1. Ľudmila Komorová Katedra chémie Hutnícka fakulta, TU v Košiciach
VITAJTE !
Ľudmila Komorová
Katedra chémie
Hutnícka fakulta, TU v Košiciach

2. Kurz Fyzikálnej chémie,1.ročník poslucháčov bakalárskeho štúdia

3. FYZIKÁLNA CHÉMIA- úvod
FYZIKA-CHÉMIA
1887 Fyzikálna chémia,Lipsko
Študuje všeobecné zákonitosti chemických dejov a používa zákony fyziky

4. Základné otázky FCH
Kam smerujú procesy ?
Ako rýchlo tam smerujú?

5. Odvetvia FCH Náuka o štruktúre látok Termodynamika Elektrochémia
Kinetika
Koloidná chémia

6. Využitie termodynamiky
Elektrárne
Ľudské telo
Klimatizácia
Lietadlá
Radiátory
Chladiace systémy 6

7. TERMODYNAMIKA definícia:
Oxforský slovník:
Teória súvislostí medzi teplom a mechanickou
energiou a ich vzájomnou premenou
Sonntag a Van Wylen:
veda, ktorá sa zaoberá prácou a teplom a
vlastnosťami látok

8. TERMODYNAMIKA definícia:
Van Ness:
štúdium energie a jej premien
Malá slov. encyklopédia:
časť termiky skúmajúca vlastnosti a procesy veľkých
sústav bez prihliadnutia na ich mikroštruktúru;
skúma najma energiu sústavy a jej zmeny
vyvolané tepelnou výmenou a prácou

9. TERMODYNAMIKA Chemická:používa termodynamické zákony
na chemické reakcie
Inžinierska:zaoberá sa prácou
tepelných strojov
Štatistická:formuluje vzťah medzi vlastnosťami
atómov a vlastnosťami sústavy

10. Základné pojmy termodynamiky
ENERGIA,TEPLO,PRÁCA,
TEPLOTA,SÚSTAVA,OKOLIE....

11. HISTÓRIA TERMODYNAMIKY
Kalorická teória
Premena mechanickej práce na teplo
Mechanický ekvivalent tepla
Premena tepla na prácu
Termodynamické vety

12. Benjamin Thompson gróf Rumford 1753-1814

13. Julius Robert von Mayer 1814-1878

14. James Prescott Joule

15. Nicolas Léonard Sadi Carot 1796-1832

16. Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz 1821-1894

17. Josiah Willard Gibbs

18. William Thompson (Lord Kelvin) 1824-1907

20. Sústava Časť hmoty alebo priestoru Okolie – všetko mimo sústavy
Uzavretá sústava
Otvorená sústava
Izolovaná sústava
Adiabatická
Okolie – všetko mimo sústavy
Hranica
Stacionárna
Pohyblivá

21. Uzavretá sústava E
Sústava E

22. Otvorená sústava
Látka
Energia
Ohrievač vody
Energia
Látka

23. Analýza sústav Prístup je odlišný pre otvorené a uzavreté sústavy
Energia existuje v rôznych podobách
Používajú sa termodynamické veličiny

24. Energia = E Makroskopická Mikroskopická
Vzhľadom na určitý referenčný stav
Mikroskopická
Vztiahnutá na molekulárnu štruktúru

25. Jednotky energie J (kJ) = Joul (alebo Kilo Joul = Joul x 103)
Nm = Newton meter
kalória (cal)= teplo potrebné na ohrev 1 g vody pri teplote 15ºC o 1ºC
1 kcal = 1000 cal 25

26. Makroskopická energia
Kinetická energia (KE)
Potenciálna energia (PE)

27. Iné druhy makroskopickej energie
Magnetická
Elektrická
Povrchové napätie

28. Mikroskopická energia
Kinetická energia jednotlivých molekúl
Potenciálna energia jednotlivých molekúl
Väzbové sily
Chemická energia
Jadrová energia
Sčítajú sa spolu a zahrnú do vnútornej energie (U)

29. Makroskopická a mikroskopická energia sú statické formy energie- môžu sa v systéme zhromažďovať

30. Dynamická energia Keď sa energia pohybuje z jedného miesta na druhé
Jediné druhy energie, ktoré môžu prechádzať cez hranicu sústavy bez prenosu látky sú:
Teplo (q)
Práca (w)

31. Teplo Sústava nemôže obsahovať teplo
Teplo existuje iba ako energia, ktorá prestupuje cez hranice sústavy
To čo pokladáme sa tepelný obsah sústavy je Tepelná energia
Teplo je energia, ktorá sa prenáša pri rozdiele teplôt
Všetky ostatné formy prenosu energie sú práca!!

32. Vlastnosti sústavy termodynamické veličiny
Intenzívne
Nezávisia od veľkosti sústavy
Teplota
Tlak
Extenzívne
Závisia od veľkosti sústavy
Objem
Hmotnosť
Celková energia

33. Symboly termodynamických veličín a jednotky
hmotnosť
teplota
tlak
hustota
energia
teplo
práca
objem
m, kg
T, K or °C
P, kPa
, kg/m3
E, kJ
q, J, kJ
w, J, kJ
V, m3

34. Vlastnosti sústavy sa dajú definovať aj pomocou:
Hustoty
= m/V
Špecifického objemu
v = V/m = 1/
Extenzívne vlastnosti sa dajú vyjadriť na jednotkové množstvo látky
Špecifické vlastnosti
u = U/m je špecifická vnútorná energia

35. Specifické termodynamické veličiny
Špecifický objem
Špecifická energia
Špecifická entalpia
Špecifická entropia
Converts extensive properties into intensive ones

36. Koľko termodynamických veličín?

37. GIBBSOV ZÁKON FÁZ v = z – f + 2 v- počet stupňov voľnosti
z- počet zložiek (počet nezávislých zložiek)
f - počet fáz

38. Definície v,z a f
v – počet stupňov voľnosti je najmenší počet veličín, ktorý jednoznačne definuje termodynamický (makroskopický) stav sústavy
z- je počet zložiek
a) u sústav, v ktorých zložky medzi sebou neragujú sú to všetky prvky a zlúčeniny, ktoré sú v sústave
b) v chemických reakčných sústavách je celkový počet zložiek zmenšený o počet chemických reakcií medzi prítomnými zložkami
f- počet fáz: z koľkých homogénnych častí sa sústava skladá

39. Jednofázová, (homogénna) jednozložková sústava

40. Termodynamický stav
Termodynamický stav jednozložkovej a jednofázovej sústavy môžeme definovať
P,T
V,P
P,V

41. Termodynamický (makroskopický) stav
V danom stave majú všetky termodynamickéické veličiny sústavy stálu hodnotu
Ak sa zmenia zmení sa stav
Termodynamika sa zaoberá rovnovážnymi stavmi

42. Rovnovážny stav
Rovnováha je idealizovaný stav, v ktorom nejestvujú „hnacie sily“, ktoré by mali schopnosť meniť stav sústavy
Hnacími silami sú gradienty teploty, tlaku, hustoty alebo zloženia
It is not possible to define the state of a system if it is too far from equilibrium and hence changing rapidly either in space or time.
This is one of the trickiest parts of thermodynamics!

43. Proces Zmena z jedného rovnovážneho stavu do druhého
Cesta je sériou stavov, ktorými sústava pri procese prechádza
Diagramy procesov

44. Proces (schéma) Proces Prenos látky Prenos tepla Práca
Sústava v stave 1
Sústava v stave 2
Proces
Prenos tepla
Práca
Prenos látky
specify the working substance and the physical arrangement
Then what kind of process (succession of states) is required to get from state 1 to state 2?

45. P T
Stav 1
Stav 2
Cesta procesu
Diagram Procesu T2 P2 P1 T1

46. Definícia stavu
Stav jednofázovej sústavy je úplne definovaný dvoma nezávislými, intenzívnymi vlastnosťami

47. Definícia stavu
Stav jednofázovej sústavy je úplne definovaný dvoma nezávislými, intenzívnymi vlastnosťami

48. Izo
Často budeme hovoriť o procese, pri ktorom je jedna vlastnosť konštantná
Izotermický
Konštantná teplota
Izobarický
Konštantný tlak
Izochorický
Konštantný objem
Adiabatický
Bez výmeny tepla

49. Tlak Sila, ktorou pôsobí tekutina na jednotkovú plochu
Má význam iba pre plyn alebo kvapalinu
V tuhých látkach hovoríme o napätí

50. Jednotky tlaku jeden Pascal nie je veľký tlak!! 1 atm = 101,325 Pa
1 atm = kPa = bar=760 mm Hg

51. Barometer A h
Poznámka: Tlak meraný barometrom je nezávislý od plochy prierezu

52. Barometer
P=gh
Pre daný barometer sú hustota a gravitačné zrýchlenie konštantné
Tlak je priamo úmerný výške
Tlak sa môže merať aj v mm Hg
1 atm = 760 mmHg

53. Manometer
Používa sa na porovnávanie tlakov
Atmospherický tlak
plyn

54. Nultý zákon termodynamiky
Ak sú dve telesá v rovnováhe s tretím telesom, potom sú v rovnováhe medzi sebou
Základ merania teploty

55. Teplota Miera obsahu energie na jednotku látky
Meria sa pomocou: teplomerov,termočlánkov,pyrometrov atď.
Jednotky: ºC, K
K = ºC

56. Teplo Teplo je forma energie.
Teplo nie je teplota. Sústavy neobsahujú teplo, majú tepelnú energiu.
Jednotkou tepla je
(J, kJ)

57. PRÁCA Sústava koná prácu ak pôsobí sila po dráhe
Jednotkou práce je Joul
Objemová práca w = pV
Práca nie je termodynamická funkcia!

59. Vratný a nevratný proces
Vratný (reverzibilný) – malou zmenou vlastnosti sa sústava vráti do pôvodného stavu- sústava prechádza sériou rovnovážnych stavov
Nevratný (ireverzibilný)- prebieha iba v jednom smere

60. Termodynamická funkcia
Zmena nezávisí od spôsobu (cesty)
realizácie procesu ale len od začiatočného a konečného stavu
Má úplný diferenciál
Kruhový integrál diferenciálu =0

61. Zhrnutie : Termodynamický (makroskopický) stav
Definovaný termodynamickými veličinami
Počet termodynamických veličín na definíciu termodynamického stavu vyplýva z Gibbsovho zákona fáz
Termodynamické veličiny: P,T,V...