Kap Kemisk Termodynamik

Transkript

1 Kap Kemsk emdynamk 7.1 Fösta huvudsatsen emdynamk: Vämets öelse, läan m enegns fme ch mvandlnga Eneg: Sthet sm medfö fömåga att utätta abete Abete (w): w F dx elle dw F dx (Pcess sm lede tll öelse mt mtktad kaft) V ha specellt yck-vlymsabete: F F -F x x A Ex: p ext knst, V f >V w -p ext (V f V ) -p ext V V > 0 w < 0 Systemet utfö abete på mgvnngen V < 0 w > 0 Omgvnngen utfö abete på systemet emdynamskt tllstånd: llstånd sm defneas av vädena på dess vaable såsm p, V ch. Ine eneg (U): U E pt + E kn D.v.s. ne enegn U fö ett system av mlekyle ä summan av mlekylenas lägesenege ch öelseenege. emsk eneg: knetska enegn fö patklanas slumpmässga öelse empeatu kan defneas sm ett mått på den genmsnttlga (slumpmässga) knetska enegn, exempelvs fö ett system av patkla: 2 3 v k m B 2 2 w V f p ext dv dw F dx p ext Adx p ext dv Väme (q): Flöde av temsk eneg V 1 2

2 syst. mg. q q q > 0 : fån mg. tll system: endtem q < 0 : fån system tll mg.: extem adabatsk pcess: pcess dä q 0 datemsk pcess: pcess dä system mgvnng stemsk pcess: pcess dä knstant emdynamkens fösta lag elle 1:a Huvudsatsen: U w + q Altenatvt uttyckt: Enegn bevaas Revesbel pcess: En pcess dä en nfntsmal ( mycket lten) ändng av (en av) systemets paameta kan ända ktnng på pcessen. Ske unde jämvktsföhållanden. Lte fle lka defntne: system: det v mäte på mgvnng: esten av unvesum Ex: Revesbel expansn av deal gas fån V tll V f en stemsk pcess ( knst) dä: p ext p (gasens eget tyck, sm vaea nä V ändas) emdynamsk jämvkt: systemet sägs befnna sg ett jämvktstllstånd fall m systemet skulle fkpplas fån mgvnngen så ändas nte egenskapena (exv U,, p etc.) sleat system: kan nte utbyta massa elle eneg med mgvnngen ( q 0, w 0, U 0) temskt sleat : kan nte utbyta väme med mgvnngen, q 0 3 4

3 Betakta en pcess dä p p ext knst. ( knstant-p-pcess ): w p V q q p (subskptet betyde att p knst) U q + w q p p V q p U + p V Infö en ny sthet, entalp H, sm defneas: H U + pv Vtsen: m knstant-p-pcess så ä: H U + (pv) U + p V q p H d.v.s. entalpändngen ä den väme sm åtgå elle fgös fö en kemsk eaktn vd knstant tyck. Anm: V knstant: (w 0 ) q V U Vämeflöde tll systemet kan saka en tempeatuöknng : q C C vämekapacteten (lka fö lka ämnen) 7.4 emkem emkem: Studet av msatt väme vd kemska eaktne Kemsk eaktn: atme tllstånd () atme tllstånd (k) H H k Anm: Kemsk eaktn dä n ml gas bldas (nett): H U + (pv) U + (nr) H U + n R 5 H H k - H Altenatvt uttyckt, m v ha eaktnen: eaktante pdukte så ä eaktnsentalpn ( H elle H xn elle H ): H H(pdukte) H(eaktante) dä H(pdukte) ä summan av pduktenas entalpe etc. 6

4 Standadtllstånd: llståndet fö det ena ämnet vd tycket 1 ba ch en vss tempeatu (vanlgen K) Standadentalp: Entalpn fö standadtllståndet H Standadbldnngsentalp: Entalpskllnaden fö bldnng av ena ämnen deas stabla tllstånd vd p 1 ba ch tempeatuen fåga elatvt gundämnena deas standadtllstånd. Betecknng f H elle H f H 2 (g,p ) + ½ O 2 (g,p ) H 2 O(l) Dessutm gälle Hess lag: En eaktns H kan skvas sm en summa av möjlga deleaktnes H. Ex: H fö C(s) + O 2 (g) CO 2 (g)? C(s) + ½O 2 (g) CO(g) H kj/ml CO(g) + ½ O 2 (g) CO 2 (g) H kj/ml C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) H H 1 + H kj/ml Standadeaktnsentalp H : eaktante (R) pdukte (P) n 1 R 1 + n 2 R 2 + m 1 P 1 + m 2 P 2 + H pdukte m f H m (P ) eaktante n f H m (R ( H entalpändng pe ml ) m ) 7 8

5 8.1-2 Fölpps ktnng Betakta två system med lka sm fös hp tll ett system med datemsk skljevägg: q A B A > B Samma temp Däemt bseveas nte: A B A B Odnng gynnas på dnngens bekstnad 1:a HS säge ngentng m pcessens ktnng, baa att enegn bevaas Betakta gasexpansn: Studsbll A > B H > 0 Ba(OH) 2 (s)+2nh 4 NO 3 (s) Ba(NO 3 ) 2 (s)+2h 2 O(l) + 2NH 3 (aq) Spntan! VI behöve en tll temdynamsk lag, 2:a huvudsatsen, sm ska svaa på fågan: Vad ske spntant? 9 10

6 Dela upp Unvesum ett lkalt system (sm v stax kt ch gtt skall kalla fö systemet ) ch mgvnngen: mgvnngen systemet Entp sthet sm ha någt att göa med dnng. Betecknng: S 2:a Huvudsatsen: Fö entp gälle I. S unv > 0 fö spntan pcess II. S unv 0 fö evesbel pcess III. S (fö lkala systemet) ä en tllståndsfunktn dä S unv S + S mgvnng (S S lkal ) S kan elateas tll mätbaa sthete va två lka väga: 1. Statstk (Bltzmann 1896) S k B ln(w) W antalet sätt på vlket tllståndet kan ealseas 11 12

7 2. Enegetk (emdynamsk defntn) Defntn av entp S fö systemet: evesbel Om knstant unde hela pcessen: Mtveng: S q Fö mgvnngen gälle: evesbel llföt väme öka dnngen Läge temp. medfö stöe öknng fö samma tllföda vämemängd mgv mgv mgv dä mgv fö den pcess sm genmfös. 8.3 emdynamkens tedje lag 3:e Huvudsatsen: Fö alla ämnen sm ä pefekta kstalle ä S 0 vd 0. S > 0 vd höge ch/elle cke-pefekta kstalle 3:e HS Absluta väden på S() kan ehållas Standadentpe S () (ent ämne vd 1 ba) Standadeaktnsentpe: S pdukte m S (P ) eaktante n S (R ) Fö en spntan pcess (dä mgv ): unv + mgv > 0 unv unv + + > mgv > 0 > 0 Clausus lkhet 13 14

8 8.4 F eneg Antag system temsk jämvkt med mgvnngen vd knst, p knst dh Clausus lkhet: dh dh 0 Defnea Gbbs Fa Eneg: G H S Infntsmal föändng (knst, pknst): dg dh ( ) dg 0 fö spntan (dg < 0) elle evesbel/j.v. (dg 0) pcess ( ) Fö fullständga spntana (<) elle evesbla () pcesse: G 0 15 En fyskalsk nneböd hs f eneg: w add,max G dä w add,max ä det maxmala abetet utöve pvabetet (pknst). Standadbldnngs-Gbbs fa enege f G : G elatvt ena gundämnena deas stabla fase vd tycket 1 ba Reaktne: G (elle G xn ) G H S G så stt ch negatvt sm möjlgt m: H stt ch negatvt (extem) S stt ch pstvt (dnngen systemet öka) G kan vaa negatvt (d.v.s. spntan pcess) även m H ä pstvt (endtem) m S ä pstvt ch ä tlläcklgt högt. G kan vaa negatvt (d.v.s. spntan pcess) även m S ä negatvt (dnngen mnska systemet) m H ä negatvt (extem) ch ä lågt. 16

9 10.3 G :s elatn tll jämv. knst. K Betakta exempelvs gasfaseaktnen: b B (g) + c C (g) d D (g) + e E(g) Om man vll ha G fö anda (patal)tyck än standadtycket 1 ba (såsm en blandnng): dä G G + R lnq Q p p d D b B p p e E c C Vd jämvkt (V) ä G 0 ch Q K 0 G + R ln K G R ln K 17