Термодинамические параметры. Внутренняя энергия и энтальпия. Первый закон термодинамики

Термодинамика изучает переходы энергии из одной формы в другую, от одной части системы к другой в различных процессах; пределы самопроизвольного течения процессов в данных условиях.

Химическая термодинамика изучает зависимости термодинамических свойств веществ от их состава, строения, условий существования, термодинамические явления из области химии.

Термодинамические свойства

Интенсивные:

• Температура (T, K);

• давление (p, Па);

• состав (концентрации веществ);

• внутренняя энергия (U, Дж/моль);

• энтальпия (H, Дж/моль);

• энтропия (S, Дж/(моль·К));

• энергия Гиббса (G, Дж/моль);

• теплоёмкость (C, Дж/(моль·К)).

Экстенсивные:

• объём (V, м3);

• внутренняя энергия (u, Дж);

• энтальпия (h, Дж);

• энтропия (s, Дж/К);

• энергия Гиббса (g, Дж);

• теплоёмкость (c, Дж/К).

Энтальпия, энтропия, теплоемкость и энергия Гиббса относятся и к интенсивным и к экстенсивным, в зависимости от расчета. В случае расчета на молярную массу для конкретного вещества вещества – интенсивные.

Внутренняя энергия системы (обозначается u) — полная энергия системы за вычетом кинетической энергии системы как целого и потенциальной энергии системы во внешнем поле сил. Внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул (), потенциальной энергии () взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии (): u = + + .

Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы.

Следовательно, изменение внутренней энергии (Δu) при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности значений внутренней энергии в этих состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход:

Эндотермический процесс ΔU = U2 – U1 > 0 U2 > U1.

Экзотермический процесс ΔU = U2 – U1 < 0 U2 < U1.

Энтальпия – это количество энергии системы или материального тела, которая доступна для преобразования в теплоту при определенной температуре и давлении. Для произвольного количества вещества , где pv – потенциальная энергия системы. Для 1 моля вещества

Энтальпия – функция состояния ΔH = H2 – H1 = U2 + pV2 – U1 – pV1 = (U2 – U1) + p(V2 - V1) = ΔU + pΔV

ΔH = ΔU + pΔV.

Эндотермический процесс ΔH = H2 – H1 > 0 H2 > H1.

Экзотермический процесс ΔH = H2 – H1 < 0 H2 < H1.

Первый закон термодинамики

Количество теплоты, поступающей в систему (покидающей систему), расходуется на изменение внутренней энергии системы и совершение работы.

Является частным случаем закона сохранения энергии, применяемым к макросистемам. Математическая форма: .