- NHIỆT ĐỘNG HOÁ HỌC. - Nhiệt động học nghiên cứu quy luật điều khiển sự trao đổi năng lượng bao gồm 2 quan điểm:. - Quan điểm nhiệt động học thống kê: Xác định năng lượng dựa vào tính chất của các nguyên tử và phân tử.. - Tính được năng lượng trao đổi của phản ứng hoá học- Tiên đoán được chiều của của phản ứng hoá học- Giới hạn tự diễn biến của một phản ứng hoá học.. - Ví dụ, sự biến đổi các trạng thái vật chất ở nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi.. - Quy ước về dấu của năng lượng trao đổi. - Năng lượng giải phóng ( phát nhiệt, toả nhiệt, bức xạ nhiệt ) có dấu âm. - Năng lượng thu vào (hấp thụ nhiệt, thu nhiệt) có dấu dương. - Trạng thái và thông số trạng thái. - Trạng thái là một tập hợp trực tiếp hay gián tiếp của các thông số trạng tháiThông số trạng thái là các đại lượng: nhiệt độ T, áp suất P, thể tích V, khối lượng m, thành phần hoá học. - Có 2 loại thông số trạng thái: thông số dung độ và thông số cường độ. - Cân bằng nhiệt động:. - Một hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt động khi giá trị của các thông số trạng ở mọi điểm đều như nhau và không biến đổi theo thời gian.. - Biến đổi thuận nghịch và bất thuận nghịch. - Biến đổi thuận nghịch:. - Một hệ đang ở trạng thái cân bằng (P,V,T) chuyển qua cân bằng mới (P,V,T 1 ) bằng sự thay đổi T → T 1 qua nhiều bậc T i khác nhau:. - được gọi là sự biến đổi thuận nghịch (do có sự thay đổi vô cùng nhỏ nên trong từng bậc hệ có thể trở lại trạng thái ban đầu).. - Biến đổi bất thuận nghịch:. - Nó hoàn toàn ngược lại với biến đổi thuận nghịch là hệ không thể trở lại trạng thái ban đầu.. - Vậy: Biến đổi thuận nghịch là quá trình cân bằng;. - Biến đổi bất thuận nghịch là quá trình tự diễn biến.. - Hàm trạng thái. - Một hàm nhiệt động được gọi là hàm trạng thái nếu sự thay đổi giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào các giá trị thông số trạng ở đầu và cuối mà không phụ thuộc vào cách thức biến đổi của quá trình.. - là hàm trạng thái thì khi:. - Sự thay đổi năng lượng của hệ giản nở. - Phần năng lượng Q còn lại làm tăng nội năng DU của hệ (làm tăng nhiệt độ, biến đổi trạng thái. - Vậy nhiệt đẳng tích chính bằng sự biến đổi nội năng của hệ.. - Nhiệt biến đổi đẳng áp:. - Vậy nhiệt đẳng áp chính bằng sự biến đổi entanpi của hệ.. - Entanpi được đo ở điều kiện: T = 298K và P = 1amt được gọi là entanpi trạng thái chuẩn. - Sự biến đổi entanpi ở trạng thái chuẩn được ký hiệu là ∆H O 298. - Trong trường hợp tổng quát, sự biến đổi entanpi của hệ sẽ là:. - (mol tham gia phản ứng. - Đối với một phản ứng dạng tổng quát:. - ĐỊNH LUẬT HESS VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH NHIỆT PHẢN ỨNG THEO HỆ QUẢ CỦA ĐỊNH LUẬT HESS. - Phát biểu: Hiệu ứng nhiệt không phụ thuộc vào cách thức mà theo đó quá trình biến đổi xảy ra mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của quá trình.. - Ví dụ, phân tử CO 2 có thể được tạo thành bằng phản ứng trực tiếp giữa graphit với ôxi, hoặc có thể bằng kết quả của hai phản ứng trung gian (hình 5.2):. - Cách xác định nhiệt phản ứng theo hệ quả của định luật Hess. - Hiệu ứng nhiệt của phản ứng thuận bằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng nghịch nhưng ngược dấu (hình 5.3).. - Hiệu ứng nhiệt của phản ứng thuận nghịch. - Nhiệt sinh xác định ở trạng thái chuẩn gọi là nhiệt sinh chuẩn, có ký hiệu: DH 0 298,s . - Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng nhiệt sinh của các chất tạo thành trừ đi tổng nhiệt sinh của các chất tham gia.. - Đối với phản ứng tổng quát: aA + bB = eE + qQ. - Nhiệt cháy xác định ở trạng thái chuẩn gọi là nhiệt cháy chuẩn, có ký hiệu:. - Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng nhiệt cháy của các chất tham gia trừ đi tổng nhiệt cháy của các chất tạo thành.. - Ví dụ, hiệu ứng nhiệt DH của phản ứng:. - Năng lượng của mạng lưới tinh thể ion. - Ví dụ, xác định năng lượng mạng lưới tinh thể natri clorua (E NaCl. - ở đây tinh thể ion NaCl có thể được tạo thành bằng phản ứng trực tiếp của natri với clo hoặc qua các giai đoạn từ kim loại natri và khí clo tạo thành các ion rồi tác dụng với nhau:. - Nhiệt biến đổi trạng thái:. - Nhiệt biến đổi trạng thái (nhiệt nóng chảy ∆ H nc và nhiệt hoá hơi DH h ) là nhiệt lượng của hệ trao đổi với môi trường ở điều kiện đẳng áp khi thay đổi trạng thái (T = const). - Nhiệt biến đổi trạng thái có giá trị dương.. - Định luật Kirchhof biểu thị sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt phản ứng vào nhiệt độ.. - Xét phương trình phản ứng tổng quát:. - Có thể tính được hiệu ứng nhiệt ở bất kỳ một nhiệt độ T nếu biết hiệu ứng nhiệt của một phản ứng ở một nhiệt độ nào đó và biết phương trình. - NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC. - Chuyển đổi năng lượng:. - Hai chất khí tự trộn lẫn vào nhau (không có sự thay đổi năng lượng. - Đa số các phản ứng hoá học tự xẩy ra kèm theo sự giải phóng năng lượng. - Do đại đa số các phản ứng hoá học tự xảy ra mà chúng ta biết đều kèm theo sự giải phóng năng lượng (DH <. - Bất kỳ một quá trình hoá học nào xảy ra cũng kèm theo sự giải phóng năng lượng.. - Quá trình hoà tan 1mol NaCl vào H 2 O xảy ra với sự thu năng lượng (DH = 5kJ/mol). - hoặc phản ứng: C (r. - Như vậy, nguyên lý I chỉ thể hiện được tính bảo toàn và chuyển hoá năng lượng, cho phép xác định được năng lượng DH của các phản ứng nhưng không cho phép xác định điều kiện tự diễn biến của quá trình và hướng xảy ra của nó. - Giả sử có 2 chất khí He và Ar (trơ, ở cùng một áp suất và cùng nhiệt độ) đã được tách ra khỏi nhau và để cạnh nhau - trạng thái 1 (hình 5.5a).. - trạng thái 1 b. - trạng thái 2 Hình 5.5. - Mặc dầu 2 chất khí này không tương tác với nhau, ở cùng một áp suất và cùng một nhiệt độ như nhau, có ranh giới phân chia hoàn toàn như nhau nhưng chỉ sau một thời gian He và Ar sẽ tự trộn lẫn vào nhau - trạng thái 2 (hình 5.5.b).. - Vậy quá trình tự diễn biến với sự không thay đổi năng lượng của hệ DH = 0 (giữ nguyên năng lượng dự trữ của hệ) xảy ra theo hướng làm tăng mức độ hỗn loạn của hệ.. - Về ý nghĩa, entropi là số đo mức độ hỗn loạn của hệ, tức là hệ có xu hướng tự diễn biến từ trạng thái có trật tự sang trạng thái ít có trật tự hơn.. - Phát biểu nguyên lý 2 nhiệt động học. - Giả sử trong hệ 2 chất khí (hình 5.5), trạng thái 1 có entropi S 1 : S 1 = klnW 1. - trạng thái 2 có entropi S 2. - thì sự biến đổi entropi khi hệ chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 sẽ là:. - Như đã nói ở trên, đây là một hệ tự diễn biến từ trạng thái 1 có xác suất W 1 nhỏ hơn sang trạng thái 2 có xác suất W 2 lớn hơn: W 2 >. - Một số phương pháp tính sự biến đổi của entropi. - Vậy qúa trình giản nở thuận nghịch, đẳng nhiệt khí lý tưởng từ trạng thái 1 (tương ứng với V 1 ) sang trạng thái 2 (tương ứng với V 2 ) là quá trình tự diễn biến.. - Sự biến đổi của entropi của quá trình thay đổi trạng thái một chất nguyên chất Nếu nhiệt biến đổi trạng thái của một mol chất nguyên chất ở điều kiện T = const và P = const là ∆H thì ta có entropi biến đổi trạng thái là:. - Sự biến đổi của entropi của một chất nguyên chất theo nhiệt độ Ở diều kiện đẳng áp (P = const) ta có:. - Tương tự, sự biến đổi của entropi của một chất nguyên chất ở V = const:. - NGUYÊN LÝ III NHIỆT ĐỘNG HỌC. - Phát biểu nguyên lý 3 nhiệt động học. - Theo quan điểm nhiệt động học phân tử, khi nhiệt độ giảm gần đến độ không tuyệt đối (T 0 = 0 K), mọi vật tồn tại dưới dạng một cấu trúc tinh thể hoàn hảo (các dạng chuyển động đều ngừng lại), hệ có năng lượng thấp nhất. - Cách tính entropi các phản phản ứng hoá học. - Cho phản ứng tổng quát xảy ra ở nhiệt độ T, (P = const):. - aA + bB = eE + qQ Vì entropi là hàm trạng thái nên ta có:. - ∆S T (phản ứng = [eS T (E. - ∆S T (phản ứng. - năng lượng Gibbs;. - Do không xác định được gía trị tuyệt đối thế đẳng áp nên trong các phản ứng hoá học người ta chỉ có thể xác định sự biến đổi (DG) của nó:. - Như vậy dấu của DG xác định chiều của phản ứng hoá học.. - 0, phản ứng tự diễn biến.. - 0, phản ứng không tự xảy ra.. - Phản ứng chỉ xảy ra trong trường hợp ∆G <. - Cách tính sự biến đổi thế đẳng nhiệt - đẳng áp của các phản ứng hoá học. - Tương tự như entanpi và entropi, entanpi tự do là một hàm trạng thái nên sự biến đổi của nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào cách thức xảy ra phản ứng. - Vì vậy đối với phản ứng tổng quát:. - aA + bB = eE + qQ sự biến đổi entropi tự do sẽ là:. - ∆G (phản ứng. - Sự biến đổi entanpi tự do của phản ứng tạo thành một mol chất từ các đơn chất ban đầu ở điều kiện chuẩn (T = 298 K, P = 1atm) được gọi là entanpi tự do chuẩn, có ký hiệu:
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt