Теплоємність – це кількість теплоти, яка необхідна для нагрівання одиниці маси речовини на 1 К. Розрізняють питому і молярну теплоємності.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Теплоємність – це кількість теплоти, яка необхідна для нагрівання одиниці маси речовини на 1 К. Розрізняють питому і молярну теплоємності.

Питомою теплоємністю називається кількість теплоти необхідна для нагрівання одиниці маси речовини на 1 К, а молярною теплоємністю – кількість теплоти, необхідна для нагрівання одного моля речовини на 1 К.

У залежності від умов нагрівання або охолодження речовини розрізняють теплоємність при постійному об’ємі С_v і теплоємність при сталому тиску С_р.

Розрізняють істинну та середню теплоємності. Істинною молярною теплоємністю називається відношення нескінченно малої кількості теплоти, яку необхідно підвести до 1 моля речовини, до нескінченно малого приросту температури, який при цьому спостерігається:

,

де С – молярна теплоємність, Дж/(моль×К).

Середньою молярною теплоємністю в інтервалі температур від Т₁ доТ₂ називається відношення кінцевої кількості теплоти, підведеної до одного моля речовини, до різниці температур Т₂-Т₁:

;

Кількість теплоти, надана тілу при постійному об’ємі, рівна приросту внутрішньої енергії тіла . Кількість теплоти, надана тілу при постійному тиску, рівна приросту ентальпії тіла . Звідси для істинної молярної теплоємності при постійних об’ємі і тиску отримуємо вирази:

; .

Якщо вказано сталий об’єм або тиск, то для n молей речовини:

при V=const ;

при Р=const .

Або в інтегральній формі:

; .

Якщо теплоємність розглядається в інтервалі температур, то інтегруючи отримаємо:

; .

У розрахунках С_р визначають за дослідними даними С_v і навпаки. Для цього треба знати різницю теплоємностей С_р - С_v.

;

для 1 моля речовини:

.

Для твердих і рідких тіл різниця С_р - С_v маленька, так як їх об’єм майже не змінюється при підвищенні чи пониженні температури. Для газів ця різниця дуже велика.

Внутрішня енергія ідеального газу не залежить від об’єму і тиску.

; Дж/(моль×К)

Тепловим ефектом DН хімічної реакції називається кількість теплоти, яка виділяється або поглинається при незворотному протікання реакції, коли єдиною роботою є тільки робота розширення.

Для процеса, що протікає при р=const:

; .

де Dn – приріст числа молей газоподібних речовин в результаті протікання хімічної реакції.

Тепловий ефект хімічної реакції () дорівнює різниці сум теплот утворення () продуктів реакції та вихідних речовин з врахуванням стехіометричних коефіцієнтів:

.

Ентропія хімічної реакції дорівнює різниці сум ентропій продуктів реакції та вихідних речовин з врахуванням стехіометричних коефіцієнтів:

.

Дослідні значення теплоємності при різних температурах представляють у вигляді інтерполяційних рівнянь:

, або .

де - коефіцієнти.

Для знаходження середньої молярної теплоємності в даному інтервалі температур застосовують формулу:

;

;

.

Звідси: ; ,

де DС_р і DС_v – зміна молярної теплоємності в результаті протікання процесу при р=const або p=const.

Якщо зміна теплоємності DС_р під час процесу додатня, то і тепловий ефект з ростом температури стає більш додатнім:

при >0 >0;

і навпаки: при <0 <0;

якщо теплоємність не змінюється =0, то =0 і DН=const.

Для знаходження теплового ефекту процесу DН₂ при Т₂ (р=const), якщо відомий тепловий ефект процесу DН₁ при Т₁ треба про інтегрувати рівняння Кірхгофа:

;

Коли а= : або .

Використавши рівняння:

отримаємо:

;

.

Ентропія S – міра безпорядку або хаосу системи. Для оберненого рівноважного процесу:

;

Об‘єднаний вираз першого і другого законів термодинаміки:

.

Для рівноважного процесу (Т=const):

де - теплота фазового переходу; Т – абсолютна температура фазового переходу.

При С_v=const: ;

При С_р=const: ;

Ентропія при будь-якій температурі:

;

.

Про напрям процесу і рівновагу в системі при постійному тиску і температурі судять по енергії Гіббса (G).

;

Рівноважний стан відповідає мінімуму енергії Гіббса, умовою рівноваги при постійному тиску та температурі буде .

; .

Приріст енергії Гіббса:

;

;

.

На рівноважну систему впливає тиск, що виражається рівнянням:

;

коли Dn_газ.=0 – тиск не впливає на систему; Dn_газ.<0 – із ростом тиску константа рівноваги збільшується, тобто рівновага зсувається в бік вихідних речовин.

Рівняння ізобари дозволяє передбачити і оцінити залежність константи рівноваги від температури. При DН>0 тепловий ефект реакції додатній – реакція ендотермічна і з ростом температури константа рівноваги такої реакції збільшується, рівновага зсунеться вправо. При DН<0 – реакція екзотермічна, з ростом температури константа рівноваги зменшується і рівновага зсунеться вліво.

Вплив тиску на перебіг реакції виражаєть рівнянням Планка:

. (13)

Якщо >0, то <0 і при підвищенні тиску константа зменшується, тобто рівновага реакцї зсунута в напрямі утворення вихідних реагентів.

Якщо <0, то >0 і при підвищенні тиску константа зростає, тобто рівновага реакцї зсунута в напрямі утворення продуктів реакції.

Якщо =0, то не залежить від тиску, тобто зміна тиску не впливає на напрям протікання реакції.

Дата добавления: 2015-10-21