Menu

Motor de gasoil.
Cicle dièsel

Termodinàmica química

Termodinàmica química

La termodinàmica química és lestudi de la interrelació de la calor i el treball amb reaccions químiques o amb canvis físics destat dins els límits de les lleis de la termodinàmica.

La termodinàmica química implica no només mesures de laboratori de diverses propietats termodinàmiques, sinó també aplicar mètodes matemàtics a l'estudi de qüestions químiques i l'espontaneïtat dels processos.

L'estructura de la termodinàmica química es basa en les dues primeres lleis de la termodinàmica. A partir de la primera i la segona llei de la termodinàmica, es poden derivar quatre equacions anomenades "equacions fonamentals de Gibbs". A partir d'aquestes quatre, es poden derivar una multitud d'equacions que relacionen les propietats termodinàmiques del sistema termodinàmic fent servir matemàtiques relativament simples. Això descriu el marc matemàtic de la termodinàmica química.

La termodinàmica química està en contacte estret amb seccions de química com ara

  • química analítica
  • electroquímica
  • química col·loide
  • Adsorció i cromatografia

Per què serveix la termodinàmica química?

L'objectiu principal de la termodinàmica química és establir un criteri per determinar la viabilitat o espontaneïtat d'una transformació donada. D'aquesta manera, la termodinàmica química es fa servir normalment per predir els intercanvis d'energia que ocorren en els processos següents:

  • Reaccions químiques
  • Canvis de fase
  • La formació de solucions.

Les funcions d'estat següents són de preocupació principal en la termodinàmica química:

  • Energia interna (U)
  • Entalpia (h). L'entalpia és una quantitat física definida al camp de la termodinàmica clàssica perquè mesuri el màxim d'energia d'un sistema termodinàmic teòricament susceptibles de ser eliminat en forma de calor. És particularment útil per entendre i descriure processos isobàrics: pressió constant, la variació d'entalpia està directament associada amb l'energia rebuda pel sistema en forma de calor; aquests són fàcilment quantificables amb calorímetres.
  • Entropia (S). L'entropia és una magnitud termodinàmica que explica l'energia que no es pot fer el treball útil en un procés termodinàmic. És una funció d'un estat de caràcter extens i el seu valor creix en un sistema aïllat, segons la segona llei de la termodinàmica. Es pot interpretar com a estat de desordre d'un sistema. La variació positiva de l'entropia indica el sentit natural en què passa qualsevol esdeveniment en un sistema aïllat.
  • Energia lliure de Gibbs (G). En termodinàmica, l'energia lliure de Gibbs (o entalpia lliure) és una expressió matemàtica, més específicament una funció d'estat extensa, que proporciona la condició d'equilibri i d'espontaneïtat per a qualsevol procés que tingui lloc sota pressió constant (per exemple, moltes reaccions) . productes químics). Els canvis a l'energia lliure estan simbolitzats com a ΔG i representen l'energia disponible per al treball químic útil.

La majoria de les identitats a la termodinàmica química sorgeixen de l'aplicació de la primera llei de la termodinàmica i de la segona llei de la termodinàmica, en particular la llei de conservació de l'energia, a aquestes funcions estatals.

Lleis de la termodinàmica

De manera resumida les tres lleis de la termodinàmica anuncien el següent:

L´energia de l´univers és constant.
En qualsevol procés espontani sempre hi ha un augment en l'entropia de l'univers.
L'entropia d'un vidre perfecte (ben ordenat) a 0 Kelvin és zero.

Les lleis de la termodinàmica descriuen, en principi, el transport privat de calor i treball en els processos termodinàmics. Tot i això, des de la seva concepció, aquestes lleis de la física es van convertir en les més importants de tota Física i altres ciències relacionades amb la termodinàmica. Es veuen sovint associades amb conceptes massa allunyats del que recullen els seus enunciats.

Lleis de la termodinàmica

0. llei zero de la termodinàmica.

1. primera llei de la termodinàmica.

2. segona llei de la termodinàmica.

3. tercera llei de la termodinàmica.

El primer principi que es va establir va ser la segona llei de la termodinàmica, tal com la va formular Sadi Carnot el 1824. El 1860 ja va establir dos “principis” de la termodinàmica amb les obres de Rudolf Clausius i William Thomson, Lord Kelvin. Amb el temps, aquests principis s'han convertit en “lleis”. El 1873, per exemple, Willard Gibbs va afirmar que hi havia dues lleis absolutes de la termodinàmica en els seus mètodes gràfics a la termodinàmica de fluids. Actualment s'enuncien un total de quatre lleis. En els últims 80 anys, alguns autors han suggerit altres lleis, però cap no va ser acceptada per unanimitat.

Història de la termodinàmica química

El desenvolupament de la termodinàmica química es va desenvolupar simultàniament de dues maneres: termoquímica i termodinàmica.

L'aparició de la termoquímica com a ciència independent s'ha de considerar com el descobriment per Herman Ivanovich Hess, professor de la Universitat de Petersburg, la relació entre els efectes tèrmics de les reaccions químiques, les lleis de Hess.

El 1867, sobre la base de la termoquímica, Marselen Berthelot va proposar una de les primeres teories de l'afinitat química, explicant la direcció del flux de les reaccions químiques.

Els èxits generals de la termodinàmica, com a part de la química teòrica, reflectits a l'estudi de l'entropia, van portar a l'aparició d'un altre mètode de recerca, no relacionat amb la teoria de l'afinitat química provada negativament.

Els fonaments de la termodinàmica química clàssica es van establir en el treball de Josiah Willard Gibbs "Sobre l'equilibri de substàncies heterogènies" (1878), en què es va desenvolupar un mètode gràfic per representar els estats d'una substància, el mètode dels potencials termodinàmics i la regla de les fases.

Els mètodes de Gibbs, també desenvolupats per Pierre Dueme, van donar un gran impuls al desenvolupament de les aplicacions termodinàmiques, ja que eren molt més simples que el mètode dels processos circulars, que requerien inventar processos hipotètics que tancaven cert procés en un de circular.

Autor:

Data de publicació: 30 de octubre de 2018
Última revisió: 30 de octubre de 2018