, konieczne jest zwiększenie temperatury układu i odwrotnie.

Energia wewnętrzna

Do głównych parametrów termodynamicznych zależnych od masy układu zalicza się energię wewnętrzną. Składa się z energii kinetycznej spowodowanej ruchem cząsteczek substancji, a także energii potencjalnej, która pojawia się, gdy cząsteczki oddziałują ze sobą.

Parametr ten jest jednoznaczny. Oznacza to, że wartość energii wewnętrznej jest stała za każdym razem, gdy układ znajdzie się w pożądanym stanie, niezależnie od tego, w jaki sposób ten stan (stan) został osiągnięty.

Nie da się zmienić energii wewnętrznej. Składa się z ciepła wytworzonego przez układ i wykonanej przez niego pracy. W przypadku niektórych procesów brane są pod uwagę również inne parametry, takie jak temperatura, entropia, ciśnienie, potencjał i liczba cząsteczek.

Entropia

Druga zasada termodynamiki mówi, że entropia nie maleje. Inne sformułowanie postuluje, że energia nigdy nie jest przekazywana z ciała o niższej temperaturze do ciała o wyższej temperaturze. To z kolei zaprzecza możliwości stworzenia maszyny perpetuum mobile, gdyż nie da się przenieść całej energii dostępnej ciału na pracę.

Samo pojęcie „entropii” zostało wprowadzone do użytku w połowie XIX wieku. Wtedy postrzegano to jako zmianę ilości ciepła w stosunku do temperatury układu. Ale taka definicja jest odpowiednia tylko dla procesów, które są stale w stanie równowagi. Z tego możemy wyciągnąć następujący wniosek: jeśli temperatura ciał tworzących układ dąży do zera, wówczas entropia będzie wynosić zero.

Entropia jako termodynamiczny parametr stanu gazu wykorzystywana jest jako wskaźnik miary nieuporządkowania, chaotycznego ruchu cząstek. Służy do określenia rozmieszczenia cząsteczek w określonym obszarze i naczyniu lub do obliczenia siły elektromagnetycznej oddziaływania pomiędzy jonami substancji.

Entalpia

Entalpia to energia, którą można przekształcić w ciepło (lub pracę) pod stałym ciśnieniem. Jest to potencjał układu znajdującego się w stanie równowagi, jeśli badacz zna poziom entropii, liczbę cząsteczek i ciśnienie.

Jeżeli wskazany jest parametr termodynamiczny gazu doskonałego, zamiast entalpii stosuje się sformułowanie „energia układu rozszerzonego”. Aby ułatwić wyjaśnienie tej wartości, można sobie wyobrazić naczynie wypełnione gazem, który jest równomiernie sprężany przez tłok (na przykład silnik spalinowy). W takim przypadku entalpia będzie równa nie tylko energii wewnętrznej substancji, ale także pracy, którą należy wykonać, aby doprowadzić układ do wymaganego stanu. Zmiana tego parametru zależy wyłącznie od stanu początkowego i końcowego systemu, a droga, jaką zostanie on uzyskany, nie ma znaczenia.

Energia Gibbsa

Parametry i procesy termodynamiczne są w większości związane z potencjałem energetycznym substancji tworzących układ. Zatem energia Gibbsa jest równa całkowitej energii chemicznej układu. Pokazuje, jakie zmiany zajdą podczas reakcji chemicznych i czy substancje w ogóle będą ze sobą oddziaływać.

Zmiana ilości energii i temperatury układu podczas reakcji wpływa na pojęcia takie jak entalpia i entropia. Różnica między tymi dwoma parametrami będzie nazywana energią Gibbsa lub potencjałem izobaryczno-izotermicznym.

Minimalną wartość tej energii obserwuje się, gdy układ jest w równowadze, a jego ciśnienie, temperatura i ilość substancji pozostają niezmienione.

Energia Helmholtza

Energia Helmholtza (według innych źródeł - po prostu energia darmowa) reprezentuje potencjalną ilość energii, która zostanie utracona przez układ podczas interakcji z ciałami znajdującymi się poza nim.

Pojęcie darmowej energii Helmholtza jest często wykorzystywane do określenia, jaką maksymalną pracę może wykonać układ, czyli ile ciepła zostanie uwolnione podczas przejścia substancji z jednego stanu do drugiego.

Jeżeli układ znajduje się w stanie równowagi termodynamicznej (czyli nie wykonuje żadnej pracy), to poziom energii swobodnej jest minimalny. Oznacza to, że nie zachodzą również zmiany innych parametrów, takich jak temperatura, ciśnienie i liczba cząstek.

STAN STANDARDOWY w termochemii to stan substancji, w którym występuje ona w temperaturze 298,15 K i pod ciśnieniem 101,325 kPa (760 mm Hg).

• - Wskaźnik biometryczny odzwierciedlający miarę zmienności cechy ilościowej w grupie jednostek: gdzie: M 0 jest średnią arytmetyczną próby; M i jest wartością cechy każdego osobnika; n to liczba osób w próbie...

  Terminy i definicje stosowane w hodowli, genetyce i rozrodzie zwierząt gospodarskich

• - populacja warunkowo przydzielona, ​​za pomocą której przeprowadzana jest standaryzacja współczynników demograficznych...

  Demograficzny słownik encyklopedyczny

• - to samo co odchylenie kwadratowe...

  Encyklopedia fizyczna

• - wskaźnik stopnia rozproszenia poszczególnych obserwacji indywidualnych względem tej średniej, czyli miara wewnątrzgrupowej zmienności danej cechy...

  Antropologia fizyczna. Ilustrowany słownik objaśniający

• - w STATYSTYCE stopień odchylenia danych obserwacyjnych lub zbiorów od wartości ŚREDNIEJ...

  Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny

• - Język angielski odchylenie, standard; Niemiecki Standardowe obciążenie. W statystyce najczęściej stosowaną miarą wariancji szacunków...

  Encyklopedia socjologii

• - konserwacja, która prowadzona jest w ściśle regulowany sposób, według standardowych harmonogramów i planów...

  Świetny słownik rachunkowości

• - czyli odchylenie kwadratowe...

  Naturalna nauka. słownik encyklopedyczny

• - OS, w którym elektrody znajdują się na dłoniach...

  Duży słownik medyczny

• - O.s., w którym elektrody znajdują się po prawej i lewej stronie...

  Duży słownik medyczny

• - O. s., w którym elektrody znajdują się po lewej stronie i lewej...

  Duży słownik medyczny

• - czas macierzyński - to obecnie nasz rachunek czasu, ustalony dekretem z 16 czerwca 1930 r. o godzinę do przodu w stosunku do czasu obowiązującego na całym terytorium ZSRR. W innych krajach w...

  Słownik morski

• - rzecz, produkt, według swoich cech, właściwości, właściwości, wyglądu, odpowiadająca próbce standardowej...

  Duży słownik ekonomiczny

• - powstaje w Rosji z pięciu grup klasowych ludności miejskiej: 1) obywatele honorowi; 2) kupców cechowych, lokalnych i nierezydentów; 3) mieszczanie lub mieszczanie; 4) rzemieślnicy lub pracownicy cechowi oraz 5) ludzie pracy...

  Słownik encyklopedyczny Brockhausa i Eufrona

• - to samo co odchylenie kwadratowe...

  Wielka encyklopedia radziecka

• - w termochemii - stan substancji, w którym się ona znajduje, w temperaturze 298,15 K i pod ciśnieniem 101,325 kPa...

  Duży słownik encyklopedyczny

"STAN STANDARDOWY" w książkach

Standard olejowy