Bài giảng Nhiệt động hoá học: Chương 4 - Hồ Thị Cẩm Hoài

Bài giảng Nhiệt động hoá học - Chương 4: Nguyên lý thứ nhất nhiệt động học và áp dụng, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Công, nhiệt và năng lượng; Công giãn ép (expansion work); so sánh công giãn ép thuận nghịch và bất thuận nghịch;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Nhiệt động hoá học: Chương 4 - Hồ Thị Cẩm Hoài Hồ Thị Cẩm Hòai, PhDhtchoai@hcmus.edu.vn Nhiệt động hóa học nghiên cứu những biến đổi vật lý và hóa học của vật chất về phương diện trao đổi năng lượng.NĐHH có thể giải quyết những vấn đề như: Khi hóa chất được trộn chung lại, chúng có thể cho phản ứng hóa học hay không? Nếu có thì phản ứng sẽ kèm theo sự phóng thích hay thu nhiệt? Phản ứng xảy ra trọn vẹn hay chỉ có một phần. Nếu xảy ra một phần thì thành phần hóa chất như thế nào khi phản ứng có thể xem như ngừng lại.Thành phần ấy có thể thay đổi trong điều kiện thí nghiệm nào? Sự phát triển và duy trì cơ thể sống xảy ra được như thế nào? Nhắc lại một số định nghĩa cần thiếtHệ thống: Bất cứ phần nào của vũ trụ cógiới hạn thường thấy được trong phạm vihóa học đang được khảo sát về phươngdiện trao đổi năng lượng. Phần còn lại củavũ trụ hợp thành môi trường ngòai đối vớihệ thống Hệ thống hở là hệ thống có thể trao đổi vừa năng lượng vừa vật chất với môi trường ngòai. Hệ thống kín là hệ thống chỉ có thể trao đổi năng lượng với môi trường ngòai. Hệ thống cô lập không trao đổi năng lượng cũng như vật chất với môi trường ngòai. Nhắc lại một số định nghĩa cần thiếtTrạng thái:Nếu hệ thống cân bằng, bất cứ điểm nào trong hê thống đềucó đặctính giống nhau. Hê thống ấy có thể được xác định bằng một sốthuộc tính độc lập đối với nhau.Ta nói một hệ thống có một trạng thái xác định.Các thuộc tính độc lập để xác định một hệ thống là những biến sốtrạng thái.Những thuộc tính còn lại phụ thuộc vào các thuộc tính độc lập đượcgọi là những hàm số trạng thái. Trạng thái của một hệ thống có thể biến đổi và biến đổi ấy được xácđịnh nếu biết rõ trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ thống.Đường biến đổi cũng được xác định nếu biết rõ trạng thái đầu vàtrạng thái cuối và tất cả các những trạng thái trung gian mà hệ thốngtrải qua. Nhắc lại một số định nghĩa cần thiếtBiến đổi được gọi là thuận nghịch khi biến đổi ấy và biến đổingược lại có thể thực hiện dễ dàng khi có sư thay đổi rất nhỏ điềukiên thí nghiệm (nước đá nóng chảy ở zero độ C) Biến đổi tự nhiên hay bất thuận nghịch chỉ có thể xảy ra theo 1chiều, biến đổi ngược lại không thể thực hiện tự nhiên được (sựtruyền nhiệt từ đầu nóng đến đầu lạnh của một thanh kim lọai). Biến đổi đẳng nhiệt (dT = 0)Biến đổi đọan nhiệt (dq = 0)Biến đổi đẳng áp (dp = 0)Biến đổi đẳng tích (dV = 0) Công, nhiệt và năng lượngNguyên lý I (the First Law)Năng lượng sở hữu bởi một hệ thống được gọi là nội năng U. Nội nănglà một hàm trạng thái, chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối củabiến đổi. ΔU = Uf - UiGọi w là công trao đổi của hê thống, q là nhiệt trao đổi của hê thống,nguyên lý I được biểu diện bằng phương trình tóan học sau: ΔU = q + wCông giãn ép (expansion work) Công dịch chuyển một vật một khỏang cách dz chống lại một lực F là w = - Fdz Trong hình bên trái, F = pexA vậy: w = - pexA dz = -pexdV Công trao đổi của hê thống khi thể tích thay đổi từ Vi đến Vi là: Vf w    p ex dV Vi  nhiệt trao đổi của hê thống, nguyên lý I được biểu diện bằng phương trình tóan học sau: ΔU = q + wCông giãn ép (expansion work) Giãn nở khi áp suất ngòai không đổi (pex= constant): Công trao đổi của hê thống khi thể tích thay đổi từ Vi đến Vi là: Vf w   p ex  dV   p ex (V f  Vi )   pV Vi  Giãn nở trong chân không có pex= 0 nên không sinh công, w = 0Công giãn ép (expansion work) Giãn nở thuận nghịch (pex= p): Công trao đổi của hê thống khi thể tích thay đổi từ Vi đến Vi là: Vf Vf w    p ex dV    p dV Vi Vi  Giãn nở thuận nghịch đẳng nhiệt (dT = 0): Vf dV Vf  w  nRT   nRT ln  V   V  i  Vi Công thuận nghịch lớn hơn công bất thuận nghịchSo sánh công giãn ép thuận nghịch và bất thuận nghịchGiãn nở khi áp suất ngòai không  Giãn nở thuận nghịch đẳngđổi (pex= constant): nhiệt (dT = 0):Công trao đổi của hê thống khi thể Vf dV Vf tích thay đổi từ Vi đến Vi là: w  nRT   nRT ln  V   ...