Termodynamika

Termodynamika se zabývá procesy a vlastnostmi látek spojenými s teplem a teplotními přeměnami. Nezabývá se mechanismem ani rychlostí přeměny, umožňuje předpovědět směr reakce a její samovolnost a rozsah.

Důležité pojmy

  • Extenzivní veličiny – závisí na příspěvcích od jednotlivých částí soustavy, jsou aditivní – hmotnost, elektrický náboj, látkové množství, …
  • Intenzivní veličiny – nejsou aditivní – teplota, tlak, viskozita, koncentrace, hustota, …
  • Stav systému – je popsán intenzivními veličinami (T, p, c)
  • Stavová funkce – fyzikální charakteristika, jejíž hodnota závisí na stavu soustavy
  • Izolovaný systém – nevyměňuje s okolím ani energii, ani hmotu
  • Uzavřený systém – vyměňuje s okolím energii, ale ne hmotu
  • Otevřený systém – vyměňuje s okolím energii i hmotu
  • Teplota – pravděpodobnostní veličina, popisuje makroskopické systémy
  • Teplo – část vnitřní energie

Termodynamické zákony

Nultý

  • Jsou-li dvě a více těles v termodynamické rovnováze s tělesem dalším, pak jsou všechna tato tělesa v rovnováze

První

  • Celkové množství energie (všech druhů) izolované soustavy zůstává zachováno

Druhý

  • Teplo nemůže při styku dvou těles různých teplot samovolně přecházet z tělesa chladnějšího na těleso teplejší
  • Nelze sestrojit periodicky pracující tepelný stroj, který by trvale konal práci pouze tím, že by ochlazoval jedno těleso, a k žádné další změně v okolí by nedocházelo

Třetí (Nernstův teorém)

Vnitřní energie U

Stavová veličina – závisí na stavu systému, ale ne na tom, jak se systém do tohoto stavu dostal. Vnitřní energie je součet energie všech částic, které systém obsahuje. Lze ji také definovat jako součet kinetické a potenciální energie systému.

vnitrniE

Její absolutní hodnotu nelze ani vypočítat, ani změřit, pouze její změny.

ΔU = ΔU2 – ΔU1

Ke změně vynitřní energie může dojít dvěma způsoby:

  1. Konáním práce – stlačováním nebo expanzí plynu, třením těles, apod.
  2. Tepelnou výměnou – ohřevem nebo ochlazením tělesa

Objemová práce W

Práce, kterou systém vykonal nebo spotřeboval.

W = Fdx = pAdx = pdV

dV = SdX; S – plocha pístu

Pokud systém koná práci je W < 0; pokud ji přijímá je práce kladná.

Objemová práce

Objemová práce

Entalpie a entropie

Entalpie (H) vyjadřuje množství energie uložené v systému.

ΔH = ΔU + pΔV

Za izobarických podmínek je entalpie rovna množství tepelné energie v systému.

ΔH = Q

dH(S,p) = TdS + Vdp

Entropie (S) popisuje neuspořádanost systému, resp. počet stavů, které může systém nabít.

entropie

 

 

ΔS > 0 – spontánní proces

ΔS < 0 – proces probíhá v opačném směru

ΔS = 0 – rovnováha

Termochemie

Věda studující tepelné zabarvení reakcí.

Reakční teplo reakce a reakční teplo opačné reakce jsou až na znaménko stejná. Výsledná hodnota reakčního tepla nezávisí na průběhu chemické reakce, ale pouze na počátečním a konečném stavu.

ΔH > 0 – endotermní reakce

ΔH < 0 – exotermní reakce

ΔH = 0 – atermická reakce

Pro správný výpočet reakčního tepla je nutné znát skupenství všech látek v reakci.

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)      ΔH = -802 kJ
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l)      ΔH = -890 kJ

Standardní spalné teplo – teplo, při kterém se spálí 1 mol látky v nadbytku kyslíku. Spalná tepla prvků jsou nenulová.

spalneTeplo

 

Standardní slučovací teplo – teplo, při kterém vzniká 1 mol látky přímo z prvků, reakční látky musí být ve standardní stavu. Standardní slučovací tepla prvků jsou rovna nule.
slucovaciTeplo

 

Látka Skupenství ΔH0f[kJ.mol-1]
I2 s 0
I2 g +62
O2 s 0
O3 s +142,7

Gibbsova energie G

Stavová funkce, jde o kritérium samovolnosti děje za izobaricko-izotermických podmínek.

ΔG0 – Gibbsova volná energie za standardních podmínek

  • 298,15 K (25 °C)
  • 100 000 Pa (1 bar) pro plyny
  • Koncentrace roztoků 1 M

Hodnoty ΔG0 jsou tabelovány.

gibbs

 

 

ν – stechiometrický koeficient

Termodynamika ve formátu pdf.

Další kapitoly

One thought on “Termodynamika

  1. Pingback: Obecné odvození a kvantifikace třetího zákona termodynamiky | Blog a web o chemii, elektronice a programování

Leave a Reply