TERMODINAMIČNI PROCESI: VRSTE IN PRIMERI - KEMIJA - 2026

V termodinamske procesi so fizikalne ali kemijske pojave vključujejo toplotnega toka (energije) ali dela med sistemom in okolico. Ko govorimo o toploti, nam racionalno pride na pamet podoba ognja, ki je bistvena manifestacija procesa, ki sprošča veliko toplotne energije.

Sistem je lahko tako makroskopski (vlak, raketa, vulkan) kot mikroskopski (atomi, bakterije, molekule, kvantne pike itd.). To je ločeno od preostalega vesolja, da upošteva toploto ali delo, ki vstopa ali izstopa iz njega.

Vendar pa ne obstaja samo toplotni tok, ampak lahko tudi sistemi ustvarijo spremembe v neki spremenljivki v svojem okolju kot odgovor na obravnavani pojav. V skladu s termodinamičnimi zakoni mora obstajati kompromis med odzivom in toploto, tako da se vedno ohranjata snov in energija.

Zgoraj velja za makroskopske in mikroskopske sisteme. Razlika med prvo in zadnjo sta spremenljivki, za katere velja, da opredeljujejo njuna energetska stanja (v bistvu začetno in končno).

Vendar pa termodinamični modeli poskušajo povezati oba sveta z nadzorom spremenljivk, kot so tlak, prostornina in temperatura sistemov, pri čemer nekatere od teh konstant ohranjajo, da preučijo učinek drugih.

Prvi model, ki omogoča ta približek, je idealni plini (PV = nRT), kjer je n število molov, ki, deljeno z volumnom V, daje molsko prostornino.

Potem lahko z izražanjem sprememb med sistemom okoli teh spremenljivk določimo druge, kot je delo (PV = W), ki je bistveno za stroje in industrijske procese.

Po drugi strani so za kemijske pojave večje zanimanje druge vrste termodinamičnih spremenljivk. Ti so neposredno povezani s sproščanjem ali absorpcijo energije in so odvisni od notranje narave molekul: tvorbe in vrst vezi.

Sistemi in pojavi v termodinamičnih procesih

Na zgornji sliki so predstavljeni trije sistemi: zaprti, odprti in adiabatski.

V zaprtem sistemu ni prenosa snovi med njim in okolico, tako da nobena zadeva ne more vstopiti ali zapustiti; vendar lahko energija prestopi meje škatle. Z drugimi besedami: pojav F lahko sprosti ali absorbira energijo in tako spremeni tisto, kar je zunaj polja.

Po drugi strani imajo v odprtem sistemu obzorja sistema svoje pikčaste črte, kar pomeni, da lahko tako energija kot snov prideta in gresta med njo in okolico.

Končno je v izoliranem sistemu izmenjava snovi in ​​energije med njo in okolico nič; zaradi tega je na sliki tretji okvir zaprt v mehurček. Treba je pojasniti, da je okolica lahko preostali del vesolja in da je študija tista, ki določa, kako daleč je treba upoštevati področje sistema.

Fizikalni in kemični pojavi

Kaj konkretno je pojav F? Naveden s črko F in znotraj rumenega kroga je pojav sprememba, ki se zgodi in je lahko fizična sprememba snovi ali njena preobrazba.

Kakšna je razlika? Ukratko: prvi ne prekine ali ustvari novih povezav, drugi pa.

Tako lahko termodinamični postopek upoštevamo glede na to, ali je pojav fizičen ali kemičen. Vendar imata obe skupno spremembo v neki molekulski ali atomski lastnosti.

Primeri fizičnih pojavov

Segrevanje vode v loncu povzroči povečanje trkov med njenimi molekulami do točke, ko je tlak njegovih hlapov enak atmosferskemu, nato pa pride do spremembe faze iz tekočine v plin. Z drugimi besedami: voda izhlapi.

Tu molekule vode ne prekinejo nobene svoje vezi, ampak se doživljajo energijske spremembe; ali kar je enako, se spremeni notranja energija U vode.

Katere so termodinamične spremenljivke za ta primer? Atmosferski tlak P _ex , temperaturni produkt zgorevanja kuhalnega plina in prostornina vode.

Atmosferski tlak je stalen, temperatura vode pa ni, saj se segreje; niti volumna, ker se njegove molekule v prostoru širijo. To je primer fizičnega pojava znotraj izobaričnega procesa; torej termodinamični sistem s stalnim tlakom.

Kaj pa, če vodo z nekaj fižola postavite v kuhalnik? V tem primeru ostane prostornina konstantna (dokler tlak ne pride pri kuhanju fižola), toda tlak in temperatura se spremenita.

To je zato, ker proizvedeni plin ne more uiti in odskoči od sten lonca in površine tekočine. Nato govorimo o drugem fizičnem pojavu, vendar znotraj izohoričnega procesa.

Primeri kemijskih pojavov

Omenili smo, da obstajajo termodinamične spremenljivke, ki so lastne mikroskopskim dejavnikom, kot sta molekularna ali atomska zgradba. Kaj so te spremenljivke? Entalpija (H), entropija (S), notranja energija (U) in Gibbsova prosta energija (S).

Te intrinzične spremenljivke snovi so opredeljene in izražene z makroskopskimi termodinamičnimi spremenljivkami (P, T in V) v skladu z izbranim matematičnim modelom (na splošno v idealnih plinih). Zahvaljujoč temu se lahko izvedejo termodinamične študije kemijskih pojavov.

Na primer, želite preučiti kemijsko reakcijo tipa A + B => C, vendar se reakcija pojavi le pri temperaturi 70 ºC. Dalje, pri temperaturah nad 100 ºC, namesto da se proizvaja C,

V teh pogojih mora reaktor (sklop, kjer poteka reakcija) zagotoviti konstantno temperaturo okoli 70 ° C, tako da je postopek izotermičen.

Vrste in primeri termodinamičnih procesov

Adiabatni procesi

So tisti, pri katerih med sistemom in okolico ni čistega prenosa. To dolgoročno zagotavlja izoliran sistem (polje znotraj mehurčka).

Primeri

Primer tega so kalorimetri, ki določajo količino toplote, ki se sprosti ali absorbira zaradi kemijske reakcije (izgorevanje, raztapljanje, oksidacija itd.).

Znotraj fizičnih pojavov je gibanje, ki ga povzroča vroči plin zaradi pritiska na bat. Prav tako, ko zračni tok pritiska na zemeljsko površino, se njegova temperatura poveča, ko se bo prisiljena širiti.

Po drugi strani pa je, če je druga površina plinasta in ima manjšo gostoto, se bo njegova temperatura znižala, ko začuti večji pritisk, zaradi česar se njeni delci kondenzirajo.

Adiabatski procesi so idealni za številne industrijske procese, kjer manjše izgube toplote pomenijo manjše zmogljivosti, kar se odraža na stroških. Če ga želite upoštevati, mora biti pretok toplote enak nič, količina toplote, ki vstopa v sistem, pa mora biti enaka količini, ki vstopa v sistem.

Izotermalni procesi

Izotermalni procesi so vsi tisti, pri katerih temperatura sistema ostane konstantna. To stori z delom, tako da se druge spremenljivke (P in V) sčasoma spreminjajo.

Primeri

Primerov tovrstnega termodinamičnega procesa je nešteto. V bistvu se velika aktivnost celic odvija pri konstantni temperaturi (izmenjava ionov in vode po celičnih membranah). V kemijskih reakcijah vsi tisti, ki vzpostavijo toplotno ravnotežje, veljajo za izotermalne procese.

Človeški metabolizem uspe vzdrževati konstantno telesno temperaturo (približno 37 ° C) s široko vrsto kemijskih reakcij. To dosežemo z energijo, pridobljeno iz hrane.

Fazne spremembe so tudi izotermični procesi. Na primer, ko tekočina zamrzne, sprošča toploto, kar preprečuje, da bi se temperatura še naprej zniževala, dokler ni popolnoma v trdni fazi. Ko se to zgodi, se lahko temperatura še naprej znižuje, ker trdna snov več ne sprošča energije.

V tistih sistemih, ki vključujejo idealne pline, je sprememba notranje energije U enaka nič, zato se vsa toplota porabi za delo.

Izobarični procesi

V teh procesih tlak v sistemu ostane stalen, spreminja se njegova prostornina in temperatura. Na splošno se lahko pojavijo v sistemih, odprtih za ozračje, ali v zaprtih sistemih, katerih meje se lahko s povečanjem volumna deformirajo na način, ki preprečuje povečanje tlaka.

Primeri

V jeklenkah znotraj motorjev, ko se plin segreje, potisne bat, kar spremeni glasnost sistema.

Če ne bi bilo tako, bi se tlak povečal, saj sistem nima možnosti zmanjšanja trkov plinastih vrst na stenah jeklenk.

Izohorni procesi

V izohorskih procesih prostornina ostane konstantna. Lahko se štejejo tudi za tiste, pri katerih sistem ne ustvarja nobenega dela (W = 0).

V bistvu gre za fizikalne ali kemične pojave, ki se preučujejo v kateri koli posodi, z vznemirjenjem ali ne.

Primeri

Primeri teh procesov so kuhanje hrane, priprava kave, hlajenje stekleničke s sladoledom, kristalizacija sladkorja, raztapljanje slabo topne oborine, ionsko izmenjevalna kromatografija.

Reference

1. Jones, Andrew Zimmerman. (2016, 17. septembra). Kaj je termodinamični proces? Vzeto iz: thinkco.com
2. J. Wilkes. (2014). Termodinamični procesi. . Vzeto iz: tečaji.washington.edu
3. Študija (9. avgust 2016). Termodinamični procesi: izobarski, izohorski, izotermični in Adiabatski. Vzeto iz: study.com
4. Kevin Wandrei. (2018). Kakšni so primeri vsakodnevnega primera prvega in drugega zakona termodinamike? Hearst Seattle Media, LLC. Izvedeno iz: education.seattlepi.com
5. Lambert. (2006). Drugi zakon termodinamike. Vzeto iz: entropysite.oxy.edu
6. 15 Termodinamika. . Vzeto iz: wright.edu