Hemijska termodinamika
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 30

Hemijska termodinamika Poglavlje 2.1 Osnovni pojmovi Termodinamički sistem PowerPoint PPT Presentation


  • 188 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Hemijska termodinamika Poglavlje 2.1 Osnovni pojmovi Termodinamički sistem Termodinamičke osobine Stanje sistema Parametri stanja Termodinamička ravnoteža Termodinamički proces Energija Rad Toplota Prvi zakon termodinamike – Zakon o održanju energije.

Download Presentation

Hemijska termodinamika Poglavlje 2.1 Osnovni pojmovi Termodinamički sistem

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Hemijska termodinamika

Poglavlje 2.1

Osnovni pojmovi

Termodinamiki sistem

Termodinamike osobine

Stanje sistema

Parametri stanja

Termodinamika ravnotea

Termodinamiki proces

EnergijaRadToplota

Prvi zakon termodinamike Zakon o odranju energije


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Termodinamika: ispituje stanja materije preko energetskih veliina kao i energetske promene koje prate univerzalne procese u prirodi i vezu tih promena sa osobinama materije koja uestvuje u ovim promenama.

Termodinamika se bazira na dva fundamentalna zakona-

I i II zakonu, koji sumiraju ljudsko iskustvo pri konverziji

razliitih oblika energije.

Primenom relativno jednostavnih pretpostavki i definicija kao i dobro postavljenih matematikih postupaka mogu se razmatrati veoma sloeni sistemi i procesi koji se svode na relativno jednostavne probleme. Na taj nain se moe doi do rezultata od bitnog znaaja pre svega za prirodne nauke: hemiju, fiziku, fiziku hemiju i biologiju kao i za tehnike nauke i brojne specijalizovane oblasti. Sistematizovanjem eksperimentalnih podataka moe se predvideti principijelna mogunost za odigravanje nekog procesa.


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Primena:

U fundamentalnim naukama razmatranje energestkih promena u najrazliitijim sistemima i procesima. Tako u hemiji je na primer od znaaja da se odrede egzaktni uslovi za spontanost hemijskih reakcija i za uspostavljanje hemijske ravnotee.

U primenjenim naukama razmatranje

zagrevanja i hlaenja zgrada, efikasnot

maina, rad baterija, prenos energije u

biolokim sistemima, izolatori, provodnici

itd.

  • Nedostaci:

  • ne razmatra se struktura sistema niti mehanizam procesa

  • ne razmatra se brzina procesa jer vreme nije termodinamika promenljiva


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Termodinamika: Prouava put i nain promene energije gde se termo odnosi na toplotu a dinamika na put promene

(a) odranje energije

(b) pravac promene i molekulsku stabilnost


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Termodinamiki pojmovi

Termodinamiki sistem i okolina

Sistem: deo sveta koji je izabran za termodinamiko razmatranje. Ue govorei sistem je odreena koliina (ili koliine) neke supstancije (ili supstancija) koja nas interesuje. Sistem moe biti reakcioni cilindar, neka maina, elektrohemijska elija, iva elija...

Okolina: sve van sistema je okolina (merenja vrimo u okolini)

Definicija sistema zavisi od granica koje odvajaju sistem od okoline- tj. da li se energija i masa mogu razmenjivati groz granice sistema

Homogen sistem: skroz uniforman po svojim fizikim i hemijskim

osobinama tj. kada su mu sve osobine iste u svim delovima ili se

kontinuirano menjaju od take do take

Heterogen sistem: osobine se menjaju od take do take


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Otvoren: postoji razmena mase i energije iz

sistema prema okolini ili od okoline prema sistemu

Zatvoren : kada u toku neke promene stanja u

sistemu nema razmene supstancije sa okolinom,

tj. masa je konstantna, a dolazi samo da razmene

energije sa okolinom

Izolovan sistem : kada nema mehanikog i termikog kontakta izmeu zatvorenog sistema i okoline, to znai da nema razmene ni mase ni energije izmeu sistema i okoline kroz granice sistema


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Termodinamike osobine:

Ekstenzivne-zavise od koliine materije u sistemu

Primer: masa, zapremina, unutranja energija, entalpija

Intenzivne- nezavisne od koliine materije u sistemu

Primer: temperatura, pritisak, viskoznost, napon pare,

povrinski napon

Ekstenzivna osobina moe postati intenzivna odreivanjem jedinice

koliine materije koja se razmatra

Primer: zapremina, toplotni kapacitet

Stanje sistema je odreeno parametrima stanja.

  • koliina supstancije, n

  • pritiska, P

  • zapremina, V

  • temperatura ,T


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

  • termika-temperatura u svim

    delovima sistema ista

Termodinamika ravnotea-stanje sistema u kome se ni jedna termodinamika osobina ne menja

hemijska-hemijski sastav isti u svim delovima sistema

mehanika- nema makroskopskih

kretanja u sistemu ili sistema u

odnosu na okolinu


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Termika ravnotea

Nulti zakon termodinamike-Ako se posmatraju

sistemi A, B i C i ako su sistemi A i C kao i B i C

u termikoj ravnotei, tada moraju biti i A i B u

termikoj ravnotei jedan u odnosu na drugi

Dijatermiki zidovi dozvoljavaju prenos energije

u obliku toplote

Adijabatski zidovi kroz koje nema protoka energije


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Termodinamiki proces

predstavlja svaku promenu stanja sistema

Ako se promena stanja

  • Izobarski proces je promena stanja sistema pri konstantnom pritisku,

  • P=0. Na pV dijagramu proces je predstavljen horizontalnomlinijom

  • Izohorski proces je promena stanja sistema pri konstantnoj zapremini,

  • V=0. Na pV dijagramu ovaj proces je predstavljen vertikalnom linijom

  • Izotermski proces je promena stanja sistema pri konstantnoj

  • temperaturi, T=0. Krive u PV dijagramu suhiperbole-izoterme

  • Ciklini proces ili ciklus je promena stanja izmeu istog poetnog

    i krajnjeg stanja. Na pV dijagramu ovakav proces je predstavljen

    zatvorenom linijom.


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Endoterman proces-

u kome se apsorbuje

toplota

Egzoterman proces-

u kome se oslobaa

toplota

Endoterman proces u

dijatermikom sudu (c):

opadanje temperature okoline

Egzoterman proces u

dijatermikom sudu (d):

porast temperature okoline


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Rad, toplota i energija

Energija: sposobnost da se vri rad energija se moe razmenjivati

izmeu sistema i okoline u obliku toplote i rada. To je osobina sistema.

Jedinica: J (dul)

Rad: prenos energije koji se koristi za promenu visine tega u

okolini Na mikroskopskom nivou prenos energije u kome se koristi

ureeno kretanje molekula.

Toplota: prenos energije usled

razlike u temperaturi izmeu

sistema i okoline, u kome se koristi

heotino (termiko) kretanje

molekula

Rad i toplota nisu osobine sistema

i javljaju se samo pri promeni stanja

sistema. Jedinica J (dul)


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Znak promene energije, toplote i rada

Znak promene termodinamkih veliina odreen je dogovorom,

po konvenciji.

Znak se odreuje uvek sa aspekta sistema i to ako se datom

promenom stanja sadraj unutranje energije sistema poveava

znak promene je pozitivan a ako se sadraj unutranje energije

smanjuje znak je negativan

Rad i toplota kao oblici prenoenja energije imaju znak u skladu

sa ovom konvencijom

Rad koji sistem vri je negativan, wsis<0

Rad koji sistem prima je pozitivan, wsis>0

Osloboena toplota je negativna, qsis<0

Apsorbovana toplota je pozitivna, qsis>0


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Formulacija I zakona termodinamike

Zakon o odranju energije bio je relativno rano poznat, ali je vaio

samo za mehanike sisteme. Priroda toplote nije bila poznata.

  • Vezu izmeu toplote i mehanikog rada prvi zapazio je grof Rumford.

  • Eksperimenti Devija u vezi osloboene toplote pri trljanju dva komada

  • leda u vakuumu, bili su potpora Rumfordovim tvrdnjama.

  • Majer je teorijskim proraunima pokazao da postoji odreeni odnos

  • izmeu utroenog mehanikog rada i osloboene toplote. Ovaj odnos,

  • danas poznat kao mehaniki ekvivalent toplote, Majer je prvi odredio.

  • Dul je svojim mnogobrojnim eksperimentima i dokazao vezu

  • izmeu toplote i rada.


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Grof Rumford, (1753-1814)

Roen u Woburnu, Masausets. Dobar

deo ivota proveo u slubi Bavarske

vlade gde je i dobio titulu Grof svete

Rimske imperije. Najznaajniji doprinos

objanjenje prave prirode toplote.

On je zakljuio da se mehaniki rad

pri buenju topovskih cevi trenjem

transformie u toplotu, suprotno

kalorikoj teoriji o konzervaciji toplote.

Zakljuke do kojih je doao, Rumford

je iste godine izloio pred Kraljevskim

drutvom u Londonu opovrgavajui

kaloriku teoriju.

Benjamin Thomson


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Rumford je osnovao Kraljevski

institut u Engleskoj, ustanovio

Rumfordovu medalju Kraljevskog

drutva i osnovao Katedru hemije

na Harvardu.

Dao je mnoge praktine izume

kao to su kamin, centralno

grejanje, rerna, ekspres lonac

i dr.

Bio je kontraverzna linost, arogantan,

bez mnogo prijatelja. U ivotu su mu se ponavljali ciklusi uspona i

padova.


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Humfry Davy (1778-1829)

Devi je bio engleski hemiar koji je

gasove ispitivao udiui ih. Pokazao je

da hlorovodonik ne sadri kiseonik

i da je hlor element kome je dao ime

Najvie se bavio elektrohemijom.

Izveo je prvo elektrohemijsko

razlaganje, izolujui kalijum, barijum, stroncijum,

kalcijum i magnezijum. Pokazao je da elektrina

provodljivost zavisi od temperature, povrine i duine

provodnika.


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Julius Robert von Mayer (1814-1878)

Majer je bio sin apotekara a studije medicine

zavrio 1832. na Univerzitetu u Tibungenu.

Putovao je kao brodski lekar od Roterdama

do Jave. Bavio se preraunom koliine

energije oslobodjene sagorevanjem hrane.

Tako je prvi izraunao mehaniki

ekvivalent toplote, J=w/q (3,56J/cal).

Mada je njegov rezltat objavljen pet

godina pre Dulovog, Dul je proglasio da je

Majerov rezultat nita drugo do

neosnovana hipoteza.Majer je takoe utvrdio da je vitalni

hemijski proces neophodan izvorenergije ivih organizama.

Majer je pokuao samoubistvo i kraj ivota proveo u psihijatrijskoj

ustanovi.


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

James Prescott Joule(1818-1889)

Roen u Salfordu, Engleska, uio kod kue a od 14 godina

jednom nedeljno pohaao asove hemije kod Daltona.

Od 1838. poeo da izvodi eksperimente, a te godine objavio

prvirad. Pokazao da je osloboena toplota pri prolasku

struje kroz provodnik .

U dugoj seriji vrlo briljivih eksperimenata,

Dul je nastavio da meri pretvaranje rada u

toplotu na razliite naine: indukovanjem

elektrine struje u namotaju ice koji rotira

izmeu polova magneta, sabijanjem ili

irenjem vazduha, teranjem tenosti kroz

fine kapilare ili rotacijom lopatica u vodi i

ivi.


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Na osnovu Majerovog teorijskog rada i Dulovog

eksperimentalnog dolo se do zakljuka da postoji

ekvivalentnost izmeu utroenog rada, bez obzira na

njegovo poreklo i osloboene toplote.

Mehaniki ekvivalent toplote predstavlja

konaan i konstantan odnos izmeu izvrenog mehanikog

rada i prouzvedene toplote koji iznosi 4,1860 J/cal.

Toplotni ekvivalent mehanikog rada je odnos

izmeu utroene toplote i izvrenog rada i iznosi

0,2389 cal/J


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

Perpetuum mobile I vrste

U vreme Dula i Majera, veliki broj naunika se

bavio i pokuajima stvaranja energije odreene

vrste bez utroka ekvivalentne koliine energije

druge vrste. Takva maina koja bi proizvodila

mehaniki rad neprekidno, bez utroka energije iz

nekog spoljanjeg izvora predstavlja tzv.

perpetuum mobile I vrste. Praksa je pokazala,

naravno, da je nemogue stvoriti takvu mainu.


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

I zakon termodinamike

1847. Helmholc (H. Helmholtz, 18211894) je

pokazao da su nemogunost perpetuum mobila I

vrste i ekvivalentnost mehanikog rada i toplote

samo aspekti jedne opte generalizacije koja je

postala poznata kao I zakon termodinamike.

Helmholc je takoe, ovaj zakon postavio na bolju

matematiku osnovu. Ovo je jedan od

fundamentalnih zakona, primenljiv na sve prirodne

pojave, od koga nema izuzetaka.


Hermann ludwig ferdinand von helmholtz

HermannLudwigFerdinandvonHelmholtz

, , , 1894. .

1821-1894


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

, , , , , , .


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

  • 1851. .


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

1880. 1882. . Gibbs-Helmholtz- ,


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

I zakon termodinamike

Energija se ne moe stvoriti ili unititiali se moe

prevoditi iz jednog oblika u drugi.

Kada je koliina jedne vrste energije stvorena, tano

ekvivalentna koliina druge vrste ili vrsta mora biti

utroena. Stoga ukupna energija nekog izolovanog

sistema mora ostati konstantna, mada energija moe

prelaziti iz jednog oblika u drugi. Ovo je postulat koji

se ne dokazuje matematiki, ali iskustvo potvruje

da je ispravan.


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

P

2

1

V

I zakon termodinamike

Jednaina je matematiki izraz

I zakona termodinamike prema kome je:

(a) Toplota i rad su ekvivalentni oblici energije i

predstavljaju samo nain promene unutranje

energije

Ako se zatvoren sistem menja iz stanja 1 u 2 i ako je jedina interakcija sistema sa okolinom u obliku prenoenja toplote q na sistem ili rada w na sistem, tada je promena unutranje energije sistema:

U = U2 U1 = q + w

Prema ovoj jednaini je promena u unutranjoj energiji zatvorenog sistema jednaka energiji koja prolazi kroz granice sistema kao rad i toplota.


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

I zakon termodinamike

Alternativni izraz I zakona termodinamike:

U bilo kom termodinamikom procesu, unutranja

energija univerzuma (izolovanog sistema), mora biti konzervirana (konstantna) poto energija ne moe biti ni stvorena ni unitena

Ovo sledi iz gornjeg zakljuka da je nemogue

konstruisati perpetuum mobile I vrste


Hemijska termodinamika poglavlje 2 1 osnovni pojmovi termodinami ki sistem

P

2

1

V

I zakon termodinamike

Ukupna promena unutranje energije u ciklusu je

jednaka zbiru promene unutranje energije na

prvom i drugom putu:

i jednaka je nuli jer se sistem vraa u poetno

stanje

Prvi zakon izraen za beskonano malu promenu

stanja sistema je oblika:

dU = q + w


  • Login