Termodynamika

1. Termodynamika

2. Thermodynamics is a funny subject. The first time you go through it, you don't understand it at all. The second time you go through it, you think you understand it, except for one or two small points. The third time you go through it, you know you don't understand it, but by that time you are so used to it, it doesn't bother you any more.

4. Chemia fizyczna Chemia fizyczna zajmuje się fizycznymi podstawami procesów chemicznych, w tym również biochemicznych. Nauka ta wyjaśnia strukturę materii i jej zmiany poprzez odwołanie się do pojęć najprostszych, takich jak: - Atomy; - Cząstki elementarne; - Energia.

5. Chemia fizyczna • Chemia fizyczna tworzy zasadniczy system pojęć • i definicji, na którym oparte są pozostałe • dziedziny wiedzy: • - Chemia organiczna, • Chemia nieorganiczna, • Biochemia, • Biologia molekularna, • Geochemia, • Inżynieria, itd.

6. Chemia fizyczna Chemia fizyczna dostarcza także podstaw, na których opierają się nowoczesne metody analizy chemicznej, wyznaczanie struktury molekuł oraz zrozumienie przebiegu reakcji chemicznych. Termodynamika i kinetyka chemiczna Mechanikakwantowa

7. Chemia biofizyczna Chemia fizyczna makromolekuł biologicznych i zbiór metod badawczych właściwych dla tej nauki. Chemia biofizyczna w odróżnieniu od klasycznej chemii fizycznej jest nauką czysto eksperymentalną, często bez ścisłych podstaw teoretycznych typowych dla tej drugiej.

8. Chemia biofizyczna John T. Edsall (1902-2002)

9. Historia

10. Część wszechświata, która jest w centrum naszej uwagi w termodynamice nazywana jest układem.

11. układ

12. otoczenie otoczenie układ otoczenie otoczenie

13. GRANICA UKŁADU– płaszczyzna fizyczna lub granica „pomyślana”, oddzielająca układ od otoczenia.

14. Prawo Boyle’a Robert Boyle (1627 – 1691)

15. Prawo Boyle’a i Mariotte’a W stałej temperaturze ciśnienie wywierane przez daną ilość gazu jest odwrotnie proporcjonalne do jego objętości 1 _ p ~ V p × V = constant

16. Prawo Boyle’a i Mariotte’a Izoterma – wykres zależności objętości gazu od jego ciśnienia

17. Prawo Gay-Lussaca Objętość określonej ilości gazu w warunkach stałego ciśnienia jest proporcjonalna do temperatury. V ~ T (p = const.) V _ = constant T

18. Prawo Gay-Lussaca

19. Prawo Gay-Lussaca Izobara - wykres zależności temperatury gazu od jego objętości . T = 0 (?)

20. Prawo Charlesa Ciśnienie określonej ilości gazu w warunkach stałej objętości jest odwrotnie proporcjonalne do temperatury 1 _ p ~ T p p _ = constant T Izochora - wykres zależności temperatury gazu od jego ciśnienia 1/T

21. Zasada Avogadra W danej temperaturze i pod danym ciśnieniem równe objętości różnych gazów zawierają te same liczby cząsteczek. Gaz A Gaz B pA = pB nA = nB TA = TB VA = VB

22. Równanie gazu doskonałego Równanie Clapeyrona Prawo Boyle’a i Mariotte’a Prawo Gay-Lussaca pV = nRT Prawo Charlesa R – stała gazowa 8.314 J/(K × mol) Zasada Avogadra

23. Stała gazowa Stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 mol gazu doskonałego podgrzewanego o 1 kelwin (stopień Celsjusza) podczas przemiany izobarycznej. Indywidualna stała gazowa (r) – stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 kg gazu podgrzewanego o 1 kelwin (stopień Celsjusza) podczas przemiany izobarycznej.

24. Gaz doskonały • Gaz doskonały – zwany gazem idealnym jest to abstrakcyjny, matematyczny model gazu, spełniający następujące warunki: • brak oddziaływań międzycząsteczkowych z wyjątkiem odpychania w momencie zderzeń cząsteczek, • objętość cząsteczek jest znikoma w stosunku do objętości gazu, • zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste, • cząsteczki znajdują się w ciągłym chaotycznym ruchu

25. Zasada Avogadra Objętości molowe gazów w temperaturze 25 oC i pod ciśnieniem 1 bar.

26. Warunki normalne to ściśle określona temperatura i ciśnienie otoczenia, które stanowią rodzaj punktu odniesienia do obliczeń fizykochemicznych. Wartości określonych warunków normalnych: • Ciśnienie = 1 atm • Temperatura = 0°C

27. TEMPERATURA Temperatura ciała/substancji jest wielkością która określa przepływ energii, gdy to ciało znajduje się w kontakcie z innym. Energia (w postaci ciepła) zawsze przepływa od ciała o temperaturze wyższej do ciała o temperaturze niższej.

28. Zerowa zasada termodynamiki (koncept temperatury) Jeżeli układ A jest w termicznej równowadze z układem B, a B jest równowadze termicznej z układem C, wówczas C będzie w równowadze termicznej z A.

30. Skala Kelvina (bazująca na zerze bezwzględnym i skali Celsjusza [ K ] T (w kelwinach) =  (w celsjuszach) + 273,15 0 oC 273.15 K 25 oC  298.15 K Skala Fahrenheita (bazująca na …) [ F ] oF = oC × 1,8 + 32 oC = (oF - 32)/1,8 0 oC 32 oF 25 oC  77 oF SKALA TEMPERATURY Skala Celsjusza (bazująca na punkcie topnienia i wrzenia wody) [ oC ]

31. CIŚNIENIE Ciśnienie, p, jest miarą siły działającą na jednostkową powierzchnię

32. Układ znajduje się w równowadze mechanicznej ze swoim otoczeniem, jeżeli oddziela je ruchoma ściana, a ciśnienie zewnętrzne jest równe ciśnieniu gazu w układzie STAN RÓWNOWAGI STAN NIERÓWNOWAŻNY wnętrze strona zew. wnętrze strona zew.

33. Ciśnienie u podstawy słupa nieściśliwej cieczy jest proporcjonalne do wysokości słupa h i gęstości cieczy dHg= 13,579 g/cm3

34. JEDNOSTKI CIŚNIENIA paskal (Pa) N/m2 bar 1bar = 105 Pa atmosfera (atm) 1 atm = 101,325 kPa = 760 mmHg tor (Tr) 1 Tr = 133,32 Pa

35. energia materia UKŁAD OTWARTY możliwy jest przepływ materii i energii pomiędzy układem, a otoczeniem. Układ Otoczenie

36. energia materia UKŁAD ZAMKNIĘTY możliwy jest przepływ energii, a nie zachodzi wymiana materii pomiędzy układem a otoczeniem. Układ Otoczenie

37. energia UKŁAD IZOLOWANY nie ma wymiany materii i energii pomiędzy układem, a otoczeniem. materia Układ Otoczenie

38. ciepło energia - praca materia UKŁAD IZOLOWANY ADIABATYCZNIE nie zachodzi wymiana materii i ciepła pomiędzy układema otoczeniem, natomiast możliwa jest wymiana energii np. na sposób pracy. energia - praca energia - praca Układ Otoczenie

39. UKŁAD IZOTERMICZNY Układ pozostający w stałej temperaturze Tu = constant Układ Otoczenie

40. energia materia UKŁAD IZOTERMICZNY, ZAMKNIĘTY Badania biologiczne i chemiczne związane są przede wszystkim z układami zamkniętymi, izotermicznymi. Większość procesów zachodzi w stałej temperaturze, a eksperymenty można tak zaplanować, by nie następowała utrata materii w badanym układzie. Tu = constant Układ Otoczenie

41. ENERGIA WEWNĘTRZNA UKŁADU Jest to całkowita ilość energii w układzie, niezależnie od sposobu jej przechowywania (suma energii kinetycznej, potencjalnej, energii wiązania, energii odziaływań wewnątrz i zewnątrzcząsteczkowych, energii jądra i samej masy). U – energia wewnętrzna

42. ENERGIA WEWNĘTRZNA UKŁADU • Energia wewnętrznama określoną wartość dla określonego • układu w każdych ustalonych warunkach ciśnienia i temp. • Energii wewnętrznej nie można zmierzyć! • W termodynamice posługujemy się jedynie różnica U: U. 2 1  U U = ?

43. 1 U = 0 2 1 U > 0 +U – gdy energia układu wzrasta 1 2 U < 0 -U – gdy układ traci energię do otoczenia

44. PRACA I CIEPŁO Energię układu zamkniętego można zmienić tylko na dwa sposoby PRACA (W) CIEPŁO (Q) Przeniesienie energii w taki sposób, że może być ona wykorzystana do przesunięcia lub podniesienia w otoczeniu ciężaru na l lub h Przeniesienie energii następujące w wyniku istnienia różnicy temperatur układu i otoczenia [ J ] [ J ]

45. greckieen– w orazergon- praca Energia jest zdolnością wykonania pracy

46. JEDNOSTKI ENERGII (PRACY, CIEPŁA) - - SYSTEM SI vs. CGS 1 J 0,239 cal 1 cal 4,184 J

47. KALORIA kaloria (łac. calor – ciepło) - historyczna jednostka ciepła, Definiowana jako ilość ciepła potrzebna do podgrzania, pod ciśnieniem 1 atmosfery, 1 g czystej chemicznie wody o 1 °C od temperatury 14,5 °C do 15,5 °C

48. W energetyce w przeszłości używano kalorii jako jednostki ciepła. • Przykładowo, typoszeregi kotłów wodnych miały w nazwie moc cieplną podawaną w gigakaloriach na godzinę (np. kocioł WR-25 ma moc cieplną 25 Gcal/h). Obecnie moc tych urządzeń podaje się w megawatach. • 1 Gcal/h = 1,163 MW

49. FRYGORIA W chłodnictwie używana jest jednostka ciepła o nazwie frygoria (fg), która jest równa co do wartości kalorii międzynarodowej. |1 fg| = |1 cal|

50. PRACA CO2 CaCO3 CaO CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g)