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

1 –күйден 2-күйге көшу процесінде система өзін қоршаған ортамен жылу энергиясымен (q) және механикалық энергиямен (А) алмасады.

Басқа да анықтамалар беруге болады.

I - заң мәңгілік двигатель (қозғағыш машина) болмайтынын көрсетеді. Ондай машина үнемі өзі жұмыс істеуі үшін қажетті энергиядан артық мөлшерде энергия беруі, яғни энергияны жасауға қабілетті болуы керек. Ол I- заңға қайшы келеді.

U = q + А (1.18)

(1.18) - I- заңның математикалық өрнектелуі.

Оны былай айтуға болады: Системаның ішкі энергиясының өсуі системаға берілген жылу мен системаға қарсы істелген қоршаған ортаның жұмысының қосындысына тең.

U – система 1 күйден 2 күйге көшкенде ішкі энергияның өзгеруі.

I – заңның бұл математикалық жазылуында А(+) болса, қоршаған орта системаның үстінен жұмыс жүргізеді. Егер А(-) болса, система қоршаған ортаға қарсы жұмыс жүргізеді. q-дың (+) мәні системаның жылу сіңіретінін, ал (-) мәні системадан қоршаған ортаға жылудың кететінін көрсетеді.

 символы макроскопиялық өзгерісті белгілеу үшін, ал d шексіз аз өзгерістерді белгілеу үшін қолданылады. Олай болса I – заңды мына түрде де жазуға болады:

dU=q+A (1.19)

dU – (толық дифференциал), себебі U күй функциясы U= U₂- U₁, ал q мен A жолға тәуелді, сондықтан олардың шексіз аз өзгерісі үшін  символ қолданылады. Екі термин де – жұмыс пен жылу энергияның беру әдістерін сипаттайды.



Термодинамиканың 1-з а ң ы н қарапайым процестерге қолдану
1) Изобарлық процесс. Тұрақты қысымға қарсы ұлғаю жұмысы:

(1.21)

U = q + А (1.18) өрнектен: q_p = U – А = U₂ - U₁ + P(V₂-V₁)

H = U + PV екенін еске алып жазсақ, q_p = (U₂ + PV₂) - (U₁ + PV₁) = H₂ - H₁ = H.

q_p = H q_p = dH (1.22)

q_p – система өзгерісінің (процестің) тұрақты қысымдағы жылу энергиясы. Ол процесс кезіндегі энтальпияның өзгерісіне тең және энтальпия күй функциясы болғандықтан бастапқы және соңғы күйге ғана тәуелді.

2) Тұрақты көлемдегі процестер

Егер процесс кезінде системаның көлемі өзгермесе, жұмыс атқарылмайды:

dV = 0 болса, А=-pdV = 0, осыдан

U = q_v; q_v = dU (1.23)

q_v –көлем тұрақты болғанды процестің жылу энергиясы. Ол ішкі энергияның өзгеруіне тең, олай болса қарастырылып отырған системаның бастапқы және соңғы күйіне ғана тәуелді.

3) Изотермиялық процесс. Айнымалы сыртқы қысымға қарсы ұлғаю. ¦лғаю кезінде сыртқы қысым ішкі қысымнан өте аз шамаға ажыратылатын болса (dP), жұмысты есептегенде Р_сыртқы- ның орнына Р_ішкі-ні қоюға болады.

Бұл күйде интеграл алуға болмайды, сондықтан екі айнымалының біреуінен құтылу керек. Егер газ идеал десек (көптеген газдар төменгі қысым мен жоғары температурада жуықтап алғанда идеал газдардың заңына бағынады), Р = RT/V. Т тұрақты болғанда

Ендеше (1.24)

Идеал газдардың заңы бойынша тұрақты температура үшін (1.24) мына теңдеуге эквивалентті болады:

Температура тұрақты болғандықтан U = 0, q + А = 0 немесе

q = -А_м. (А_м – максималь жұмыс).