ኬሚካዊ ቴርሞዳይናሚክስ፡ መሰረታዊ ፅንሰ-ሀሳቦች፣ ህጎች፣ ተግባራት

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2023-12-17 05:15

የኬሚካላዊ ቴርሞዳይናሚክስ መሰረታዊ ነገሮች አንዳንድ ነገሮች በሁለተኛ ደረጃ ትምህርት ቤት ውስጥ ግምት ውስጥ መግባት ይጀምራሉ። በኬሚስትሪ ትምህርቶች ውስጥ, ተማሪዎች ለመጀመሪያ ጊዜ እንደ ተለዋዋጭ እና የማይመለሱ ሂደቶች, የኬሚካል ሚዛን, የሙቀት ተጽእኖ እና ሌሎች ብዙ ጽንሰ-ሐሳቦች ያጋጥሟቸዋል. ከትምህርት ቤቱ የፊዚክስ ኮርስ ስለ ውስጣዊ ጉልበት፣ ስራ፣ አቅም እና እንዲያውም ከመጀመሪያው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ጋር ይተዋወቃሉ።

የቴርሞዳይናሚክስ ፍቺ

የኬሚካላዊ ምህንድስና ስፔሻሊስቶች ዩኒቨርሲቲዎች እና ኮሌጆች ተማሪዎች ቴርሞዳይናሚክስ በአካል እና/ወይም በኮሎይድል ኬሚስትሪ ማዕቀፍ ውስጥ በዝርዝር ያጠናል። ይህ ከመሠረታዊ ርዕሰ ጉዳዮች ውስጥ አንዱ ነው, የእሱ ግንዛቤ ለአዳዲስ የቴክኖሎጂ ማምረቻ መስመሮች እና መሳሪያዎች እድገት አስፈላጊ የሆኑትን ስሌቶች እንዲሰሩ ያስችልዎታል, አሁን ባሉ የቴክኖሎጂ መርሃግብሮች ውስጥ ችግሮችን መፍታት.

ኬሚካል ቴርሞዳይናሚክስ በተለምዶ ሙቀት፣ ስራ እና ጉልበት ወደ እርስበርስ መቀየርን በሚመለከት አጠቃላይ ህጎች ላይ በመመርኮዝ ኬሚካላዊ ማክሮ ሲስተሞችን እና ተዛማጅ ሂደቶችን ከሚያጠኑ ፊዚካል ኬሚስትሪ አንዱ ተብሎ ይጠራል።

በሶስት ፖስትላይቶች ላይ የተመሰረተ ነው፡ እነዚህም ብዙ ጊዜ የቴርሞዳይናሚክስ መርሆች ይባላሉ። የላቸውምሒሳባዊ መሠረት, ነገር ግን በሰው ልጅ የተከማቸ የሙከራ መረጃን በአጠቃላይ ላይ የተመሰረተ ነው. ከእነዚህ ሕጎች ብዙ መዘዞች የተገኙ ናቸው፣ እሱም ለአካባቢው ዓለም መግለጫ መሠረት ነው።

ተግባራት

የኬሚካል ቴርሞዳይናሚክስ ዋና ተግባራት የሚከተሉትን ያካትታሉ፡

• ጥልቅ ጥናት፣ እንዲሁም የኬሚካላዊ ሂደቶችን አቅጣጫ፣ ፍጥነታቸውን፣ የሚነኩባቸውን ሁኔታዎች (አካባቢ፣ ቆሻሻዎች፣ ጨረሮች፣ ወዘተ) የሚወስኑ በጣም አስፈላጊ ንድፎችን ማብራሪያ፤
• የማንኛውም ኬሚካላዊ ወይም ፊዚኮ-ኬሚካላዊ ሂደት የኃይል ውጤት ስሌት፤
• ለከፍተኛው የምላሽ ምርቶች ምርት ሁኔታዎችን ማወቅ፤
• የተለያዩ የቴርሞዳይናሚክስ ስርዓቶች ሚዛናዊ ሁኔታ መስፈርቶችን መወሰን፤
• የአንድ የተወሰነ አካላዊ እና ኬሚካላዊ ሂደት ድንገተኛ ፍሰት አስፈላጊ መስፈርቶችን ማቋቋም።

ነገር እና ነገር

ይህ የሳይንስ ክፍል የማንኛውም ኬሚካላዊ ክስተት ተፈጥሮ እና ዘዴን ለማብራራት አላማ የለውም። እሷ የምትፈልገው በመካሄድ ላይ ባሉት ሂደቶች የኃይል ጎን ብቻ ነው. ስለዚህ የኬሚካል ቴርሞዳይናሚክስ ርዕሰ ጉዳይ ኢነርጂ ተብሎ ሊጠራ ይችላል እና በኬሚካዊ ግብረመልሶች ሂደት ውስጥ የኃይል ለውጥ ህጎች ፣ በትነት እና ክሪስታላይዜሽን ውስጥ ያሉ ንጥረ ነገሮች ሟሟት።

ይህ ሳይንሱ ይህ ወይም ያ ምላሽ በተወሰኑ ሁኔታዎች ከጉዳዩ ጉልበት አንፃር መቀጠል ይችል እንደሆነ ለመወሰን ያስችላል።

የጥናቱ ዕቃዎች የአካላዊ እና ኬሚካላዊ ሂደቶች የሙቀት ሚዛን ፣ ደረጃ ይባላሉሽግግሮች እና የኬሚካል እኩልነት. እና በማክሮስኮፒክ ሥርዓቶች ብቻ፣ ማለትም፣ እጅግ በጣም ብዙ የሆኑ ቅንጣቶችን ያካተቱት።

ዘዴዎች

የፊዚካል ኬሚስትሪ ቴርሞዳይናሚክስ ክፍል ዋና ችግሮቹን ለመፍታት ቲዎሬቲካል (ስሌት) እና ተግባራዊ (የሙከራ) ዘዴዎችን ይጠቀማል። የመጀመሪያው ቡድን ዘዴዎች የተለያዩ ንብረቶችን በቁጥር እንዲያዛምዱ ይፈቅድልዎታል ፣ እና አንዳንዶቹን በሌሎች የሙከራ ዋጋዎች ላይ በመመርኮዝ የቴርሞዳይናሚክስ መርሆዎችን በመጠቀም ያሰሉ። የኳንተም ሜካኒክስ ህጎች የንጥረቶችን እንቅስቃሴ የመግለጫ መንገዶችን እና ባህሪያትን ለመመስረት ይረዳሉ ፣ እነሱን የሚያሳዩትን መጠኖች በሙከራ ሂደት ውስጥ ከተወሰኑት አካላዊ መለኪያዎች ጋር ለማገናኘት ።

የኬሚካል ቴርሞዳይናሚክስ የምርምር ዘዴዎች በሁለት ቡድን ይከፈላሉ፡

• ቴርሞዳይናሚክስ። እነሱ የአንዳንድ ንጥረ ነገሮችን ተፈጥሮ ግምት ውስጥ አያስገባም እና ስለ ንጥረ ነገሮች አቶሚክ እና ሞለኪውላዊ መዋቅር በማንኛውም ሞዴል ሀሳቦች ላይ የተመሰረቱ አይደሉም። እንደነዚህ ያሉት ዘዴዎች ብዙውን ጊዜ ፍኖሜኖሎጂያዊ ተብለው ይጠራሉ ፣ ማለትም ፣ በሚታዩ መጠኖች መካከል ግንኙነቶችን መፍጠር።
• ስታቲስቲካዊ። እነሱ በቁስ አወቃቀር እና በኳንተም ተፅእኖዎች ላይ የተመሰረቱ ናቸው ፣ በአተሞች ደረጃ እና በተካተቱት ቅንጣቶች ላይ የተከናወኑ ሂደቶችን ትንተና ላይ በመመርኮዝ የስርዓቶችን ባህሪ ለመግለጽ ያስችሉ።

ሁለቱም አካሄዶች ጥቅሞቻቸው እና ጉዳቶቻቸው አሏቸው።

ዘዴ	ክብር	ጉድለቶች
ቴርሞዳይናሚክስ	በትልቅ ምክንያትአጠቃላይነት በጣም ቀላል እና ተጨማሪ መረጃ አያስፈልገውም፣የተለዩ ችግሮችን እየፈታ	የሂደቱን ዘዴ አያሳይም
ስታቲስቲካዊ	የክስተቱን ምንነት እና ዘዴ ለመረዳት ይረዳል፣ ምክንያቱም እሱ የተመሰረተው ስለ አቶሞች እና ሞለኪውሎች	የተሟላ ዝግጅት እና ከፍተኛ መጠን ያለው እውቀት ያስፈልገዋል

የኬሚካል ቴርሞዳይናሚክስ መሰረታዊ ፅንሰ ሀሳቦች

ስርዓት ማንኛውም ቁሳዊ ማክሮስኮፒክ ጥናት ነው፣ከውጫዊ አካባቢ የተነጠለ እና ድንበሩ እውነተኛ እና ምናባዊ ሊሆን ይችላል።

የስርዓቶች አይነቶች፡

• የተዘጋ (የተዘጋ) - በጠቅላላው የጅምላ ቋሚነት ተለይቶ የሚታወቅ፣ ከአካባቢው ጋር ምንም አይነት የቁስ ልውውጥ የለም፣ነገር ግን የሃይል መለዋወጥ ይቻላል፤
• ክፍት - ጉልበትንም ሆነ ቁስን ከአካባቢው ጋር ይለዋወጣል፤
• የተገለለ - ኃይልን (ሙቀትን፣ ሥራን) ወይም ቁስን ከውጫዊ አካባቢ ጋር አይለዋወጥም፣ ቋሚ መጠን ሲኖረው፣
• adiabatic-isolated - የሙቀት ልውውጥ ከአካባቢው ጋር ብቻ ሳይሆን ከስራ ጋር ሊያያዝ ይችላል።

የሙቀት፣ ሜካኒካል እና ስርጭት ግንኙነቶች ጽንሰ-ሀሳቦች የኃይል እና የቁስ ልውውጥ ዘዴን ለማመልከት ያገለግላሉ።

የስርዓት ሁኔታ መለኪያዎች ማንኛውም ሊለኩ የሚችሉ የስርዓቱ ሁኔታ ማክሮ ባህሪያት ናቸው። ሊሆኑ ይችላሉ፡

• የጠነከረ - ከጅምላ (የሙቀት መጠን፣ ግፊት)፤
• ሰፊ (አቅም ያለው) - ከእቃው ብዛት ጋር ተመጣጣኝ (ጥራዝ፣የሙቀት አቅም፣ ክብደት)።

እነዚህ ሁሉ መመዘኛዎች በኬሚካላዊ ቴርሞዳይናሚክስ ከፊዚክስ እና ኬሚስትሪ የተበደሩ ናቸው፣ነገር ግን እንደ ሙቀት መጠን ስለሚቆጠሩ ትንሽ የተለየ ይዘት ያግኙ። ለዚህ እሴት ምስጋና ይግባውና የተለያዩ ንብረቶች እርስ በርስ የተያያዙ ናቸው።

ሚዛናዊነት በቋሚ ውጫዊ ሁኔታዎች ውስጥ የሚመጣበት እና በጊዜያዊ የቴርሞዳይናሚክስ መለኪያዎች የሚገለጽበት ስርዓት ሲሆን በውስጡም የቁሳቁስ አለመኖር እና የሙቀት መጠኑ የሚፈስበት ነው። ለዚህ ሁኔታ የግፊት ፣ የሙቀት እና የኬሚካል እምቅ ቋሚነት በስርዓቱ አጠቃላይ መጠን ውስጥ ይስተዋላል።

ሚዛናዊ እና ሚዛናዊ ያልሆኑ ሂደቶች

የቴርሞዳይናሚክስ ሂደት በኬሚካላዊ ቴርሞዳይናሚክስ መሰረታዊ ፅንሰ-ሀሳቦች ስርዓት ውስጥ ልዩ ቦታን ይይዛል። እሱ በአንድ ወይም በብዙ ቴርሞዳይናሚክስ መለኪያዎች የሚታወቁት በስርዓቱ ሁኔታ ላይ ያሉ ለውጦች ተብሎ ይገለጻል።

በስርአቱ ሁኔታ ላይ የሚደረጉ ለውጦች በተለያዩ ሁኔታዎች ሊኖሩ ይችላሉ። በዚህ ረገድ, በተመጣጣኝ እና ሚዛናዊ ባልሆኑ ሂደቶች መካከል ልዩነት ይደረጋል. ሚዛናዊ (ወይም ኳሲ-ስታቲክ) ሂደት እንደ ተከታታይ የስርዓት ሚዛናዊ ሁኔታዎች ይቆጠራል። በዚህ ሁኔታ, ሁሉም መመዘኛዎቹ ያለገደብ በዝግታ ይለወጣሉ. እንደዚህ አይነት ሂደት እንዲካሄድ፣ በርካታ ሁኔታዎች መሟላት አለባቸው፡

1. በአስፈጻሚ እና ተቃዋሚ ሃይሎች እሴት (ውስጣዊ እና ውጫዊ ግፊት ወዘተ) ላይ እጅግ በጣም ትንሽ ልዩነት።
2. የሂደቱ በጣም ቀርፋፋ ፍጥነት።
3. ከፍተኛው ስራ።
4. የውጭ ሃይል ወሰን የሌለው ለውጥ የፍሰቱን አቅጣጫ ይለውጣልሂደት ተገላቢጦሽ።
5. የቀጥታ እና የተገላቢጦሽ ሂደቶች የስራ እሴቶች እኩል ናቸው፣ እና መንገዶቻቸው ተመሳሳይ ናቸው።

የስርአቱን ሚዛናዊ ያልሆነ ሁኔታ ወደ ሚዛናዊነት የመቀየር ሂደት ዘና ማለት ሲሆን የቆይታ ጊዜውም የእረፍት ጊዜ ይባላል። በኬሚካላዊ ቴርሞዳይናሚክስ ውስጥ, ለማንኛውም ሂደት የእረፍት ጊዜ ትልቁ ዋጋ ብዙውን ጊዜ ይወሰዳል. ይህ የሆነበት ምክንያት ትክክለኛ ስርዓቶች በቀላሉ በሚመጡት የኃይል ፍሰቶች እና/ወይም በስርአቱ ውስጥ ያሉ ቁስ አካላት ሚዛኑን የሚለቁ በመሆናቸው እና ሚዛናዊ ያልሆኑ በመሆናቸው ነው።

የሚቀለበሱ እና የማይመለሱ ሂደቶች

የሚቀለበስ ቴርሞዳይናሚክስ ሂደት የአንድ ስርዓት ከአንዱ ግዛቶች ወደሌላ የሚደረግ ሽግግር ነው። ወደ ፊት አቅጣጫ ብቻ ሳይሆን ወደ ተቃራኒው አቅጣጫ ሊፈስ ይችላል, በተጨማሪም, በተመሳሳይ መካከለኛ ግዛቶች በኩል, በአካባቢው ምንም ለውጦች አይኖሩም.

የማይቀለበስ ሂደት ነው ስርዓቱ ከአንዱ ግዛት ወደ ሌላ ሀገር መሸጋገር የማይቻልበት እንጂ በአካባቢ ለውጥ የማይታጀብ ነው።

የማይመለሱ ሂደቶች፡

ናቸው።

• የሙቀት ማስተላለፍ በተጠናቀቀ የሙቀት ልዩነት፤
• የጋዝ መስፋፋት በቫኩም ውስጥ፣በዚያ ጊዜ ምንም አይነት ስራ ስለማይሰራ እና ጋዙን ሳይሰራ መጭመቅ ስለማይቻል፣
• ስርጭት፣ ከተወገደ በኋላ ጋዞቹ በቀላሉ እርስበርስ ይሰራጫሉ፣ እና የተገላቢጦሽ ሂደቱ ስራ ሳይሰራ የማይቻል ነው።

ሌሎች የቴርሞዳይናሚክስ ሂደቶች

የክብ ሂደት (ዑደት) እንዲህ ያለ ሂደት ነው፣ ወቅትይህም ስርዓቱ በንብረቶቹ ላይ ለውጥ በመታየቱ ይገለጻል, እና በመጨረሻው ወደ መጀመሪያው እሴቶቹ ተመለሰ.

የሂደቱን ባህሪያት በሚገልጹ የሙቀት መጠን፣ መጠን እና ግፊት እሴቶች ላይ በመመስረት የሚከተሉት የሂደት ዓይነቶች በኬሚካዊ ቴርሞዳይናሚክስ ውስጥ ተለይተዋል፡

• Isothermal (T=const)።
• ኢሶባሪክ (P=const)።
• Isochoric (V=const)።
• Adiabatic (Q=const)።

የኬሚካል ቴርሞዳይናሚክስ ህጎች

ዋናዎቹን ፖስቶች ከማጤንዎ በፊት የተለያዩ ስርዓቶችን ሁኔታ የሚያመለክቱ የብዛቶች ምንነት ማስታወስ ያስፈልጋል።

የስርአቱ ዉስጣዊ ኢነርጂ U እንደ ሃይሉ ክምችት ተረድቷል፣ እሱም የእንቅስቃሴ እና ቅንጣት መስተጋብርን ያቀፈ፣ ማለትም ሁሉም አይነት ሃይል ከኪነቲክ ኢነርጂ እና እምቅ ሃይል በስተቀር።. ለውጡን ይወስኑ ∆U.

Enthalpy H ብዙ ጊዜ የተስፋፋው ስርአት ሃይል እና እንዲሁም የሙቀት መጠኑ ይባላል። H=U+pV.

Heat Q የተዘበራረቀ የሃይል ማስተላለፊያ አይነት ነው። የስርዓቱ ውስጣዊ ሙቀት እንደ አዎንታዊ (Q > 0) ሙቀት ከተወሰደ (ኢንዶተርሚክ ሂደት) ይቆጠራል. ሙቀት ከተለቀቀ (exothermic process) አሉታዊ ነው (Q < 0)።

ስራ ሀ የታዘዘ የኃይል ማስተላለፊያ ዘዴ ነው። በስርአቱ በውጭ ሃይሎች የሚፈፀም ከሆነ እንደ አወንታዊ (A>0) እና በስርዓቱ ላይ በውጭ ሃይሎች የሚሰራ ከሆነ አሉታዊ (A<0) ይቆጠራል።

መሰረታዊው ፖስትulate የመጀመሪያው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ነው። ብዙ አሉየእሱ ቀመሮች፣ ከእነዚህም መካከል የሚከተሉት ሊለዩ ይችላሉ፡- "ከአንድ ዓይነት ወደ ሌላ የኃይል ሽግግር በጥብቅ ተመጣጣኝ መጠን ይከሰታል።"

ስርአቱ ከግዛት 1 ወደ ስቴት 2 ከተሸጋገረ ከሙቀት Q ጋር አብሮ የሚሄድ ከሆነ ይህ ደግሞ የውስጥ ሃይልን ∆Uን በመቀየር እና ስራን ለመስራት የሚውል ከሆነ በሂሳብ ደረጃ ይህ ፖስትዩሌት ነው በእኩልታዎች የተጻፈ፡ Q=∆U +A ወይም δQ=dU + δA.

ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ፣ ልክ እንደ መጀመሪያው፣ በንድፈ ሀሳብ አልተገኘም፣ ነገር ግን የፖስታ (postulate) ደረጃ አለው። ይሁን እንጂ አስተማማኝነቱ ከሙከራ ምልከታዎች ጋር በሚዛመደው ውጤት የተረጋገጠ ነው. በፊዚካል ኬሚስትሪ ውስጥ የሚከተለው አጻጻፍ በጣም የተለመደ ነው፡- "በሚዛናዊ ሁኔታ ውስጥ ላልሆነ ለየትኛውም ገለልተኛ ስርዓት ኢንትሮፒ ከጊዜ ወደ ጊዜ እየጨመረ ይሄዳል እና ስርዓቱ ወደ ሚዛናዊነት ሁኔታ እስኪገባ ድረስ እድገቱ ይቀጥላል."

በሂሳብ ደረጃ፣ ይህ የኬሚካል ቴርሞዳይናሚክስ ፖስታ የሚከተለው ቅጽ አለው፡dS_isol≧0። በዚህ ጉዳይ ላይ ያለው የእኩልነት ምልክት ሚዛናዊ ያልሆነ ሁኔታን ያሳያል፣ እና "=" ምልክቱ ሚዛናዊነትን ያሳያል።