Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

TERMODYNAMIKA CHEMICZNA Dr Beata Mycek UNIWERSYTET JAGIELLOŃSKI COLLEGIUM MEDICUM ZAKŁAD FARMAKOKINETYKI I FARMACJI FIZYCZNEJ Kraków 2006.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "TERMODYNAMIKA CHEMICZNA Dr Beata Mycek UNIWERSYTET JAGIELLOŃSKI COLLEGIUM MEDICUM ZAKŁAD FARMAKOKINETYKI I FARMACJI FIZYCZNEJ Kraków 2006."— Zapis prezentacji:

1 TERMODYNAMIKA CHEMICZNA Dr Beata Mycek UNIWERSYTET JAGIELLOŃSKI COLLEGIUM MEDICUM ZAKŁAD FARMAKOKINETYKI I FARMACJI FIZYCZNEJ Kraków 2006

2 efekty cieplne ( energetyczne ), towarzyszące reakcjom chemicznym ( TERMOCHEMIA ), TERMODYNAMIKA CHEMICZNA stany równowagi, jakie ustalają się w wyniku reakcji chemicznych ( STATYKA CHEMICZNA ),

3 POJĘCIA PODSTAWOWE UKŁAD UKŁAD – pewna część przyrody (wszechświata), która jest przedmiotem rozważań. OTOCZENIE OTOCZENIE – wszystko to, co znajduje się poza układem. GRANICA UKŁADU GRANICA UKŁADU – płaszczyzna fizyczna lub granica pomyślana oddzielająca układ od otoczenia.

4 Układ OTWARTY RODZAJE UKŁADÓW Układ ZAMKNIĘTY

5 Układ IZOLOWANY Układ IZOLOWANY ADIABATYCZNIE

6 RODZAJE UKŁADÓW ( inny podział )

7 układ dwuskładnikowy dwufazowy nasycony roztwór NaCl w wodzie kryształy NaCl układ jednoskładnikowy trójfazowy para wodna lód woda układ dwuskładnikowy dwufazowy benzen woda układ dwuskładnikowy jednofazowy tlen azot

8 UKŁADY IDENTYCZNE UKŁADY IDENTYCZNE – wartości wszystkich zmiennych stanu są dla obu układów jednakowe. Przykład 1 m 3 i 1 m 3 tlenu w tej samej temperaturze i pod jednakowym ciśnieniem. UKŁADY PODOBNE UKŁADY PODOBNE – nie różnią się wartościami zmiennych, ale ich masy ( objętości ) mogą nie być jednakowe. Przykład 1 dm 3 i 1 m 3 powietrza o identycznym składzie, w tej samej temperaturze i pod jednakowym ciśnieniem.

9 PARAMETRY STANU ZMIENNE STANU UKŁADU wielkości fizyczne ( m, V, T, p, c ), które w sposób jednoznaczny opisują własności układu.

10 RÓWNANIE STANU GAZU DOSKONAŁEGO - najprostsze równanie wiążące parametry stanu układu - RÓWNANIE STANU GAZU RZECZYWISTEGO

11 SKŁADNIK UKŁADU SKŁADNIK UKŁADU – chemiczne indywiduum (jon lub cząsteczka), które jest w nim obecne. SKŁADNIK NIEZALEŻNY SKŁADNIK NIEZALEŻNY – każdy chemicznie niezależny składnik układu. Liczba składników niezależnych (C) w układzie - minimalna liczba niezależnych indywiduów chemicznych, niezbędnych do określenia składu wszystkich faz obecnych w układzie.

12 POJĘCIE FAZY UKŁADU FAZA – FAZA – część lub całość układu, która wykazuje w całej swej masie jednakowe własności fizyczne i chemiczne (w szczególności jednakowe równanie stanu) i jest odgraniczona wyraźnie od reszty układu (otoczenia). Liczba faz w układzie zależy od parametrów stanu ( p, T, c, V ). PRZEMIANA FAZOWA – PRZEMIANA FAZOWA – samorzutna przemiana jednej fazy w drugą (dla danego ciśnienia zachodzi w charakterystycznej temperaturze).

13 LICZBA STOPNI SWOBODY (S) – LICZBA STOPNI SWOBODY (S) – liczba parametrów intensywnych, które można niezależnie zmieniać, nie powodując zmiany liczby faz w układzie w stanie równowagi. REGUŁA FAZ GIBBSA związek pomiędzy liczbą stopni swobody ( S ), liczbą faz ( F ) i liczbą składników ( N C ) w układzie. F + S = N + 2 Układy skondensowane: F + S = N + 1

14 SCHEMAT WYKRESU FAZOWEGO (układ jednoskładnikowy)

15 UKŁADY WIELOSKŁADNIKOWE ( np. roztwory ) SPOSOBY WYRAŻANIA STĘŻENIA ( SKŁADU ) (chemia fizyczna ) STĘŻENIE MOLOWE ( c ): STĘŻENIE MOLOWE ( c ): [mol dm -3 ] STĘŻENIE MOLARNE ( m ): [mol kg -1 ] UŁAMEK MOLOWY ( x ): CIŚNIENIE CZĄSTKOWE ( PARCJALNE ) ( p ): AKTYWNOŚĆ ( a ): [Pa]

16

17 PROCES FIZYCZNY PROCES FIZYCZNY – substancje zmieniają właściwości fizyczne (np. stan skupienia, lepkość, sprężystość) ale nie zmieniają swego składu chemicznego, np. a) przemiana fazowa – parowanie, skraplanie, topnienie, krzepnięcie, sublimacja, resublimacja, b) rozpuszczanie, PROCES CHEMICZNY PROCES CHEMICZNY – substancje (substraty) ulegają przemianom prowadzącym do powstania nowych substancji (produktów reakcji) o odmiennych właściwościach fizycznych i chemicznych, np. a) reakcje chemiczne – syntezy, analizy, wymiany, b) reakcje biochemiczne – w warunkach in vitro luh in vivo, PROCES TERMODYNAMICZNY

18 ( w zależności od stałości danego parametru stanu ) IZOTERMICZNY ( T = const., dT =0 ) IZOTERMICZNY ( T = const., dT =0 ) ADIABATYCZNY ( Q = const. ) ADIABATYCZNY ( Q = const. ) IZOBARYCZNY ( p = const., dp =0 ) IZOBARYCZNY ( p = const., dp =0 ) IZOCHORYCZNY ( V = const., dV =0 ) IZOCHORYCZNY ( V = const., dV =0 )

19 PRACA W [ J ] W [ J ] – dżul W = F dx W < 0 W < 0 uk ł ad wykonuje prac ę W > 0 W > 0 praca jest wykonywana na uk ł adzie ENERGIA UKŁADU – ENERGIA UKŁADU – zdolność układu do wykonania pracy.

20 PRACA OBJĘTOŚCIOWA praca wykonana przez gaz rozprężający się w cylindrze od objętości V 1 do objętości V 2 przeciw ciśnieniu zewnętrznemu p z p

21 PRACA OBJĘTOŚCIOWA – ROZPRĘŻANIE SWOBODNE (PRZECIWKO ZEROWEJ SILE) p z = 0 W = 0 rozprężanie układu do próżni PRACA OBJĘTOŚCIOWA – ROZPRĘŻANIE POD STAŁYM CIŚNIENIEM p z = const

22 PRACA OBJĘTOŚCIOWA – ROZPRĘŻANIE ODWRACALNE p z = p PRACA OBJĘTOŚCIOWA –ODWRACALNE ROZPRĘŻANIE IZOTERMICZNE p z = pT = const, pV = nRT

23

24 SENS FIZYCZNY STAŁEJ GAZOWEJ proces izobarycznego rozprężania 1 mola gazu doskonałego przy wzroście temperatury o 1 K.

25 R = [ J mol -1 K -1 ] STAŁA GAZOWA (R) stanowi pracę wykonaną przez 1 mol gazu doskonałego rozprężającego się pod stałym ciśnieniem przy wzroście temperatury o 1 Kelwin.

26 CIEPŁO Q [ J ] Q [ J ] – dżul Q < 0 Q < 0 uk ł ad oddaje ciep ł o do otoczenia Q > 0 Q > 0 uk ł ad pobiera ciep ł o z otoczenia

27

28

29 CIEPŁO I PRACA W INTERPRETACJI MOLEKULARNEJ FORMA PRZEKAZYWANIA ENERGII, POLEGAJĄCA NA CHAOTYCZNYM RUCHU CZASTECZEK (RUCHU TERMICZNYM). CIEPŁO PRACA PRZEKAZ ENERGII ZWIĄZANYM Z UPRZĄDKOWANYM RUCHEM CZĄSTECZEK.

30 FUNKCJA STANU wielkość fizyczna, której wartość zależy wyłącznie od stanu w jakim układ się znajduje, nie zaś od drogi, po której ten stan został osiągnięty. TERMODYNAMICZNE FUNKCJE STANU energia wewnętrzna ( U ) entalpia ( H ) entropia ( S ) energia swobodna ( F ) entalpia swobodna ( G )

31 ENERGIA WEWNĘTZRNA U [ J ] U [ J ], [ J mol -1 ] całkowita energia układu będąca sumą całkowitej energii kinetycznej i potencjalnej cząsteczek tworzących układ: Uwaga! Określenie bezwzględnej wartości U nie jest możliwe. Podaje się wartości zmian tej funkcji termodynamicznej: dU – zmiana U w procesie elmentarnym U – zmiana U w procesie skończonym przejścia ze stanu ( p ) do stanu ( k ) dla wielkości mierzalnych energia potencjalna i kinetyczna makroskopowych części układu, energia kinetyczna cząstek, energia potencjalna oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych, itd.

32 POJEMNOŚĆ CIEPLNA UKŁADU W STAŁEJ OBJĘTOŚCI U energia wewnętrzna temperatura, T V = const molowa pojemność cieplna w stałej objętości CIEPŁO MOLOWE [J mol -1 K -1 ] [J mol -1 g -1 ] właściwa pojemność cieplna w stałej objętości CIEPŁO WŁAŚCIWE

33 OBLICZANIE ZMIAN ENERGII WEWNĘTRZNEJ ZE ZMIANĄ TEMPERATURY UKŁADU W STAŁEJ OBJĘTOŚCI V = const C V = f ( T ) np. C p = a + bT + cT 2 + dT -2 ; a,b,c,d = const. C V = const C V const

34 ENERGIA WEWNĘTZRNA ENERGIA WEWNĘTZRNA - funkcja stanu - (w odróżnieniu do ciepła i pracy) FUNKCJA STANU wartość jest jednoznacznie określona przez parametry stanu układu, zmiana funkcji stanu (Z) nie zależy od drogi przemiany a jedynie od stanu początkowego (p 1) i końcowego (k 2) w jakim układ się znajduje: dZ = Z 2 – Z 1 Z = Z 2 – Z 1 elementarna zmiana funkcji stanu (Z) jest różniczką zupełną, Różniczka zupełna ekstensywnej funkcji Z :

35 Jednemu zespołowi parametrów stanu odpowiada tylko jedna wartość funkcji stanu. Różniczka zupełna: U = f ( T, V )

36 KALORYMERT – pomiar U wlot tlenu termometr oporowy przewody zapłonowe woda próbka grzejnik BOMBA KALORYMETRYCZNA

37 UKŁAD IZOLOWANY: U = const., dU = 0 U = 0 PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI ( ZASADA ZACHOWANIA ENERGII ) Jeżeli W = W obj. = -p dV ( W = -p V ) dU = Q el. – p dV U = Q – p V UKŁAD ZAMKNIĘTY: dU = Q el. + W el. U = Q + W

38


Pobierz ppt "TERMODYNAMIKA CHEMICZNA Dr Beata Mycek UNIWERSYTET JAGIELLOŃSKI COLLEGIUM MEDICUM ZAKŁAD FARMAKOKINETYKI I FARMACJI FIZYCZNEJ Kraków 2006."

Podobne prezentacje


Reklamy Google