TERMODINAMISKIE PROCESI: VEIDI UN PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Par termodinamikas procesi ir fizikālās vai ķīmiskās parādības ietver siltuma plūsma (enerģijas) vai darbu starp sistēmu un tās apkārtni. Runājot par siltumu, racionāli ienāk prātā uguns attēls, kas ir procesa būtiskais izpausme, kas izdala daudz siltumenerģijas.

Sistēma var būt gan makroskopiska (vilciens, raķete, vulkāns), gan mikroskopiska (atomi, baktērijas, molekulas, kvantu punkti utt.). Tas tiek atdalīts no pārējā Visuma, lai ņemtu vērā siltumu vai darbu, kas tajā ienāk vai iziet.

Tomēr ne tikai pastāv siltuma plūsma, bet arī sistēmas, reaģējot uz aplūkoto parādību, var radīt izmaiņas dažos mainīgos to vidē. Saskaņā ar termodinamiskajiem likumiem ir jābūt kompromisam starp reakciju un siltumu, lai viela un enerģija vienmēr tiktu saglabāta.

Iepriekš minētais attiecas uz makroskopiskām un mikroskopiskām sistēmām. Atšķirība starp pirmo un pēdējo ir mainīgie, kas tiek uzskatīti par to enerģijas stāvokļu noteikšanu (būtībā sākotnējo un beigu).

Tomēr termodinamiskie modeļi cenšas savienot abas pasaules, kontrolējot mainīgos lielumus, piemēram, sistēmu spiedienu, tilpumu un temperatūru, saglabājot dažas no šīm konstantēm, lai pētītu pārējo ietekmi.

Pirmais modelis, kas pieļauj šo tuvināšanu, ir ideālo gāzu (PV = nRT) modelis, kur n ir molu skaits, kas, dalīts ar tilpumu V, rada molāro tilpumu.

Pēc tam, izsakot izmaiņas sistēmas vidē kā šo mainīgo funkciju, var definēt citus, piemēram, darbu (PV = W), kas ir būtisks mašīnām un rūpnieciskiem procesiem.

No otras puses, ķīmiskās parādības rada lielāku interesi par citiem termodinamisko mainīgo veidiem. Tie ir tieši saistīti ar enerģijas izdalīšanos vai absorbciju un ir atkarīgi no molekulu īpatnībām: saišu veidošanās un veidiem.

Termodinamisko procesu sistēmas un parādības

Attēla augšējā daļā ir attēloti trīs sistēmu veidi: slēgta, atvērta un adiabātiska.

Slēgtā sistēmā matērija netiek pārvietota starp to un tās apkārtni, lai neviena lieta nevarētu iekļūt vai aizbraukt; tomēr enerģija var šķērsot kastes robežas. Citiem vārdiem sakot: parādība F var atbrīvot vai absorbēt enerģiju, tādējādi modificējot to, kas atrodas ārpus kastes.

No otras puses, atklātā sistēmā sistēmas horizontam ir punktētas līnijas, kas nozīmē, ka gan enerģija, gan matērija var nākt un iet starp to un apkārtni.

Visbeidzot, izolētā sistēmā matērijas un enerģijas apmaiņa starp to un apkārtni ir nulle; šī iemesla dēļ trešajā lodziņā attēlā ir ievietots burbulis. Jāprecizē, ka apkārtne var būt pārējā Visuma daļa un ka pētījums ir tas, kas nosaka, cik tālu jāapsver sistēmas darbības joma.

Fizikālās un ķīmiskās parādības

Kas konkrēti ir fenomens F? Apzīmēts ar burtu F un dzeltenā lokā, parādība ir izmaiņas, kas notiek un var būt matērijas fiziska modifikācija vai tās pārveidošana.

Kāda ir atšķirība? Īsumā: pirmais neizjauc un neveido jaunas saites, bet otrais to nedara.

Tādējādi termodinamisko procesu var apsvērt atkarībā no tā, vai parādība ir fizikāla vai ķīmiska. Tomēr abiem ir kopīgas izmaiņas dažās molekulārajās vai atomu īpašībās.

Fizisko parādību piemēri

Ūdens sildīšana katlā palielina sadursmes starp tā molekulām līdz vietai, kur tā tvaiku spiediens ir vienāds ar atmosfēras spiedienu, un tad notiek fāzes maiņa no šķidruma uz gāzi. Citiem vārdiem sakot: ūdens iztvaiko.

Šeit ūdens molekulas nesagrauj nevienu no saitēm, bet tās piedzīvo enerģētiskas izmaiņas; vai kas ir tas pats, tiek pārveidota ūdens iekšējā enerģija U.

Kādi ir termodinamiskie mainīgie šajā gadījumā? Atmosfēras spiediens P _ex , vārāmās gāzes sadegšanas temperatūras reizinājums un ūdens tilpums.

Atmosfēras spiediens ir nemainīgs, bet ūdens temperatūra nav, jo tas sakarst; ne tilpumu, jo tā molekulas izplešas telpā. Šis ir fizikālās parādības piemērs izobārā procesā; tas ir, termodinamiskā sistēma pie pastāvīga spiediena.

Ko darīt, ja jūs ievietojat ūdeni ar dažām pupiņām spiediena katlā? Šajā gadījumā tilpums paliek nemainīgs (kamēr vārot pupiņas spiediens netiek atbrīvots), bet mainās spiediens un temperatūra.

Tas notiek tāpēc, ka saražotā gāze nevar izplūst un atlec no katla sienām un šķidruma virsmas. Tad mēs runājam par citu fizisku parādību, bet izohoriskā procesā.

Ķīmisko parādību piemēri

Tika minēts, ka ir termodinamiskie mainīgie, kas raksturīgi mikroskopiskiem faktoriem, piemēram, molekulārā vai atomu struktūra. Kādi ir šie mainīgie? Entalpija (H), entropija (S), iekšējā enerģija (U) un Gibsa brīvā enerģija (S).

Šie vielas raksturīgie mainīgie ir definēti un izteikti makroskopiskos termodinamiskos mainīgos (P, T un V) saskaņā ar izvēlēto matemātisko modeli (parasti ideālo gāzu modeli). Pateicoties šai termodinamikai, var veikt ķīmisko parādību pētījumus.

Piemēram, jūs vēlaties izpētīt A + B => C tipa ķīmisko reakciju, bet reakcija notiek tikai 70 ° C temperatūrā. Turklāt temperatūrā virs 100 ºC, tā vietā, lai iegūtu C, D.

Šādos apstākļos reaktoram (montāžai, kurā notiek reakcija) jāgarantē pastāvīga temperatūra ap 70 ºC, tāpēc process ir izotermisks.

Termodinamisko procesu veidi un piemēri

Adiabātiskie procesi

Tie ir tādi, kuros starp sistēmu un tās apkārtni nav nekādas pārsūtīšanas. To ilgtermiņā garantē izolēta sistēma (lodziņš burbuļa iekšpusē).

Piemēri

To piemēri ir kalorimetri, kas nosaka siltuma daudzumu, kas izdalās vai absorbējas ķīmiskajā reakcijā (sadegšana, izšķīšana, oksidēšana utt.).

Fizikālo parādību ietvaros kustība, ko karstā gāze rada virzuļiem pakļautā spiediena dēļ. Tāpat, kad gaisa strāva rada spiedienu uz zemes virsmu, tās temperatūra paaugstinās, jo tā ir spiesta izplesties.

No otras puses, ja otra virsma ir gāzveida un ar zemāku blīvumu, tās temperatūra pazemināsies, jūtot lielāku spiedienu, liekot tās daļiņām kondensēties.

Adiabātiskie procesi ir ideāli piemēroti daudziem rūpnieciskiem procesiem, kur zemāki siltuma zudumi nozīmē zemāku veiktspēju, kas atspoguļojas izmaksās. Lai to uzskatītu par tādu, siltuma plūsmai jābūt nullei vai siltuma daudzumam, kas nonāk sistēmā, jābūt vienādam ar tajā ienākošo.

Izotermiskie procesi

Izotermiskie procesi ir visi procesi, kuros sistēmas temperatūra paliek nemainīga. Tas tiek darīts, veicot darbu, tā, ka pārējie mainīgie (P un V) laika gaitā mainās.

Piemēri

Šāda veida termodinamiskā procesa piemēri ir neskaitāmi. Būtībā liela daļa šūnu aktivitātes notiek nemainīgā temperatūrā (jonu un ūdens apmaiņa starp šūnu membrānām). Ķīmisko reakciju laikā visus, kas rada termisko līdzsvaru, uzskata par izotermiskiem procesiem.

Cilvēka metabolisms izdodas uzturēt nemainīgu ķermeņa temperatūru (aptuveni 37ºC), izmantojot plašu ķīmisko reakciju sēriju. Tas tiek panākts, pateicoties enerģijai, kas iegūta no pārtikas.

Fāzes izmaiņas ir arī izotermiski procesi. Piemēram, kad šķidrums sasalst, tas izdala siltumu, neļaujot temperatūrai turpināt pazemināties, līdz tā ir pilnībā cietā fāzē. Kad tas notiek, temperatūra var turpināt samazināties, jo cietā viela vairs neizdala enerģiju.

Tajās sistēmās, kurās izmanto ideālas gāzes, iekšējās enerģijas U izmaiņas ir nulle, tāpēc viss siltums tiek izmantots darba veikšanai.

Izobāriski procesi

Šajos procesos spiediens sistēmā paliek nemainīgs, mainot tā tilpumu un temperatūru. Parasti tie var rasties sistēmās, kas ir atvērtas atmosfērai, vai slēgtās sistēmās, kuru robežas var deformēt, palielinoties apjomam, tādā veidā, kas neitralizē spiediena palielināšanos.

Piemēri

Balonos motoru iekšpusē, kad tiek uzkarsēta gāze, tas nospiež virzuli, kas maina sistēmas tilpumu.

Ja tas tā nebūtu, spiediens pieaugtu, jo sistēmai nav iespēju samazināt gāzveida sugu sadursmes uz balona sienām.

Izohoriski procesi

Izohoriskos procesos tilpums paliek nemainīgs. To var arī uzskatīt par tādu, kurā sistēma nerada nekādu darbu (W = 0).

Būtībā tās ir fizikālas vai ķīmiskas parādības, kuras tiek pētītas jebkura tvertnes iekšpusē, neatkarīgi no tā, vai tās tiek sajauktas.

Piemēri

Šo procesu piemēri ir ēdiena gatavošana, kafijas pagatavošana, saldējuma pudeles atdzesēšana, cukura kristalizācija, slikti šķīstošu nogulsņu izšķīšana, jonu apmaiņas hromatogrāfija.

Atsauces

1. Džounss, Endrjū Zimmermans. (2016, 17. septembris). Kas ir termodinamiskais process? Paņemts no: domaco.com
2. J. Vilks. (2014). Termodinamiskie procesi. . Iegūts no: Kursi.mazināšanas.edu
3. Pētījums (2016. gada 9. augusts). Termodinamiskie procesi: izobāriski, izohoriski, izotermiski un adiabātiski. Paņemts no: study.com
4. Kevins Vandrei. (2018). Kādi ir daži termodinamikas pirmā un otrā likuma ikdienas piemēri? Hearst Seattle Media, LLC. Paņemts no: education.seattlepi.com
5. Lamberts. (2006). Otrais termodinamikas likums. Paņemts no: entropysite.oxy.edu
6. 15 Termodinamika. . Fotografēts no: wright.edu