Bài giảng Hoá học đại cương: Chương 2.1 - ThS. Trần Thị Minh Nguyệt

Bài giảng Hoá học đại cương chương 2.1 Nhiệt động học hóa học, cung cấp cho người học những kiến thức như: Các khái niệm cơ bản; Áp dụng nguyên lý I của nhiệt động học vào hóa học. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Hoá học đại cương: Chương 2.1 - ThS. Trần Thị Minh Nguyệt §1. Các khái niệm cơ bản§2. Áp dụng nguyên lý I của nhiệt động học vào hóa học§3. Áp dụng nguyên lý II của nhiệt động học vào hóa học§1. Các khái niệm cơ bản1. Hệ nhiệt động và môi trường: - Hệ nhiệt động (gọi tắt là hệ): một vật thể hay một nhóm vật thể được chọn làm đối tượng nghiên cứu. Phần còn lại bao quanh hệ là môi trường. - Các loại hệ: *Hệ mở: giữa hệ và môi trường có trao đổi cả chất và năng lượng *Hệ kín: giữa hệ và môi trường không trao đổi chất chỉ trao đổi năng lượng * Hệ cô lập: giữa hệ và môi trường không trao đổi cả chất và năng lượng§1. Các khái niệm cơ bản 2. Trạng thái và thông số trạng thái Trạng thái vĩ mô của hệ được xác định bởi tập hợp các đại lượng vật lý: khối lượng, áp suất, nhiệt độ, thể tích... Các đại lượng đó là các thông số trạng thái - Thông số trạng thái dung độ (khuếch độ): Thông số tỷ lệ với lượng chất (vd: khối lượng, số mol, thể tích...) - Thông số trạng thái cường độ: Thông số không tỷ lệ với lượng chất (vd: nhiệt độ, áp suất...) - Một hệ ở trạng thái cân bằng nếu các thông số trạng thái của hệ không biến đổi theo thời gian.§1. Các khái niệm cơ bản 3. Hàm trạng thái: Hàm trạng thái là hàm mà giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào các thông số trạng thái Vd: n mol khí lý tưởng có hàm trạng thái p.V = n.R.T - Một thông số trạng thái cũng có thể là một hàm trạng thái Vd: p.V T= n.R4. Quá trình và thông số quá trình. - Quá trình: khối khí trong xi lanh giãn nở từ vị trí 1→2. Nó nhận nhiệt giãn nở sinh công Q, A xuất hiện khi ta thực hiện quá trình A, Q là những thông số quá trình → Quá trình là sự thay đổi trạng thái của hệ khi có sự thay đổi các thông số trạng thái Trạng thái 1  trạng thái 2§1. Các khái niệm cơ bản4. Quá trình và thông số quá trình. - Những loại quá trình:  Quá trình đẳng nhiệt: quá trình này có nhiệt độ của hệ không đổi (T = const)  Quá trình đoạn nhiệt: quá trình này hệ không trao đổi nhiệt với môi trường (Q = 0)  Quá trình đẳng tích: quá trình này có thể tích của hệ không đổi (V = const)  Quá trình đẳng áp: quá trình này có áp suất của hệ không đổi (p = const) Thông số quá trình:- Trong khi quá trình diễn ra, hệ có thể trao đổi nănglượng với môi trường dưới dạng nhiệt và công. Nhiệt và công gọi là các thông số quá trình- Nhiệt (Q) là sự trao đổi năng lượng dưới dạng vimô do chuyển động hỗn loạn của các tiểu phân- Công (A) là sự trao đổi năng lượng dưới dạng vĩmô, có trật tự theo 1 hướng xác định Công (A) và nhiệt(Q): Đơn vị là jun (J) hoặc kJ Công và nhiệt phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình5. Quy ước Q > 0, A > 0. Hệ nhận nhiệt, sinh công Q < 0, A < 0. Hệ toả nhiệt, nhận công Công = Công giãn nỡ + Công hữu ích Cônggiãn nở: liên quan đến sự thay đổi VCông hữu ích: không liên quan đến sự thay đổi V,VD điện năng trong các p/ứ điện hoá• Đối với các p/ứ không điện hóa, có thể coi công hữu ích = 0Ví dụ: Hệ khí lý tưởng nhận nhiệt Q và giãn nở từ thể tích V1 đến thể tích V2 ở nhiệt độ không đổi Công của sự giãn nở khí lý tưởng 2 A=  p.dV 1§1. Các khái niệm cơ bản 6. Quá trình thuận nghịch và quá trình bất thuận nghịch- Khí trong pit tông trượt khôngma sát.- Cho dần quả gia trọng thì pittông bị nén quá trình biểu thị bằngđường 2d’c’b’a’1, khi lấy dần cácquả gia trọng ra hệ khí giãn nởbiểu thị theo đường 1abcd2 tathấy: A nén > A giãn- Nếu thay toàn bộ gia trọng bằngcác hạt cát mịn có khối lượngtương đương thì quá trình nén vàgiãn thực hiện liên tục với từnghạt cát sẽ hoàn toàn trùng nhau:đường 1 - 2 hoặc 2 - 1§1. Các khái niệm cơ bản6. Quá trình thuận nghịch và quá trình bất thuậnnghịch- Quá trình biến đổi thuận nghịch của hệ là quátrình biến đổi từ trạng thái cân bằng này sangtrạng thái cân bằng khác vô cùng chậm qua liêntiếp các trạng thái cân bằng. Đặc trưng: công hệ sinh ra cực đại và chỉ phụ thuộc trạng thái đầu và trạng thái cuối.- Quá trình biến đổi bất thuận nghịch của hệ là sựbiến đổi với tốc độ đáng kể- Trong thực tế các quá trình tự xảy ra đều là quátrình bất thuận nghịch§2. Áp dụng nguyên lý I vào hóa họcI. Nguyên lý I của nhiệt động học1. Nội năng (U): Nội năng của hệ là phần nănglượng ứng với sự vận động bên trong hệNội năng bao gồm động năng chuyển động tịnh tiến, chuyểnđộng quay của phân tử; năng lượng dao động của phân tử;năng lượng dao động của hạt nhân nguyên tử; động năngchuyển động của electron; thế năng tương tác giữa cácphân tử, nguyên tử.- Nội năng của hệ phụ thuộc vào bản chất, số lượng, áp suất, nhiệt độ, thể tích và thành phần của nó.- U là đại lượng khuếch độ và là hàm trạng thái§2. Áp dụng nguyên lý I vào hóa học2. Biểu thức toán học của nguyên lý I:Xét hệ đóng, biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái2, trong quá trình biến đổi hệ chỉ trao đổi với môitrường công A và nhiệt Q, dù sự biến đổi theo cáchnào ta đều có: ∆U = U2 – U1 = Q - A= constKhi hệ thực hiện biến đổi vô cùng nhỏ dU = δQ – δA => dU + δA = δQNếu công chỉ được thực hiện do biến đổi thể tích δA = p. dV 2Từ đó du = δQ - p. dV => ∆U = Q -  p.dV 1§2. Áp dụng nguyên lý I vào hóa học2. Biểu thức toán học của nguyên lý I:  Hệ cô lập: không trao đổi chất và trao đổi năng lượng với môi trường: Q = 0, A = 0  U = 0 hay U = const* PHÁT BIỂU  Năng lượng được bảo toàn, không tự nhiên sinh ra, không tự nhiên mất đi, chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác.  Không tồn tại động cơ vĩnh cửu loại 1 là động cơ sinh công mà không tiêu tốn 1 dạng năng lượng khá ...