Физическая химия (1) Физическая химия: цель, задачи, методы исследования. Основные понятия физической химии

открытые – обмениваются с окружающей средой веществом и энергией (например, живые объекты);

закрытые – обмениваются только энергией (например, реакция в закрытой колбе или колбе с обратным холодильником), наиболее частый объект химической термодинамики;

изолированные – не обмениваются ни веществом, ни энергией и сохраняют постоянный объем (приближение – реакция в термостате).

Очевидно, что из трех типов систем в реальности не существуют системы полностью изолированные, однако именно в них действительны приведенные ниже законы термодинамики.
Для того, чтобы систему можно было описать термодинамически, она должна состоять из большого числа частиц – соответствовать законам статистики.
Если в системе есть реальные поверхности раздела , отделяющие друг от друга части системы, различающиеся по свойствам, то система называется гетерогенной (насыщенный раствор с осадком), если таких поверхностей нет, система называется гомогенной (истинный раствор). Гетерогенные системы содержат не менее двух фаз.
Фаза – совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых по составу и по всем физическим и химическим свойствам (не зависящим от количества вещества) и отграниченных от других частей системы поверхностью раздела. Внутри одной фазы свойства могут изменяться непрерывно, но на поверхности раздела между фазами свойства меняются скачком. Пример двухфазной системы – поверхность реки в ледоход.
Компонентами называют вещества, минимально необходимые для составления данной системы (минимум один). Число компонентов в системе равно числу веществ в ней присутствующих, минус число связывающих эти вещества независимых уравнений.
Свойства системы разделяют на экстенсивные (суммирующиеся) – например, общий объем, масса, и интенсивные (выравнивающиеся) – давление, температура, концентрация и т.п.
Совокупность свойств системы определяет ее состояние . Многие свойства взаимосвязаны, поэтому для гомогенной однокомпонентной системы с известным количеством вещества n достаточно выбрать для характеристики состояния два из трех свойств: температуру T , давление p и объем V . Связывающее свойства уравнение называют уравнением состояния , для идеального газа это:
pV = nRT
Наиболее важны для расчетов функции состояния – такие термодинамические функции, значения которых зависят только от состояния системы и не зависят от пути перехода между состояниями.
Термодинамическая система ― тело или группа тел, отделенная от окружающей среды реальной или воображаемой поверхностью раздела. Открытые, закрытые, изолированные системы; гомогенные и гетерогенные системы.
Термодинамический процесс ― переход системы из одного состояния в другое, сопровождающийся изменением хотя бы одного из параметров системы. Изотермические (T = const), изобарные (p = const), изохорные (V = const); самопроизвольные и несамопроизвольные; обратимые и необратимые процессы. Функции состояния ― экстенсивные параметры, изменение которых (∆) зависит только от конечного и начального состояния системы. Функции состояния термодинамической системы ― внутренняя энергия (U), энтальпия (H), энтропия (S), энергия Гиббса (G). ∆ = конечное значение параметра минус начальное значение параметра. Энергия (E) ― количественная мера интенсивности различных форм взаимо- действия и перемещения частиц в термодинамической системе (кДж/моль). Для описания энергетического состояния термодинамической системы используется одна из функций состояния ― внутренняя энергия (U, кДж/моль).
Второе начало термодинамики для неизолированных систем ― самопроизвольномогут совершаться процессы, для которых при постоянной температуре и давлении энергия Гиббса системы (G) уменьшается, т.е. ∆G < O.