Лекция тезистерінің жинағын дайындаған: х.ғ. к., доцент м а. Абжалов Б. С. Лекция тезистерінің жинағы кафедраның №1 хаттамасы

-лекция. Тақырыбы: Химиялық потенциал, оның термодинамикалық функцияларымен және жүйе құрамымен байланысы. Активтілік. Активтілік коэффициенті

жүктеу/скачать 451,17 Kb.

бет	5/10
Дата	16.10.2019
өлшемі	451,17 Kb.
	#49963
түрі	Лекция

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Байланысты:
lek fiz him

5-лекция. Тақырыбы: Химиялық потенциал, оның термодинамикалық функцияларымен және жүйе құрамымен байланысы. Активтілік. Активтілік коэффициенті

Жоспары: 1 Химиялық потенциалдар.

Химиялық потенциал, оның термодинамикалық функцияларымен және жүйе құрамымен байланысы.
Активтілік. Активтілік коэффициенті.

Лекция мақсаты мен міндеттері: Термодинамикалық функциялармен химиялық потенциалдың байланысы. Активтілік және активтілік коэффициенті туралы түсінік қалыптастыру.
Лекция мазмұны. Алдыңғы тарауда термодинамиканы жүйені құрайтын заттардың тұрақты болатын жағдайында қарастырып, жүйенің ішкі энергиясының немесе басқа да термодинамикалық функциялар өзгерісінің әр түрлі процестерді сипаттайтынын айттық. Химия үшін сол заттардың өзгеруі - ең көңіл аударарлық мәселе. Өзгеру ашық жүйелерде ғана емес, сонымен қатар жабық жүйелерде де, химиялық реакциялардың және фазалық түрленулердің нәтижесінде болуы мүмкін. Ондай өзгерістер жүйенің ішкі энергиясын, сондай-ақ, Н, Ғ шамаларын да, жүйенің кейбір қасиеттерін де өзгертуі ықтимал. Сондықтан мұндай жүйелер үшін термодинамиканың бірінші заңын былай жазуға болады:
dU= Q- A+dЕМ (1)
Бұл теңдеудегі шамалар темродинамикадан белгілі, ал тендеудің соңғы мүшесі (dЕм) зат массасының өзгеруі нәтижесінде жүйенің ішкі энергиясының өзгеруін сипаттайды. Ендеше химиялық реакцияны - реакция өнімдерінің жүйеге енуі, ал бастапқы заттардың жүйеден шығуы ретінде қарастыруға болады. 1-теңдеуді былай да көрсетуге болады:
dU= Q- A- 1dn1+ 2dn2+... (1а )
Егер процесс тепе-теңдікте болса және істелінетін жұмыс газдың ұлғаюы жұмысынан тұратын болса, онда:
dU=Т∙dS-РdV+ 1 (2)
1 және 2-теңдеулердегі n1, n2, п3,...- жүйедегі заттардың моль санымен сипатталатын массалары: 1, 2 және 3, dnj мен dnj арасындағы пропорционалдық коэффициент, яғни;
_i = ( U / пi )s, v,nj
Мұнда _i -ішкі энергияның S, V және басқа құрамдас бөліктердің массалары nj тұрақты болған кездегі жүйеге құрамдас бөліктің енуіне байланысты ішкі энергияның өзгеру жылдамдығын сипаттайды. i i idn өрнегі тек ішкі энергия емес, сонымен қатар dH, dҒ және dG өрнектеріне де кіреді:
dH  TdS +VdP +

_i dn_і(4)

dF  - SdT + PdV + _i dn_і(5)

dG  - SdT + VdP+

_i dn_і(6)
Бұл теңдеулерді массалары өзгерген жағдайда пайдалануға болады. 2 және 4, 5, 6-теңдеулерді талдай отырып, қысым механикалық энергияның потенциалы (2,5-тeңдеулер), ал температурада жылулық энергияның потенциалы (2,4-теңдеулер) сияқты i химиялық энергияның потенциалы екеніне көз жеткізе аламыз. Екі жүйе өзара жанасқанда олардың потенциалдарының теңелетіні белгілі. Мысалы, қысым, көлемнің өзгеруі арасында олар теңеледі. Осыған ұқсас әр құрамдас бөліктің i шамасы жүйедегі осы құрамдас бөлік мөлшерінің өзгеруі нәтижесінде теңеседі. 2, 4, 5-теңдеулерді салыстыра отырып, химиялық потенциал деп аталатын i шамасына эквивалентті мынадай өрнектерді алуға болады:
i=(U/n)v,s,пj=(Н/ni)p,s,пj=(Ғ/ni)V,T,nj=(G/ni)P,T,nj (7)
Барлық жағдайда да i ≠ j Р, Т т. б. қарқындылық параметрлер сияқты емес, сондықтан химиялық потенциалды тікелей өлшеуге болмайды. 7-теңдeудің ең көп қолданылатын өрнегі мынау:
i=(G/ni)P,T,nj (7а )
Сонымен, жүйенің і құрамдас бөлігінің химиялық потенциалы i Гиббс энергиясының тұрақты қысым мен температурада сол құрамдас бөлігінің массасы бойынша алынған туындысы. Ол қысым, температурада және массалардың функциясы. Негізгі теңдеуді еске алсақ:
dG =-SdТ + VdР + _i dn_і
Бұл теңдеуден тұрақты қысым мен температурада, яғни изобаралық-изотермиялық процестерде тепе-теңдік жағдайы мынадай болады:

_i dn_і = 0
А және В заттарын алып, олардың жабық жүйедегі екі фазада (I және II) таралуын қарастырайық. Олардың тепе-теңдік жағдайда таралуын былай көрсете аламыз:

( А,I-	_А,_II)dnA⁺(	B,I- B, II) = 0	(9)
Бұл теңдеудегі dnA, dnB-ға тәуелсіз болғандықтан, теңдеудің
(9) сол жағы мынадай жағдайда ғана нөлге тең болады:				(9^a)
А,I=	А,II жэне	B,I= B,II

Яғни берілген заттың химиялық потенциалдары теңескенде, физикалық тепе-теңдік сақталады. Егер екі емес, бірнеше фаза болса, онда барлық фазадағы берілген заттың химиялық потенциалдары бірдей болуы керек. Егер әр фазада берілген заттың химиялық потенциалдары әр түрлі болса, онда ол құрамдас бөлік химиялық потенциалы көп фазадан химиялық потенциалы аз фазаға өздігінен өтетін болады. Әрине, ондай ауысу осы екі фазадағы сол заттың химиялық потенциалы теңескенге дейін жүреді, химиялық потенциалдары теңескен кезде тепе-теңдік орнығады. 7а - теңдеуден:

dG=_idn_ii	шығады	(10)
i
10-теңдеуді жалпы масса бойынша тұрақты көлемде интегралдасақ:

G=	idn_i болады	(11)
i

Жеке зат үшін теңдеуді (11) былай жазуға болады: М=G/п (12) яғни жеке (дара) заттың химиялық потенциалы молярлық Гиббс энергиясына тең болып шығады. Жалпы алғанда химиялық потенциал берілген бір моль құрамдас бөліктің жүйенің изобаралық потенциалына қосатын үлесін көрсетеді.

2. Идеал газдың химиялық потенциалы

Идеал газ үшін А'=0 екенін ескеріп, тұрақты температурада (Т- const) мына теңдеуді жазуға болады:

	dG=VdР=(пRТ/р)d			(13)
Бұл теңдеуді Р⁰-дeн Р-ге және С⁰-ден С-ге дейін интегралдасақ:
	G = G⁰ =пRTlnP / Р⁰
немеcе:	G=G⁰	_(T₎=пRTlnP/Р⁰
			(14)

Егер Р 0 = 1 атм болса, онда жеке идеал газ үшін Гиббс энергиясы мынаған тең:

G=G0 (T)+пRTlnP (15)
Газдың қысымы бір атмосфераға тең болса, G =G0 болады. Демек G 0 -қалыпты Гиббс энергиясы. 15-теңдеуден идеал газдың химиялық потенциалы үшін мынадай өрнек жаза аламыз:

	i=	₀(Т=RТlпР	(16)
Өйткені химиялық потенциал деп отырғанымыз газ молінің изобарлық потенциалы
16-теңдеудегі	₀(Т)–Т
температурасындағы қалыпты химиялық потенциал.
Егер идеал газдардың қоспасы болса, онда оның і- құрам бөлігі үшін:
	=	i⁰(Т)=RТlпР	(17)

Мұндағы Рi , I - құрамдас бөлігінің үлестік қысымы. Қоспаның жалпы қысымы - Р, ал құрамдас бөлігінің мольдік үлесі – Ni, сондықтан: Рi=Р∙N. Осыларды еске алып, теңдеуді (17) былай жазуға болады:

	i⁰ (Т) + RТlпР + RТlп N
=	i⁰ (Т) + RТlпР + RТlп N
немесе:
_i=	_i(Т,P)+RТlпN_i	(18)

Соңғы теңдеуден қалыпты (стандарттық) химиялық потенциал тек температураның ғана емес, сонымен бірге қысымның да функциясы екенін байқауға болады.

Оқытудың техникалық құралдары: интерактивті тақта, проектор сызба – кестелер, видео-, дыбыс аппаратурасы.

Оқытудың әдістері мен түрлері: баяндау, сұрақ – жауап, түсіндіру, кіріспе лекция

Деңгейлік тапсырмалар:

1деңгей. Химиялық потенциалдар жөнінде жазыңыз.

2-деңгей. Активтілік коэффициентін түсіндіріңіз.

3-деңгей. Идеал газдың химиялық потенциалын көрсетіңіз.

ОБСӨЖ тапсырмалары: Химиялық потенциал, оның термодинамикалық функцияларымен және жүйе құрамымен байланысы.

СӨЖ тапсырмалары: Активтілік. Активтілік коэффициенті.

.

Пайдаланылатын әдебиеттер:

Х.Қ. Оспанов, Д.Х. Қамысбаев, Е.Х., т.б. Физикалық химия. Алматы: 2014, 544 б.
П. Эткинс, Дж. Де Паула. Физикалық химия. Тепе-теңдік термодинамика. Т-1, Алматы: 2012.
Ә. Қоқанбаев. Физикалық және коллоидтық химия. Алматы: 2011, 488 б.
П. Эткинс. Физическая химия. Т-1, 2002.

жүктеу/скачать 451,17 Kb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10