Fizkém beugró I.

A termodinamikai rendszer definíciója

Rendszernek tekintjük a világnak azon részét, amelynek a tulajdonságait vizsgáljuk.

A rendszer lehet nyílt vagy falakkal körülhatárolt.

A termodinamikai rendszer falainak tulajdonságai

◼ Mechanikai szempontból merevek vagy elmozdíthatók

◼ Hőáteresztés szempontjából diatermek vagy adiabatikusak

◼ Kémiai anyagtranszport szempontjából permeábilisak vagy impermeábilisak (vagy pl. „féligáteresztők")

A zárt, az izolált és az egyszerű rendszer fogalma

◼ Zárt rendszer: merev, impermeábilis de diaterm falakkal körülhatárolt rendszer

◼ Izolált rendszer: minden oldalról merev, adiabatikus és impermeábilis fallal körülvett rendszer (nincs kapcsolat a környezettel)

◼ Egyszerű rendszer: makroszkóposan homogén, izotróp, elektromosan töltetlen, kémiailag inert, térfogatához képest kicsi a felülete, elektromos, mágneses és gravitációs tértől mentes

A homogén, az inhomogén és a heterogén rendszer fogalma

◼ Homogén rendszer: A rendszer tulajdonságai függetlenek a helykoordinátáktól

◼ Inhomogén rendszer: Legalább egy tulajdonság változik a helykoordinátákkal, de folytonos függvénye azoknak

◼ Heterogén rendszer: A rendszer tulajdonságai szakadásos függvényei a helykoordinátáknak, fázisokból áll

A termodinamikai állapotfüggvény definíciója

◼ A termodinamikában a rendszert olyan makroszkópos tulajdonságokkal jellemezzük, melyek egyértelmű függvényei a rendszer állapotának.

◼ Ha a rendszer az egyik állapotból a másikba jut, az állapotfüggvények megváltozása csak a kiindulási és a végső állapottól függ

◼ Az állapotfüggvényeknek létezik teljes differenciáljuk

Extenzív és intenzív tulajdonságok

◼ Extenzív tulajdonságok: állapotjelzők, melyek függenek a rendszer tömegétől. (V, U, m)

Az extenzív tulajdonságokat homogén elsőrendű függvényekkel adjuk meg

◼ Intenzív tulajdonságok: állapotjelzők, melyek függetlenek a rendszer tömegétől. (p, T)

Az intenzív állapotjelzők megadhatók független extenzív állapotjelzők függvényeként

Az előjel-és a Δ-konvenció

◼ Pozitív az a változás, amely a rendszer energiatartalmát növeli, és negatív az, amely csökkenti.

◼ Valamely tulajdonság különbségének képzése során mindig a végső állapot tulajdonságából vonjuk ki a kezdeti állapot tulajdonságát.

◼ A különbségképzés jele: d (infinitézimális változás) vagy Δ („integrális" változás).

A termodinamikai egyensúly fogalma

Egy rendszer termodinamikai egyensúlyban van, ha

◼ intenzív állapotjelzői függetlenek az időtől,

◼ környezetével nem cserél sem anyagot, sem energiát

A termodinamika „nulladik" főtétele

◼ Ha A test termikus egyensúlyban van B-vel, és B test termikus egyensúlyban van C-vel, akkor C test is termikus egyensúlyban van A-val

◼ Ugyanazon test két különböző mechanikai állapota között is létezik termikus egyensúly.

A termodinamika első főtétele egy mondatban

◼ Az energiamegmaradás elve

◼ Izolált rendszer belső energiája állandó.

◼ Körfolyamatban a belső energia teljes megváltozása zérus.

◼ Egy rendszer belső energiája növelhető a rendszeren végzett munka és a rendszernek átadott hő útján.

A termodinamika második főtétele egy mondatban

◼ Energiaelértéktelenedés elve

◼ Minden energiafajta teljes egészében termikus energiává alakítható, de a termikus energia nem alakítható teljes egészében munkává.

A termodinamika harmadik főtétele

Az abszolút nulla hőmérsékleten minden, egyféle atomból vagy molekulából álló rendszer entrópiája zérus.

A belső energia definíciója

◼ Zéruspont-energiák (magenergia, elektronenergia, rezgési zéruspont-energia)

◼ A részecskék termikus energiái (transzlációs, rotációs, vibrációs, elektrongerjesztési)

◼ A részecskék közötti erőterek potenciális energiái.

◼ Vagy: „minden", kivéve a rendszer makroszkópikus kinetikus és helyzeti energiája.

A hő definíciója

A kizárólag hőmérsékletkülönbség hatására, munka nélkül, a rendszer határán átmenő energia.

A térfogati munka definíciója

Az entrópia definíciója (képlet)

Az energiaminimum elve

◼Izolált rendszer belső energiája a rendszer egyensúlyi állapotában minimumot vesz fel.

◼Vagy: valamely tanlt energiafüggvény minimuma a megfelelő T, p, V, stb. határfeltételek mellett

Az ideális gáz állapotegyenlete (képlet)

pV=nRT

pV=NkT

Gibbs-egyenlet (képlet)

Euler-egyenlet (képlet)

A kémiai potenciál definíciója

A j.-ik anyag parciális moláris szabadentalpiája nem más, mint a j.-ik anyag kémiai potenciálja.

Az entalpia definíciója

Állandó nyomáson olyan folyamatok játszódnak le önként egy rendszerben, melyek során az entalpia csökken.

A szabadenergia definíciója

Magára hagyott, izoterm rendszerben olyan változások játszódnak le önként, melyek során a szabadenergia csökken. Egyensúlyban a rendszer szabadenergiájának minimuma van.

A szabadentalpia

definíciója

Izoterm, izobár rendszerben olyan változások játszódnak le önként, melyek

során a szabadentalpia csökken. Egyensúlyban a rendszer

szabadentalpiájának minimuma van.

A moláris hőkapacitások definíciói

A képződési reakció definíciója

Hess-tétel

Viriál-egyenlet (képlet)

van der Waals-egyenlet (képlet)

A kritikus pont definíciója(egykomponensű rendszerek esetén)

A megfelelő állapotok tétele és a redukált tulajdonságok definíciója

Azonos redukált paraméterekkel bíró gázok azonosan viselkednek (megfelelő állapotban vannak). Az anyagok azonos redukált hőmérsékleten ( TR=T/TK) és redukált nyomáson (pR=p/pK ) közelítőleg azonos állapotban vannak, így tulajdonságaik közelítőleg egyformán térnek el az ideális gázétól.

Dalton-törvény

(képlet)

Parciális nyomásokra vonatkozó Dalton-törvény

A parciális moláris tulajdonság definíciója

A kémiai potenciál explicit alakja (képlet)

Elegyedési entrópia- és szabadentalpia-változás ideális elegyre (képlet)

A racionális aktivitás definíciója (képlet).

Debye-Hückel-határtörvény (képlet)

A fázisegyensúly kritériumai

A fázisok akkor van egymással egyensúlyban, ha a fázisok hőmérséklete, nyomása és kémiai potenciálja megegyezik.

Vagy:

A termikus, a mechanikai és a komponensegyensúly egyidejűleg teljesül a fázisokra.

A Gibbs-féle fázisszabály

A rendszer termodinamikai szabadsági foka (Sz) egyenlő a változatla fázisegyensúlyi jelleg (a fázisok száma és minősége) mellett szabadon változtatható intenzív állapotjelzők számával.

Clapeyron-egyenlet (képlet)

Ionerősség