01

Termodinamikai Alapfogalmak

  • Szigetelt rendszer: Olyan rendszer, amely nem cserél energiát és anyagot a környezetével.

  • Összes energia a rendszerben:

    • Eösszes = Epotenciális + Ekinetikus + U

    • I. főtétel: Eösszes = állandó

Kémiai Átalakulás

  • Gépészmérnöki gyakorlat: Nem zárt rendszerekkel dolgozunk.

  • Energia változása:

    • ΔEösszes = ΔEpotenciális + ΔEkinetikus + ΔU

  • Peremfeltételek:

    • Lombik nem esik le: ΔEpotenciális = 0

    • Lombik nem repül el: ΔEkinetikus = 0

  • A lombik fala hidegebb vagy melegebb a környezeténél.

  • A kémiai reakciók során az energia változása a belső energia változásából adódik.

Belső Energia Változása

  • Belső energia megváltozásának lehetőségei:

    • Hő közlése (+) vagy elvonása (−)

    • Munka végzése a rendszeren (ΔU = Q + W, ahol Q: hő, W: munka)

  • Referenciapont: A rendszer a hőkezelés szempontjából!

Belső Energia Jellemzése

  • Belső energia mérése:

    • Abszolút értéke nem ismert, csak a kezdeti és végállapot közötti különbség mérhető.

  • Állapotfüggvény: Az állapotjelzők (P, V, T) értékétől függ, függetlenül attól, hogy a rendszer hogyan jutott el az adott állapotba.

Kémiai Reakciók Állandó Nyomáson

  • ΔUp = Qp + W

  • Térfogati munka: W térfogati = −pΔV

    • Hasznos munka = 0

  • Összefoglalás:

    • Qp = ΔUp + pΔV

    • ΔH = ΔU + pΔV (entalpia változás)

    • Az entalpia állapotfüggvény.

Kémiai Reakciók Állandó Térfogaton

  • ΔH = ΔU − pΔV

  • Amennyiben ΔV = 0: ΔH = ΔU

  • Összefoglalva:

    • P = konstans: A felszabaduló hő megegyezik az entalpia változással.

    • V = konstans: A felszabaduló hő mennyisége megegyezik a belső energia változással.

Entalpia Változások

  • Entalpia változása állandó nyomáson:

    • ΔH = Σ Hvégtermékek − Σ Hkiindulási anyagok

    • ΔH < 0: exotherm

    • ΔH > 0: endotherm

    • Az abszolút entalpiák nem ismertek, ezért elméletben jónak tűnik, de gyakorlatban használhatatlan.

Standard Állapot

  • Standard entalpia: A változás, amikor 1 mól vegyület keletkezik standard állapotú elemekből.

  • Standard állapot: 298 K, 101325 Pascal

  • Minden elem entalpiájának értéke standard állapotban nulla.

Standard Képződési Entalpia

  • Jelölés: ΔH0 vegyületnév (halmazállapot)

  • Példa: ΔH0 H2O (f) = -285,8 kJ/mol; ΔH0 H2O (g) = -241,8 kJ/mol

  • Standard képződési entalpiák táblázatokban találhatók.

Entalpia Változás Tetszőleges Hőmérsékleten

  • P = 101325 Pascal

  • Az entalpia kémiai reakcióknál a hőmérséklettől függ.

Szabadentalpia és Entrópia

  • Izoterm körülmények: A hő nem alakítható át teljes mértékben más energiává.

  • Felszabaduló hő: Két részből áll

    1. Szabadon átalakítható energia.

    2. Rendszer fenntartásához szükséges energia.

  • Gibbs féle szabadentalpia: G = H - TS

  • ΔG = ΔH − TΔS

  • Entrópia: A rendezetlenség mértéke; standard moláris entrópiák táblázatban.

A Spontán Változás Feltétele

  • Termodinamika II. főtétele: Az entrópia önként végbemenő folyamatoknál csak nőhet.

  • ΔG = ΔH − TΔS rendszer

  1. ΔG < 0: spontán folyamat.

  2. ΔG > 0: folyamat nem mehet végbe.

  3. ΔG = 0: folyamat egyensúlyban.