ТЕРМОДИНАМИЧКИ ПРОЦЕСИ: ВРСТЕ И ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2026

У термодинамичке процеси су физички или хемијски феномени укључују проток топлоте (енергије) или рад између система и околине. Када говоримо о топлоти, рационално нам пада на памет слика ватре, што је најзначајнија манифестација процеса који ослобађа пуно топлотне енергије.

Систем може бити и макроскопски (воз, ракета, вулкан) и микроскопски (атоми, бактерије, молекуле, квантне тачке, итд.). Ово је одвојено од остатка универзума ради разматрања топлине или рада који улази или излази из њега.

Међутим, не само да постоји топлотни ток, већ и системи могу да генеришу промене неке променљиве у свом окружењу као одговор на разматрани феномен. Према термодинамичким законима, мора постојати замена између реакције и топлоте како би се материја и енергија увек чували.

Горе наведено важи за макроскопске и микроскопске системе. Разлика између прве и последње су променљиве за које се сматра да дефинишу њихова енергетска стања (у суштини, почетно и крајње).

Међутим, термодинамички модели желе да повежу оба света контролишући променљиве попут притиска, запремине и температуре система, задржавајући неке од ових константи да би проучавали ефекат других.

Први модел који ово апроксимацију омогућава је идеални гасови (ПВ = нРТ), где је н број молова, који када је подељен са запремином В даје моларни волумен.

Затим, изражавајући промене између системског окружења као функције ових променљивих, могу се дефинисати друге, попут рада (ПВ = В), неопходних за машине и индустријске процесе.

Са друге стране, за хемијске појаве су веће интересе друге врсте термодинамичких променљивих. Оне су директно повезане са ослобађањем или апсорпцијом енергије и зависе од својствене природе молекула: формирања и врста веза.

Системи и појаве у термодинамичким процесима

На горњој слици су представљена три типа система: затворени, отворени и адијабатски.

У затвореном систему не постоји пренос материје између њега и околине, тако да ниједна материја не може ући или напустити; међутим, енергија може прећи границе оквира. Другим речима: појава Ф може да ослободи или апсорбује енергију, на тај начин мењајући оно што је ван оквира.

С друге стране, у отвореном систему хоризонти система имају своје испрекидане линије, што значи да и енергија и материја могу доћи и проћи између ње и околине.

Коначно, у изолованом систему, размена материје и енергије између ње и околине је нула; из овог разлога, на слици је трећи оквир затворен у балон. Неопходно је разјаснити да окружење може бити остатак универзума, и да је студија та која дефинише колико далеко треба узети у обзир обим система.

Физичке и хемијске појаве

Шта је конкретно феномен Ф? Означено словом Ф и унутар жутог круга, појава је промена која се дешава и може бити физичка модификација материје или њена трансформација.

Која је разлика? Укратко: прва не прекида или ствара нове везе, док друга чини.

Стога се термодинамички процес може посматрати према томе да ли је појава физичка или хемијска. Међутим, обоје имају заједничку промену у неком молекуларном или атомском својству.

Примери физичких појава

Загријавање воде у лонцу узрокује пораст судара између његових молекула до точке када је притисак његове паре једнак атмосферском притиску, а затим долази до промјене фазе из течне у гас. Другим речима: вода испарава.

Овде молекули воде не прекидају нити једну своју везу, али пролазе кроз енергетске промене; или оно што је исто, унутрашња енергија У воде је модификована.

Које су термодинамичке променљиве за овај случај? Атмосферски притисак П _ек , температурни производ сагоревања гаса за кување и запремина воде.

Атмосферски притисак је константан, али температура воде није, јер се загрева; нити запремину, јер се њени молекули шире у простору. Ово је пример физичке појаве унутар изобаричког процеса; то јест, термодинамички систем под сталним притиском.

Шта ако ставите воду са мало граха у шпорет? У овом случају, запремина остаје константна (све док се притисак не пусти када се пасуљ скува), али се мења и притисак и температура.

То је зато што произведени гас не може изаћи и одбија се од зидова лонца и површине течности. Затим говоримо о другом физичком феномену, али унутар изохорског процеса.

Примери хемијских појава

Споменуто је да постоје термодинамичке променљиве својствене микроскопским факторима, као што су молекуларна или атомска структура. Које су ове променљиве? Ентталпија (Х), ентропија (С), унутрашња енергија (У) и слободна енергија Гиббса (С).

Ове унутрашње променљиве материје су дефинисане и изражене макроскопским термодинамичким променљивим (П, Т и В), према изабраном математичком моделу (углавном оном идеалних гасова). Захваљујући овој термодинамичкој студији могу се провести хемијске појаве.

На пример, желите да проучите хемијску реакцију типа А + Б => Ц, али реакција се дешава само на температури од 70 ° Ц. Даље, на температурама изнад 100 ° Ц, уместо да се производи, Д.

Под тим условима, реактор (склоп у коме се одвија реакција) мора гарантовати константну температуру око 70 ° Ц, тако да је поступак изотермалан.

Врсте и примери термодинамичких процеса

Адиабатски процеси

Они су они у којима не постоји нето трансфер између система и његове околине. То дугорочно гарантује изолован систем (кутија унутар мехурића).

Примери

Пример за то су калориметри, који одређују количину топлоте која се ослобађа или апсорбује из хемијских реакција (сагоревање, растварање, оксидација итд.).

Унутар физичких појава је кретање које ствара врући гас због притиска на клипове. Исто тако, када ваздушна струја врши притисак на земаљску површину, њена температура расте како је присиљена да се шири.

С друге стране, ако је друга површина гасовита и има нижу густину, њена температура ће се снизити када осети већи притисак, присиљавајући честице да се кондензују.

Адиабатски процеси су идеални за многе индустријске процесе, где мањи губитак топлоте значи ниже перформансе што се одражава на трошкове. Да би га сматрали таквим, проток топлоте мора бити једнак нули или количина топлоте која улази у систем мора бити једнака оној која улази у систем.

Изотермални процеси

Изотермални процеси су сви они у којима температура система остаје константна. То се чини радећи, тако да се остале варијабле (П и В) временом разликују.

Примери

Примера ове врсте термодинамичког процеса је безброј. У суштини, највећи део ћелијске активности се одвија на константној температури (размена јона и воде преко ћелијских мембрана). Унутар хемијских реакција, све оне које успоставе топлотну равнотежу сматрају се изотермалним процесима.

Људски метаболизам успева да одржи константну телесну температуру (приближно 37 ° Ц) кроз широк низ хемијских реакција. То се постиже захваљујући енергији добијеној из хране.

Фазне промене су такође изотермални процеси. На пример, када се течност смрзне, ослобађа се топлота, спречавајући да се температура настави спуштати све док није у потпуности у чврстој фази. Када се то догоди, температура може и даље да се смањује, јер чврста супстанца више не ослобађа енергију.

У оним системима који укључују идеалне гасове, промена унутрашње енергије У је нула, тако да се сва топлота користи за рад.

Изобарски процеси

У тим процесима притисак у систему остаје константан, мењајући његову запремину и температуру. Генерално, могу се јавити у системима отвореним у атмосфери или у затвореним системима чије се границе могу деформисати повећањем запремине, на начин који спречава пораст притиска.

Примери

У цилиндрима унутар мотора, када се гас загрева, он гура клип, што мења запремину система.

Да то није случај, притисак би се повећавао, јер систем нема начина да смањи сударе гасовитих врста на стијенкама цилиндара.

Изохорни процеси

У изохорским процесима запремина остаје константна. Такође се могу сматрати онима у којима систем не ствара ниједан рад (В = 0).

У основи, то су физичке или хемијске појаве које се проучавају унутар било које посуде, без обзира на агитацију или не.

Примери

Примери ових процеса су кување хране, припрема кафе, хлађење флаше сладоледа, кристализација шећера, растварање слабо растворљивог талога, између осталог, хроматографија за измену јона.

Референце

1. Јонес, Андрев Зиммерман. (2016, 17. септембра). Шта је термодинамички процес? Преузето са: тхинкцо.цом
2. Ј. Вилкес. (2014). Термодинамички процеси. . Преузето са: Курсеви.васхингтон.еду
3. Студија (9. августа 2016). Термодинамички процеси: Изобарични, Изохорски, Изотермални и Адијабатски. Преузето са: студи.цом
4. Кевин Вандреи. (2018). Који су неки свакодневни примери првог и другог закона термодинамике? Хеарст Сеаттле Медиа, ЛЛЦ. Преузето са: едуцатион.сеаттлепи.цом
5. Ламберт. (2006). Други закон термодинамике. Преузето са: ентрописите.оки.еду
6. 15 Термодинамика. . Преузето са: вригхт.еду