כיצד ללמוד על נושא התרמודינמיקה המיושם על תגובות כימיות?

הגדר את המונח "תרמודינמיקה". תרמודינמיקה היא מדע שבנוי על עובדות ניסיוניות שלא ניתן להוכיח. אך איש לא הצליח עד כה להפריך את העקרונות הללו. ישנן שתי עובדות ניסיוניות שעליהן בנויה התרמודינמיקה. אלה הם: חוק שימור האנרגיה עליו בנוי החוק הראשון של התרמודינמיקה.

נסו להבין את כל עובדות הניסוי האחרות, בהתבסס על התגובות בתרמודינמיקה. העובדה הניסויית השנייה היא שלא ניתן להעביר חום ממאגר קר למאגר חם ללא הוצאות עבודה. עובדה שנייה זו היא גם מציאות מובנת מאליה שאינה ניתנת להוכחה. תרמודינמיקה יכולה לומר לנו אם תהליך כימי יתרחש או לא. בנוסף, הוא יכול לומר לנו אם תהליך כימי יתרחש באופן ספונטני או לא.

למד את ההיסטוריה של התגובות התרמודינמיות. הפונקציות התרמודינמיות שמספרות לנו על עובדות אלה נקראות אנתלפיה והאנרגיה החופשית של גיבס. הפונקציה התרמודינמית שאומרת לנו אם תהליך הוא ספונטני או לא היא האנרגיה החופשית של גיבס שמסומלת כ- G. היא נקראת כך על ידי מגלה וילארד גיבס.

תאר את ההבדל בין תגובה תרמודינמית ספונטנית לתגובה תרמודינמית לא ספונטנית, מבחינת ערכים כמותיים. עבור ערכים שליליים של G התהליך הכימי נחשב ספונטני. עבור ערך חיובי של G התהליך אינו ספונטני. ב- G = 0 נאמר כי התהליך נמצא בשיווי משקל. הפונקציה התרמודינמית G היא פונקציה בסיסית של מערכות תרמודינמיות בשליטה של לחץ וטמפרטורה ומספר שומות.

למד מהי פונקציית אנטלפיה. הפונקציה התרמו-דינמית שתגיד לנו אם תהליך יתרחש או לא נקראת פונקציית האנטלפיה שמסומלת כ- H. הערך השלילי של H אומר לנו שהתהליך הכימי הוא אקסותרמי וכל התהליך ימשיך בצורה חיובית. הערך החיובי של H אומר לנו שהתהליך הוא אנדותרמי עם אי סבירות שהתהליך יתקיים.

• האנטלפיה היא פונקציה בסיסית של התרמודינמיקה שכמו האנרגיה החופשית של גיבס תלויה בלחץ בהפרש שבמקום הטמפרטורה היא תלויה במשתנה הנרחב המצומד שלה האנטרופיה. האנטלפיה שווה לחום המערכת בלחץ קבוע

להבין את היסודות של "החוק הראשון של התרמודינמיקה. " החוק הראשון של התרמודינמיקה הוא למעשה שמירת חוק האנרגיה הקובע כי האנרגיה הפנימית של מערכת נתונה או E שווה לחום שלה בתוספת העבודה שנעשתה בה. בנוסחה:

• E = Q + W
• כאשר Q הוא חום המערכת ו- W הוא העבודה שנעשתה עליה.

בחן את העבודה שג'ול עשה, ביחס לתרמודינמיקה. בתהליך התפשטות של גז נגד ואקום אין השפעה תרמית או שינוי בטמפרטורה. זו עובדה ניסיונית שנצפתה על ידי ג'ול בניסוי אחד. כתוצאה מכך אין שינוי באנרגיה כפונקציה של נפח ולחץ. זה נכון לגבי גז אידיאלי.

להבין את הקשרים בין נפח ללחץ בתוך מולקולת גז נתונה. עבור גזים לא אידיאליים השינוי באנרגיה כפונקציה של נפח ולחץ אינו אפס. ניתן להשיג תוצאות אלו על ידי כתיבת ההפרש המדויק של הפונקציה הנרחבת אנרגיה כפונקציה של נפח וטמפרטורה.