We własnym zakresie próbuję sie oswoić z termochemią. Czytam podręcznik do liceum z Nowej Ery i jakoś tak mniej więcej rozumiem. Jednak trochę tam używają przy skomplikowanego języka-nie tłumaczą tego tak po prostacko, by mój chłposki rozum był w stanie to połapać bez kucia się regułek.
Proszę was o jasne, przejrzyste i proste wytłumaczenie entalpii, entropii, entalpii swobodnej, funkcji stanu, energii swobodnej i zasad termodynamiki. Dzięki za wszelką pomoc.

entalpia - ile energii jest w układzie
entropia - jak wielki bałagan jest w układzie
entalpia swobodna - miara "chęci" zachodzenia jakiegoś procesu
funkcja stanu - w zasadzie nie musisz tego wiedzieć - jest to taka wielkość związana z układem, która nie zależy od tego, co się z nim wcześniej działo - zależy tylko od jego stanu w danej chwili.
energia swobodna = entalpia swobodna (przynajmniej tak mi się wydaje)

Zasady termodynamiki:
zasada 0: Jeśli ciało A jest w termicznej równowadze z ciałem B, a ciało B z C to A z C też.
zasada 1: Energia jest niezniszczalna oraz nie można jej zrobić (zasada zachowania energii)
zasada 2: Wszystkie procesy powodują zwiększenie bałaganu we wszechświecie.
zasada 3: Nie można osiągnąć zera absolutnego (najwyżej temperatury bardzo do niego zbliżone).

Może te opisy nie są zbyt poprawne naukowo, ale mniej więcej wyjaśniają o co chodzi

Uściślając, entalpia swobodna jest w literaturze anglojęzycznej nazywana energią swobodną Gibbsa, tzw. Gibbs free energy.

Skoro wyjaśnio to już prosto [ i zrozumiano:) ] to warto troche uściślić.

układ - wybrany obiekt, "coś pomyślane" np. wnetrze kolby z zawartością, gaz w pojemniku
otoczenie - reszta świata
paramert stanu układu - wielkość fizyczna która go charakteryzuje np. objętość, temperatura, ciśnienie, stężenie, ilość, inne

Istnieje zasada, że aby jednoznacznie określić term. stan układu należy podać ilości składników i dodatkowo dwa parametry stanu(reguła Duhema).
Więc np. mol gazu o T=300K i P=10^5Pa wtedy V nie trzeba podawac bo wynika ona z poprzednich parametrow.

funkcje stanu - ich zmiennymi są parametry stanu a więc np. P, V, T ich zmiany mają w określonych warunkach sens fizyczny. Entalpia, entropia, entalpia swobodna to właśnie funkcje stanu.

Entalpia to taka funkcja ktorej zmiana w warunkach stałego ciśnienia(P=constans) jest równa ciepłu przemiany. Ponieważ procesy chemiczne są przeważnie prowadzone pod stałym P jest ona utożsamiana z ciepłem reakcji a zatem endo i egzotermicznością.
Więc jeżeli entalpia przemiany(jej zmiana w wyniku przemiany) np. reakcji chemicznej albo miesznia kwasu z wodą jest silnie ujemna a taki proces prowadzony jest pod stałym P to w jego wyniku wydzieli się dużo ciepła. Silnie ujemne są np. entalpie spalania. Mieszanie niektórych soli z wodą charakteryzują się dodatnią entalpią i skutkiem jest ochłodzenie takiej mieszaniny.

entalpia swobodna(G) - z pewnych matematycznych przekształceń(IIzasada termodynamiki i definicja tej funkcji) wynika, że dla warunków T,P=constans maleje ona dla procesów samorzutnych i w punkcie równowagi osiąga wartość najmniejszą to oznacza ze zmiana G (wartość "po" - warość "przed") dla procesów samorzutnych musi być ujemna.
Decyduje ona(w T,P=constans) o położeniu punktu równowagi tzn. czy reakcja zajdzie w danym kierunku i jak daleko zajdzie. Żeby reakcja wogóle zaszła, zmiana tej funkcji musi być ujemna a żeby zaszła daleko w kierunku produktów musi być znacznie ujemna. Dla innych warunków istnieją inne funkcje np. dla T,V=constans jest energia swobodna (F). Jednak procesy chemiczne przeważnie są prowadzone w P=const i T~const stąd popularność G.
Uwaga: Zmiana G nie mowi nic o kinetyce tzn. jak szybko reakcja zachodzi to zalezy nie od roznicy w energiach substratow i produktow lecz od energii aktywacji.

I zasada termodynamiki to tak na prawde postulat o energii wewnetrznej mówi że układ charakteryzuje pewien zasób energii, który może wymieniać z otoczeniem na sposób ciepła lub pracy deltaU=Q+W U-energia wewnętrzna(jeszcze jedna funkcja stanu) Q-ciepło W-praca.
Tak więc energia nie powstaje, nie znika lecz jest wymieniana z otoczeniem na dwa odmienne sposoby(tak jak wymiana kasy między Tobą i sklepem na dwa sposoby albo gotówką albo kartą płatniczą). [pomijane są sprawy wymiany E za pośrednictwem kwantów światła itp. ale nie jest to na użytek std. chemii potrzebne]

II zasada termodynamiki mówi o tym, że procesy w przyrodzie zachodzą w okreslonym kierunku a nie "jak im się podoba". Procesy zachodzą wtedy gdy rośnie w ich wyniku entropia. [tutaj się nie zagłebiam bo to dość zawiłe jest, potrzebna matematyka i definicja procesu odwracalnego] W każdym razie z tej zasady wyprowadzone są zależności mówiące o tym, że G ma maleć dla T,P=constans o czym pisałem wcześniej.

III entropia w OK jest równa 0 ale odnosi się to do nieistniejącego kryształu doskonałego

Sychu, normalnie jesteś gość...
Respekt i pozdrawiam - daniel90

Tylko tego nie rozumiem, możesz rozwinąc skrót OK?

P.S. Kandydat na gwiazdkę

Entropia 0, oznacza całkowite uporządkowanieu układu, tj w kryształe w zerze absolutnym, jednak takiej temp. nie można uzyskac, jedynie temp jej bliskie ( z tego co pamietam w 0 K ustają wszelkie drgania cząsteczek)

Tu chyba chodzi, że to jest podobne do "okeja" a to jest zero Kelwinów


Tak coś było, ale właśnie jak się zgłebić w mechanikę kwantową, to nie jest do końca prawda.
Ponadto poczytajcie sobie o ujemnych temperaturach (poniżej 0 K). Dosyć ciekawe.

0K to oczywiście 0 kelwinów.

Rozwijając myśl...
Kryształ doskonały - to taki bez defektów sieciowych a drobiny zorientowane są w nim w taki sposób aby energia wewnętrzna była minimalna. Czyli w sieci krystalicznej nie ma dziur, nie ma innych czasteczek tylko jeden rodzaj.

makrostan - to taki stan w jakim znajduje się układ czyli jego postać, temperatura, objętość, itp. Dowolna przemiana to przejście z jednego makrostanu w inny.

Mówimy o zasobie energii czasteczek układu pomijając energie zamkniętą w nich samych(wiązania, wiązania nukleonów). Na tą E składają się translacje(ruch w 3 kierunkach), rotacje(obrót cząsteczki), oscylacje(odwracalne zmiany długości lub kątów wiązań), energia elektronowa, - z dużym przybliżeniem to wszystko. Nawet w stanie równowagi termicznej ta energia może być różnie rozdystrybułowana między drobiny(np. w wyniku zderzeń przekazują sobie one energie). Chwilowe stany kwantowe(osc, rot, trans, E el. to wszystko wielkości skwantowane) wszystkich drobin tworzą mikrostan. Ale takich mikrostanów może być wiele i dalej będą realizowały taki sam makrostan. Tzn. cząsteczka 1 zderzyła się z cząsteczką 2 i przekazała jej energie. Ale zarówno stan "przed" jak i "po" odpowiada takiemu samemu stanowi "na zewnątrz układu". Istnieje pewna liczba mikrostanów dla danego makrostanu(realizująca go) która nazywa się P-prawdopodobieństwo termodynamiczne.
Entropia(w ujęciu molekularnym) to nic innego jak miara liczby tych mikrostanów a więc sposobów podziału energii między drobiny realizujące dany makrostan.
S=K*LnP K-stala Boltzmana
Ufff teraz będzie prościej Gdy maleje temperatura cząstki osiągają coraz bardziej podstawowe stany kwantowe, maleje zasób energii a więc i liczba sposobów jego podziału - maleje entropia. W 0K wszystkie stany kwantowe są podstawowe(co nie oznacza że zasób E jest równy 0 bo np. w stanie podstawowym Eosc, Eel nie sa równe 0). Skoro tak to istnieje tylko jeden sposób podziału tej energii między drobiny. P=1 --> lnP=0 --> S=0
Juz sama krystalizacja blokuje translacje i praktycznie rotacje.
Temperatura 0K jest hipotetyczna(doświadczalnie nieosiągalna).

W praktyce mamy do czynienia z izotopami, które są w sensie termodynamiki roztworami. Taki układ nie będzie miał S=0
Oraz różne zahamowania kinetyczne np. przechodzenia orto-wodoru w parawodór albo zahamowanie krystalizacji i tworzenie szkliw.
III zasada termodynamiki odnosi się więc do hipotetycznych warunków.

Witam.

Dorzucę jeszcze coś o entalpii swobodnej, pozwala ona nam określić kierunek przepływu reakcji,
jeśli G>0 to reakcja nie zachodzi samorzutnie, tzn. substrat jest trwały, reakcja zachodzi w lewo.
jeśli G=0 wtedy masz stan równowagi w reakcji,
jeśli G<0 reakcja zachodzi samorzutnie,

zależność między entropią, entalpią i energią Gibbsa (entalpią swobodną):
deltaG= deltaH - T*deltaS
deltaH- zmiana entalpii
deltaS- zmiana entropii
T- temperatura

Entolpię swobodną używamy dla p=const
jak łatwo zauważyć, gdy reakcja jest w równowadze entalpia jest równa iloczynowi temperatury i entropii.
Dzięki zasadom termodynamiki możemy określić kierunek przepływu reakcji oraz jak daleko ona zajdzie w zależności od warunków.
No to chyba tyle w takim szybkim i chyba łatwym skrócie.

pozdrawiam.

należałoby dodać - bo cały wszechświat jest cieplejszy niż OK

czemu piszecie wielkie "O" zamiast 0 (zero) ?

Witam.

Ja tam piszę 0 jako 0, a O jako O.
Z tego co wiem to nie uzyskano jescze temperatury równej 0K. Zawsze brakowało jakiegoś tam miejsca po przecinku, tej jednej milionowej. Raczej nie zanosi się na to, iż zmierzą 0K, bo mieć to może mieli, ale zmierzyć nie da rady .

daniel90 pisze:


Nie słyszałem o tym, ale postaram się sprawdzić. Zaintrygowałeś mnie. Chociaż wydaje mi się, że to są takie bardzo hipotetyczne rozważania.

pozdrawiam.

Sychu równy gość z Ciebie rozjaśniłeś mi tą czarną dziure respect dla Ciebie