4 ДӘріс. Химиялық термодинамикаға кіріспе. Негізгі термодинамикалық (ТД) ұғымдар: тд жүйесі(система), химиялық фаза және компонент, гомо және гетерогенді жүйелер, тд параметрлер мен функциялар. Термодинамиканың бірінші заңы

Система гомогендік немесе гетерогендік болып бөлінеді.

өзін қоршаған ортаға байланысты системаны оқшауланған, жабық, ашық деп бөледі.

Бұл шектеулердің бәрінен бос системаларды ашық система деп атайды (тірі организмдер, т.б.). Ашық системаның массасы да, энергиясы да азая да көбейе де алады.

Егер системаның құрамы мен қасиеттері өте ұзақ уақыт ішінде өзгермейтін болса, система тепе-теңдікте тұр деп есептейді (жабық системалар).

Система күйінің термодинамикалық параметрлері

Күйдің термодинамикалық параметрлері деп системаның күйін сипаттайтын кез-келген шаманы айтады (Т, Р, V, U, H, S, т.б.). Берілген системаның күйін сипаттау үшін берілген жағдайда кейбір термодинамикалық параметрлердің саны жеткілікті. Оларды тәуелсіз параметрлер деп атайды, қалғандары осы тәуелсіз параметрлердің функциялары деп қарастырылады.

Тәуелсіз термодинамикалық параметрлер етіп, көбіне тікелей өлшеуге болатын параметрлерді таңдайды, мысалы: Т, Р, V, концентрация, т.б. V = f(T,P). T = f(V,P).

Күй теңдеуі. Тыныштықта тұрған қарапайым системаның күйі үш параметрмен анықталады деп есептейік: V, T, P.

f(P, V, T) = 0 (1.1)

мұндағы Р – қысым, V – көлем, Т - температура.

Күй параметрлерін бір-бірімен байланыстыратын теңдеулерді күй теңдеулері деп атайды. Термодинамикалық параметр системаның қазіргі берілген сәттегі күйін сипаттайды, ол күйге қалай жеткенінен хабар бермейді. Осыдан өте маңызды салдар шығады. Система бір күйден екінші күйге өткенде оның қасиеттерінің өзгеруі өту әдәсәне тәуелді емес, тек бастапқы және соңғы күйлеріне ғана тәуелді.

Система қасиетінің өзгеруінің өту әдісіне тәуелсіздігін математикалық түрде былайша айтуға болады: қасиетінің шексіз аз өзгерісі – толық дифференциал. Мысалы (1.1) – теңдеудің негізінде системаның көлемін температура мен қысымның функциясы деп жазуға болады.

V = f(Р, Т) (1.2)

Екі айнымалысы бар функцияның толық дифференциалын таббатын болсақ:

(1.3)

Көлем шексіз өте аз шамаға өзгергенде толық дифференциал алынады.

1 күйден 2 күйге өткендегі система қасиетінің толық өзгерісі шексіз аз өзгерістердің қосындысымен анықталады:

(1.4)

өздеріңізге белгілі, толық дифференциалдың интегралы интегралдау жолына тәуелсіз.

Тек қана системаның күйіне байланысты мәні өзгеретін термодинамикалық функцияларды күй функциялары деп атайды және олардың процесс кезінде өзгеруі системаның бастапқы және соңғы күйіне ғана байланысты. Ол қандай әдіспен өтуіне тәуелді емес, яғни Х = Х₂ – Х₁, Х₁ – белгілі бір параметрдің процесс басталғандағы, Х₂ – процестің соңындағы мәндері.

Жұмыс-жұмыс атқаратын системадан үстінен жұмыс жүргізілетін системаға энергия берудің бір түрі болып табылады.

Жұмыс екі шамамен анықталады:

1. 
   интенсивтік фактор (ИФ) – шамасы массаға тәуелсіз
   
2. 
   сиымдылық (экстенсивтік) фактор (СФ).
   

Егер интенсивтік фактор берілген процесте тұрақты болса жұмыс интенсивтік факторы мен сиымдылық (экстенсивтік) фактордың өзгеруінің көбейтіндісіне тең. Мысалы, газдың сыртқы қысымға қарсы ұлғаю жұмысы

А= РV (1.5)

Р – интенсивтік фактор, V – сиымдылық (экстенсивтік) фактор.

(1.5) теңдеуден элементарлық жұмыс:

A= pdV (1.6)

Жалпы жұмысты (процестің соңындағы) табу үшін (1.6) - өрнекті интегралдау керек:

(1.7)

Жұмыс күй функциясы бола алмайды. Жұмысты системаның қасиеті деп есептеуге болмайды, яғни системаға белгілі бір жұмыстың қоры тән деп айта алмаймыз.

Кинетикалық энергияны берудің басқы түрі – жылу. Жылу – термодинамикалық түсінікте энергия берудің микрофизикалық процестерінің жиынтығы. Бір дененің молекулаларының энергиясы басқа дененің молекулаларына жанасқанда беріледі. Жылу процестің жолына тәуелді. Сондықтан дене 1 күйден 2 күйге өтуі үшін жылудың белгілі мөлшері керек деп айта алмаймыз.

Сонымен жылу және жұмыс энергия берудің бірдей емес түрлері, олар системаның 1 күйден 2 күйге өту жолына тәуелді.