NHIỆT ĐỘNG HỌC

Tham khảo sách nhiệt động học, kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
NHIỆT ĐỘNG HỌC_______________________________________________________________________________________________CHƯƠNG 1 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ÐỘNG HỌC VÀ ÁP DỤNG VÀO HÓA HỌC (NHIỆT HÓA HỌC) I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM. 1. Hệ (Hệ thống). 2. Trạng thái. 3. Biến đổi (Quá trình). 4. Hàm số trạng thái. 5. Nhiệt và công. II. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ÐỘNG HỌC. NỘI NĂNG U (E) VÀ entalpi H. 1. Nguyên lý thứ nhất nhiệt động học và nội năng U.Nhiệt động học là ngành vật lý nghiên cứu dạng nhiệt của chuyển động vật chất vànhững qui luật của chuyển động đó. Nhiệt hóa học là một phần của nhiệt động họcnhằm mục đích khảo sát sự trao đổi năng lượng đi kèm theo những biến đổi vật lý, hóahọc của vật chất. Nhiệt hóa học giúp tiên đoán trong một số trường hợp một biến đổicó thể xảy ra được hay không.I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM TO1. Hệ (Hệ thống)Hệ là một phần của vũ trụ có giới hạn xác định đang được khảo sát về phương diệntrao đổi năng lượng và vật chất. Phần còn lại của vũ trụ là môi trường ngoài đối với hệ.Thí dụ: Một hỗn hợp gồm hai hóa chất đang cho phản ứng trong một ống hàn kín. Hệlà các chất hiện diện trong ống, giới hạn của hệ là vách ống, phần vũ trụ ngoài ống làmôi trường ngoài.Hệ có thể trao đổi nhiệt, công, vật chất với môi trường ngoài.Thí dụ: Hệ gồm kim loại kẽm đang cho phản ứng với dung dịch HCl trong một becher:Khí H2 thoát ra khỏi becher: hệ mất vật chất. Phản ứng tỏa nhiệt: hệ cung cấp nhiệtcho môi trường ngoài.Có ba loại hệ:- Hệ hở (hệ mở): là hệ có thể trao đổi cả năng lượng lẫn vật chất với môi trường ngoài.Thí dụ: đun sôi một ấm nước, nhiệt được cung cấp vào hệ, hệ mất vật chất ra môitrường ngoài dưới dạng hơi nước.- Hệ kín (hệ đóng): là hệ chỉ trao đổi với môi trường ngoài năng lượng nhưng khôngtrao đổi vật chất.Thí dụ: hệ gồm các hóa chất đang cho phản ứng trong một ống thủy tinh hàn kín. Hệkhông mất vật chất nhưng có thể nhận nhiệt vào (nếu phản ứng thu nhiệt) hoặc cungcấp nhiệt (nếu phản ứng tỏa nhiệt).- Hệ cô lập: là hệ không trao đổi cả năng lượng lẫn vật chất với môi trường ngoài.Thí dụ: một bình Dewar chứa hóa chất được đậy kín và được bao phủ bằng một lớpcách nhiệt thật dày để cho vật chất và nhiệt lượng không thể trao đổi với môi trườngngoài.2. Trạng tháiTrạng thái là một từ nói lên đặc điểm của hệ đang được khảo sát. Một hệ có trạng tháixác định khi những biến số xác định những đại lượng của hệ được biết một cách chínhxác như nhiệt độ, thể tích, áp suất, khối lượng riêng... các đại lượng này được gọi làbiến số trạng thái của hệ. Trạng thái của hệ sẽ thay đổi nếu ít nhất có một trong nhữngbiến số trạng thái thay đổi.Thí dụ: 50cm3 nước ở 20oC, 1atm cho biết trạng thái của hệ nước đang xét.Chú ý trạng thái ở đây khác với trạng thái tập hợp của vật chất (pha, tướng) là rắn,lỏng, khí.Thí dụ hệ nước trên được đun nóng đến 50oC, cũng ở áp suất 1atm thì hệ này đã cótrạng thái khác: thể tích nước lớn hơn 50cm3 một ít, nhiệt độ 50oC, áp suất 1atm.Nhưng trong cả hai trạng thái của hệ nước trên thì nước của hệ đều ở pha lỏng. TOP3. Biến đổi (Quá trình)Một hệ nhiệt động học biến đổi (hay thực hiện một quá trình) khi trạng thái của hệthay đổi. Trạng thái của hệ thay đổi nếu ít nhất có một biến số trạng thái của hệ thayđổi. Biến đổi được xác định nếu biết rõ trạng thái đầu và trạng thái cuối. Ðường biếnđổi chỉ được xác định khi biết được trạng thái đầu, trạng thái cuối và tất cả nhữngtrạng thái trung gian mà hệ đã trải qua.Người ta chia ra các loại biến đổi:- Biến đổi hở (mở): là biến đổi đem hệ từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối khác nhau.- Biến đổi kín (đóng): là biến đổi đem hệ từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối giốngnhau. Trường hợp này, hệ đã thực hiện một chu trình biến đổi kín.Thí dụ: 50cm3 nước ở 20oC, 1atm được đun nóng đến 70oC, 1atm rồi lại được làmnguội về 20oC, 1atm.- Biến đổi thuận nghịch: là biến đổi mà các trạng thái trung gian của hệ trải qua đượcxem như do các quá trình cân bằng. Một cách đơn giản để xác định tính chất thuậnnghịch của một biến đổi là khảo sát xem biến đổi ngược lại có thể xảy ra được haykhông khi chỉ thay đổi rất ít điều kiện thực nghiệm. Nếu biến đổi ngược xảy ra đượcthì đó là biến đổi thuận nghịch, nếu biến đổi ngược không xảy ra được thì đó là biếnđổi bất thuận nghịch (hay biến đổi tự nhiên).Thí dụ: sự truyền nhiệt từ nguồn nóng sang nguồn lạnh là một biến đổi bất thuậnnghịch hay tự nhiên vì biến đổi ngược lại, tức sự truyền nhiệt từ nguồn lạnh sangnguồn nóng không thể thực hiện một cách tự nhiên. Sự rơi tự do dưới tác dụng củatrọng trường cũng là một biến đổi tự nhiên hay bất thuận nghịch.Sự đông đặc của nước ở 0oC, 1atm là một biến đổi thuận nghịch vì biến đổi ngược l ...