Termodynamika a termochemie

Entalpie

• veličina vyjadřující tepelnou energii uloženou v jednotkovém množství látky

• Vychází z 1. Termodynamického zákona: systém může konat práci jen tehdy, poklesne-li jeho vnitřní energie U nebo je-li mu dodáno teplo Q: ΔU = Q – W

• Zvyšuje-li systém svůj objem ΔV proti vnějšímu tlaku p, koná při tom mechanickou práci: Δ W = p·ΔV

• Vzhledem k předchozí rovnici můžeme psát, že: Q = ΔU + p·ΔV

• Proto byla definována funkce H (entalpie, tepelný obsah): H = U + p·V [kJ/mol]

• Rovnice tedy říká, že entalpie se rovná vnitřní energii systému zvětšené o součin tlaku systému a jeho objemu.

druhý termodynamický zákon

• zkoumá, kolik tepla přijatého od okolí může soustava přeměnit na práci

• Teplo nemůže při styku dvou těles různých teplot samovolně přecházet z tělesa chladnějšího na teplejší, tzn. nelze sestrojit periodicky pracující tepelný stroj (perpetuum mobile druhého druhu), který by trvale konal práci pouze tím, že by ochlazoval jedno těleso a k žádné další změně v okolí by nedocházelo (viz entropie).

• Vzorec:

Entropie

• laicky: míra neuspořádanosti systému, čím je neuspořádanější, tím má vyšší entropii

• míra neurčitosti systému

• charakterizuje míru degradace energie

• Vztah: ΔS=ΔQT[J⋅K−1]

• kde ΔS je změna entropie, ΔQ je množství energie dodané systému zvnějšku a T je absolutní teplota. Jednotkou entropie je J. K-1.

1. Při adiabatickém vratném ději, kdy nedochází k výměně tepla s okolím, bude tedy ΔS = 0.

2. Při vratném kruhovém ději, kdy se systém dostane do původního stavu, bude výsledná změna entropie také nulová.

3. Při nevratných procesech v izolovaných systémech je vždy ΔS ≥ 0, což je vlastně matematické vyjádření 2. termodynamické věty: při samovolném adiabatickém nevratném ději entropie systému roste.

třetí termodynamický zákon

• popisuje chování látek v blízkosti absolutní nulové teploty. Tato věta umožňuje určit absolutní hodnotu entropie, což má význam při určování hodnot volné energie, která má vliv na průběh chemických reakcí

Gibbsova energie

• stavová veličina, která vyjadřuje vztah mezi entalpií a entropií (někdy pod pojmem volná entalpie)

• značíme G, G = 0

• reakce, které jsou samovolné, mají G zápornou

• ΔG = ΔH – TΔS

• ΔG = G prod. – ΔG vých. l

• čím nižší Gibbsova energie, tím lepší průběh

• je-li Gibbsova energie větší než 0, reakce neprobíhá

Změna Gibbsovy energi pro některé typy reakcí

Termochemie

• obor termodynamiky, zabývá se výměnou tepla mezi soustavou a okolím

• teplo, které se při reakci uvolňuje nebo spotřebuje, závisí na:

1. druhu reaktantů a produktů

2. množství a skupenství reagujících látek

3. způsobu, jakým reakce probíhá

Termochemické zákony

• první termochemický zákon

• hodnota reakčního tepla přímé a zpětné reakce je stejná, liší se pouze znaménkem