E, H, S, G  állapotfüggvények

Az előadások a következő témára: "E, H, S, G  állapotfüggvények"— Előadás másolata:

1 E, H, S, G  állapotfüggvények
1. Termodinamikai alapfogalmak Mire kell? A mindennapi gyakorlatban előforduló jelenségek (például fázisátalakulások, olvadás, dermedés, párolgás) értelmezéséhez, kvantitatív leírásához. Szerkezeti anyagok tulajdonságainak változása külső körülmények között (például hőtágulás). Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel). P, V, T, c  állapotjelzők E, H, S, G  állapotfüggvények

2 1. Termodinamikai alapfogalmak
A hő, hőtartalom, a termodinamikai rendszer Mi a hő viszonya a többi energiához? Elektromágneses sugárzások: λ-ban különböznek (c: terjedési sebesség ν: frekvencia) ΔE: a rendszer energiaváltozása h: Planck-állandó Általános kérdések: E energiát közlök  m  milyen formák között oszlik meg? rendszer

3 Frekvencia-tartomány
1. Termodinamikai alapfogalmak Elektromágneses hullámok Név Frekvencia-tartomány Eredetük forrása — 50 Hz váltóáramú áramkörök gyenge sugárzása rádió, radar, TV Hz elektromos rezgőkörök mikrohullámok Hz speciális elektroncsövek rezgései infravörös sugarak (hő) 1011-4·1014 Hz atomok és molekulák külső elektronjai látható fény 4·1014-8·1014 Hz atomok külső elektronjai ultraibolya sugarak 8· Hz röntgensugarak Hz atomok belső elektronjai, nagyenergiájú szabad elektronok hirtelen lefékezése gamma-sugarak Hz atommagok, gyorsítók nagyenergiájú részecskéinek hirtelen lefékezése

4 1. Termodinamikai alapfogalmak
ΔE energiát közlök az mind az energiatartalmát növeli? atomi rezgések elektron átmenetek transzlációs mozgások (átalakulások) ezen kívül: egy része kisugárzódik a környezetbe

5 1. Termodinamikai alapfogalmak
Ezért fontos a „rendszer” fogalom bevezetése: A kölcsönhatásban lévő anyagok összessége. Zárt rendszer: ha (kémiai) anyagot nem ad át a környezetének (csak energiaközlés). Nyitott rendszer: anyagátmenet is van. Adiabatikus rendszer: hőt nem vesz fel, nem ad le.

6 S: a rendezetlenség mértékének jellemzésére szolgál
2. Az állapotfüggvények Belső energia Az entalpia Az entrópia S: a rendezetlenség mértékének jellemzésére szolgál az izoterm, reverzibilisen felvett hőt jelenti

7 S = f(W) = f(W1 W2 W3…)=S1 + S2 + S3 +…
3. Az entrópia Az entrópia statisztikus értelmezése Az entrópia a termodinamikai állapot valószínűségének mértéke W=W1 · W2 · W3 A rendszer entrópiája a részek entrópiájának összege: S = f(W) = f(W1 W2 W3…)=S1 + S2 + S3 +… S = k · lnW Az entrópia az állapot termodinamikai valószínűségének logaritmusával arányos. k = Boltzmann állandó = R / NA R = egyetemes gázállandó, 1,986 cal/fok NA = Avogadro szám, 6,2 · 1023 Minden folyamat, amely növeli az atomok, molekulák mozgási lehetőségét (például olvadás, párolgás, gázkiterjedés, diffúzió) az anyag entrópianövekedésével jár együtt.

8 3. Entalpia, szabadentalpia, entrópia változása a hőmérséklettel
H=G+T·S

9 4. Szabadentalpia G1: kezdeti állapot G2: végállapot
Az átalakulások iránya G1: kezdeti állapot G2: végállapot

10 4. Elsőrendű fázisátalakulás

11 4. Elsőrendű fázisátalakulás
A H2O szabadenergiája a hőmérséklet függvényében Szabadentalpia, G Hőmérséklet (°C) víz jég ΔG

12 4. Szabadentalpia, termodinamikai egyensúly
A termodinamikai egyensúly és a szabadentalpia egyensúly: nincs változás (P, T = konstans) adott P, T körülmények között G-nek nincs alacsonyabb értéke dG = 0 A B G atomi konfigurációk

13 Fázisdiagram A H2O sematikus fázisdiagramja

14 A szén allotrópjai Gyémánt (ρ = 3,51), C tetraéderes környezetben, sp3 hibr. állapot Grafit (ρ = 2,22), rétegen belül érős kovalencia, rétegek között van der Waals kötés (a grafit kémiailag reaktívabb)

15 A szén allotrópjai sp2 kötés a síkban
kötéserősség ≈ 1,3 C-C (rétegen belül)

16 6. A kémiai összetétel hatása a termodinamikai állapotfüggvényekre
Elegyedési entalpia

17 6. A kémiai összetétel hatása a termodinamikai állapotfüggvényekre
Elegyedési entrópia